ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ
И.В.Мудрый, Т.К.Короленко, (Киев)
Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя, Институт медицины труда
Тяжелые металлы, как и другие химические загрязнители, попадают в среду обитания человека в результате не только природных процессов (извержение вулканов, геохимические аномалии и др.), но и, главным образом, вследствие интенсивного развития промышленности, нерационального использования природных ресурсов и урбанизации жизни общества. Ежегодно в окружающую среду выбрасывается более 200 млн. тонн оксида углерода, 145 млн. т диоксида серы, до 700 млн. т техногенных и бытовых газов, значительное количество других химических загрязнителей, что отражает общую неблагоприятную экологическую обстановку, характерную для многих стран, в том числе и Украины.
В Украине ежегодно промышленными источниками выбрасывается в атмосферу более 10 млн. т токсических химических соединений, сбрасывается в водоемов 2,5 млрд. м3 загрязненных сточных вод. В 43 городах, в которых проживает 30% населения страны, уровень загрязнения воздушного бассейна значительно превышает ПДК. По недавно опубликованным данным, только в течение одного года в атмосферу страны было выброшено 12,4 млн. т загрязнителей, в том числе 8,6 млн. т из стационарных источников. Возрастает количество загрязненных стоков. В 19992г. в реки и водохранилища было выброшено 4,3 млрд. м3 таких вод.
В современных условиях наиболее сильно загрязнена окружающая среда городов, в которых размещается, промышленные предприятия и сосредоточено много транспорта. Если концентрацию примесей в воздухе над океаном принять за единицу, то в сельской местности этот показатель будет равен 10, в небольших городах – 35 в крупных городах – 150.
Многолетние исследования, проведенные И.М.Трахтенбергом, свидетельствуют об интенсивном загрязнении тяжелыми металлами окружающей среды, регистрируемом как вблизи источников техногенных выбросов, так и в отделенных регионах – промышленных и сельскохозяйственных. Так, в ряде городов Украины выявляются почвенные «пятна» с повышенной по с равнению с естественным фоном в 2 – 5 раз концентраций свинца, цинка, кадмия, меди и т.д. Во многих случаях выявлена концентрация, превышающая ПДК, при этом не только вблизи источников промышленного выброса металлов, но и на территориях ближайших и даже отдаленных от этих мест тяжелых металлов.
Данные авторов показывают, что для тяжелых металлов почва является емким акцептором, занимающим место в круговороте химических загрязнителей в биосфере. Почва находится в постоянном взаимодействии с другими экологическими системами – атмосферной, гидросферой, растительным миром и является важным источником поступления тяжелых металлов в организм человека. Поступившие в почву тяжелые металлы в процессе активного их извлечения из почвы корневой системой могут накапливаться в сельскохозяйственных культурах, а при поступлении в поверхностные воды концентрируется в водных организмах, донных отложениях.
Установлено, что металлы сравнительно быстро накапливается в почве и крайне медленно из нее удаляются. Об этом свидетельствует данные, о периоде полувыведения из почвы таких металлов, как цинк, свинец.
Существует мнение, что отношение техногенного выброса металла к его современному содержанию в гумусосфере, как и к содержанию в почвенном покрове, является наиболее информативным показателем влияния металлов на биосферу. Поэтому, прогнозируя увеличение их содержания в гумусфере, можно с высокой вероятностью предположить увеличение их содержания металлов как микроэлементов и в живых организмах. При этом избыточное их количество в ОС обуславливает существенные отклонения от норм, изменения в обмене веществ, возникновение аномалий развития, появление эндемических заболеваний у животных и человека.
В биологических объектах и в организме человека содержание металлов колеблется от нескольких микрограммов до нескольких граммов. Определенные биологические и биохимические функции многих металлов необходимы для нормальной жизнедеятельности растущего и сформировавшегося организма человека. Металлы являются существенным элементом структуры и определяют функцию многих металлоферментов, осуществляющих метаболизм белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот.
Известно также, что металлы при поступлении в организм могут вызывать ряд метаболических нарушений, преимущественно окислительно-восстановительных процессов. Образование бикомплексов металлов с различными компонентами клетки может повлечь за собой повреждение мембран., а также угнетение активности различных ферментов. Проблема стабильности биологических мембран различных клеточных структур при взаимодействии соединений тяжелых металлов в настоящее время представляет значительный интерес, поскольку получены новые данные о взаимосвязи между нарушениями целостности мембран и функциональной активности внутриклеточных структур и развитием неблагоприятных эффектов в организме.
Характеризуя токсичность некоторых тяжелых металлов для организма, подчеркиваем, что кадмий, например, принадлежит к токсикантам, обладающим высокой способностью кумулироваться в тканях. Если накопление этого металла в мозгу принять за единицу, то в костях коэффициент накопления равен 25, в яичниках – 250, в печени – 500, в почках – 1500. Почки, таким образом, являются главной мишенью биологического действия кадмия. Период выведения металла из организма составляет 13-40 лет, при этом смертельная доза для человека из организма рана 150 мг/кг. Основным источником загрязнения почвы кадмием является промышленные воды, а также сточные воды. Значительное количество металла поступает в почву с фосфорными удобрениями, известковыми материалами и выбросами автотранспорта.
Ртуть и ее соединения, в особенности органические, причисляют к опаснейшим высокотоксичным веществам, кумулирующим в организме человека. Органам практической санитарно-эпидемиологической службы все чаще приходится решать вопросы, связанные с возможностью загрязнения ртутью пищевого сырья, продуктов питания, водоемов и других объектов окружающей среды. Содержание ртути в пищевых продуктах, по мнению ФАО, не должно превышать 0,03 мг/кг. ОС загрязняется ртутью в результате выбросов промышленных предприятий, использования сточных вод для орошения и применения их осадков в сельском хозяйстве в качестве удобрений. В определенной степени почва и растения загрязняются данным металлом при посеве семян, протравленных фунгицидами, в состав которых входит ртуть.
Относительно мышьяка ФФФАО рекомендует уделять особое внимание содержанию его в пище, так как это один из основных токсикантов пищевых продуктов (второе после ртути), обладающих канцерогенным действием.
Основной механизм токсического действия мышьяка – блокирование тиоловых групп ферментов. При этом нарушается тканевое дыхание и деление клеток. Установлена допустимая суточная доза мышьяка – 0,06 мг/кг массы тела, что для взрослого человека составляет 3 мг/сут.
Свинец является опасным токсикантом глобального значения. При пероральном поступлении он в зависимости от соединения, в котором находится, усваивается взрослыми на 10%, а детьми – на 20%. Максимально допустимое доза для грудных детей, дошкольников и беременных еще не установлена, но, по мнению некоторых авторов, она должна быть в пределах 0,0004 – 0,005 мг/кг. При интоксикации свинцом в организме человека могут отмечаться как общие (повышение чувствительности к инфекции, сокращение длительности жизни), так и специфические нарушения, выражающие в нефрологических и энцефалопатических изменениях. Последние получили значительное распространение среди детей. Высокое содержание в почве свинца наблюдается поблизости металлургических предприятий, вдоль автомобильных дорог. Существенным источником поступления свинца в почву являются сточные воды и их осадки, интексициды, минеральные удобрения.
Медь как биомикроэлемент участвует в тканевом дыхании и кроветворении. При поступлении с пищей в кишках всасываются около 30% содержащейс меди. При повышенном поступлении в организм ее резорбция снижается, что уменьшает опасность интоксикации. У человека однократная доза 10 – 20 мг/кг массы тела вызывает тошноту, рвоту и другие симптомы интоксикации медью. Суточное потребление элемента может составлять не более 0,5 мг/кг (до 30 мг/кг в рационе) при нормальном содержании в пище молибдена и цинка, физиологических антагонистов меди.
По мнению авторов, около 75 – 90;% онкологических заболеваний у человека вызывается действием факторов ОС – физических, биологических, химических.
Токсины (как сами, так и продукты их метаболизма) поступают в эмбрион животных в количестве, составляющем обычно какую-то часть от содержимого в крови самки. Общее количество химического вещества, поступившее в эмбрион, определяется результатам взаимодействия организма самки, другие зависят от природы химического агента, третьи – от малоизученных функциональных особенностей плаценты. О возможности нарушения эмбрионального развития при поступлении в организм тяжелых металлов, в частности свинца, известно давно, аналогичные сведения о большинстве других металлов (кадмий, марганец, цинк, медь) стали появляться сравнительно недавно.
По данным, кадмий является тератогенным и эмбриотоксическим агентом. Максимальная токсичность кадмия для плода отмечается при введении самкам в последние дни беременности. Тератогенные нарушения у самок крыс возникли в большей степени при введении 1,6 мг/кг хлората кадмия на 12-й день беременности.
Уродства различных дней мышей наблюдали при воздействии цианида метилртути, хлорметилртути. Однократное введение хлорида метилртути на 8-ой день беременности в дозе 4 мг/кг не вызывало у крыс симптомов интоксикации, однако у новорожденных крысят отмечались различные цитологические, гистохимические и электронно-микросопические нарушения нервных клеток. ЦУ беременных женщин, подвергшихся отравлению соединениями ртути без каких-либо явно выраженных симптомов ртутной интоксикации, родившиеся дети оказались физически и психологически неполноценными.
В эксперименте на беспородных и линейных крысах показана возможность возникновения эмбриотоксического и тератогенного эффекта при воздействии хрома на беременных животных.
Особый интерес представляют данные литературы о воздействии различных металлов при комбинированном поступлении в организм беременных самокю.
Установлено, что цинк и селен предотвращают эмбриотоксический эффект, вызываемый кадмием, а одновременное поступление цинка и кадмия не снимают этого нарушения. Я различным. При введении ртути и кадмия эмбриотоксический эффект усиливался, а ртути и цинка снижался.
Таким образом, тяжелые металлы являются основными загрязнителями ОС, оказывающими неблагоприятное воздействие на население, особенно дети. Результаты гигиенических и клинических наблюдений свидетельствуют о том, что соединения тяжелых металлов могут вызывать изменения функций метаболизма и структуры ряда органов и систем, повышать уровень заболеваемости. При решении проблемы, связанной с неблагоприятным воздействием тяжелых металла на организм человека, необходимо создать единую систему научных исследований, основанную на достижениях гигиенической науки как в стране, так и за рубежом; провести комплексные исследования по изучению воздействия тяжелых металлов на здоровье человека; разработать методические подходы к оценке комплексных исследований.