4.8. Влияние тяжелых токсических металлов на здоровье

Поступление тяжелых металлов в окружающую среду связано с активной деятельностью человека и может быть условно подразделено на основные источники: промышленность, автотранспорт, котельные, мусоросжигающие установки и сельскохозяйственное производство.

К приоритетным отраслям промышленности, загрязняющим окружающую среду тяжелыми металлами, относятся: черная и цветная металлургия, добыча твердого и жидкого топлива, горнообогатительные комплексы, стекольная, керамическая, электротехническая и ряд других. Свинец, кроме производств, связанных с его получением, широко используется в производстве аккумуляторов, оболочек электрических кабелей, медицинской техники, хрусталя, оптического стекла, красок, многочисленных сплавов и т.д. Загрязнение почвы тяжелыми металлами происходит в сельскохозяйственном производстве при использовании удобрений и пестицидов.

В современных городах около 60% всех выбросов в атмосферу приходится на транспорт, что связано с резким увеличением количества личного и общественного автотранспорта.

Котельные на твердом и жидком топливе, работающие в городах для получения тепла и электроэнергии, – один из источников загрязнения среды не только тяжелыми металлами, но и различными оксидами.

Сжигание мусора сопровождается поступлением в биосферу целого «букета» тяжелых металлов: кадмий, ртуть, свинец, хром и другие.

Для крупных городов с многопрофильной промышленностью характерно присутствие в окружающей среде не отдельного загрязнителя, а ассоциации тяжелых металлов, способных оказывать комбинированное действие на организм, при котором может наблюдаться как суммирование эффектов, так и их потенцирование.

По материалам немецких исследователей в городском воздухе по сравнению с чистым воздухом горных районов содержится больше кадмия в 10 раз, мышьяка – в 7,5 раза, хрома – в 48 раз, меди – в 12,7 раза, ртути – в 5 раз, кобальта – в 46 раз и т.д.

Попавшие в окружающую среду соединения тяжелых металлов загрязняют атмосферный воздух, воду, почву. Каждая третья проба почвы на участках дошкольных учреждений на содержание солей тяжелых металлов не отвечает гигиеническим нормативам.

Соединения тяжелых металлов попадают в водоемы, растения и организмы животных, населяющих данную местность. Миграция металлов в биосфере позволяет объяснить пути поступления их в организм человека.

Соединения тяжелых металлов поступают в организм преимущественно через желудочно-кишечный тракт с пищевыми продуктами, водой, медикаментами, в меньшей степени – через органы дыхания.

Существует путь поступления тяжелых металлов через кожу при контакте с загрязненными средами: воздухом, водой, парфюмерией и т.д.

Факт основного поступления в организм тяжелых металлов с пищевыми продуктами, в меньшей степени с питьевой водой, убеждает в необходимости их тщательного токсикологического контроля, что должны обеспечивать соответствующие службы: станции защиты растений, агрохимические лаборатории, центры Роспотребнадзора. Система экологической сертификации должна влиять на цену продукции, а возможность экспертизы должна быть максимально доступной.

Влияние тяжелых металлов на организм человека

Актуальность проблемы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами объясняется, прежде всего, широким спектром их действия на организм человека. Тяжелые металлы влияют практически на все системы организма, оказывая токсическое, аллер­гическое, канцерогенное, гонадотропное действие. Доказано эмбриотоксическое действие тяжелых металлов через фетоплацентарную систему, а также их мутагенный эффект.

Многие тяжелые металлы обладают тропностью – избирательно накапливаются в определенных органах и тканях, структурно и функционально нарушая их. Выбор тропного органа зависит также от дозы и пути поступления тяжелых металлов в организм.

Мышьяк. Ни один другой элемент не имел такого страшного прошлого. В течение столетий этот «король ядов» служил орудием убийства. Именно с ним связывают смерть французского императора Наполеона.

Основные эмиссии мышьяка в окружающую среду – металлургические заводы, особенно медеплавильные, сжигание мышьяксодержащих углей, производство и применение пестицидов и пр. Среднесуточная ПДК мышьяка в атмосферном воздухе составляет 0,3 мкг/м³, в воде водоисточников 10 мкг/л, в почвах – от 2мг/кг для песчаных до 10 мг/кг нейтральных почв.

Серьёзная глобальная проблема – наличие эндемичных территорий с повышенным и высоким содержанием мышьяка в подземных артезианских водах из-за наличия его в межпластовых земных пород. Опасные для водопотребления многочисленные артскважины с разным уровнем загрязнения мышьяком в Бангладеш, Индии, Чили, Аргентине, о. Тайвань, на некоторых территориях США, Аляски, Дагестана и пр.

Биомаркером мышьяка служат его компоненты в волосах и моче.

Мышьяк оказывает политропное воздействие на организм: желудочно-кишечные, нервные, кардиоваскулярные, респираторные расстройства при хронической интоксикации. Постоянное употребление воды, содержащей более 500 мкг/л мышьяка, приводит к специфическому поражению кожи – мышьяковистый меланоз и кератоз. Мышьяк является канцерогеном с типичной локализацией – рак кожи и легких. На эндемичных территориях с высоким содержанием мышьяка в артезианской воде отмечено снижение эректильной функции у мужчин репродуктивного возраста.

Свинец – вещество первого класса опасности, оказывает политропное действие на организм. До 90% свинца аккумулируется в костях. Если воздействию свинца подвергаются маленькие дети, то критическим органом может быть мозг, в то время как у взрослых – кроветворная ткань или почки. Действие на организм зависит от концентрации загрязнителя в окружающей среде и соответствующего содержания его в крови (табл. 4.3).

Таблица 4.3

Возможные неблагоприятные эффекты у детей в зависимости от уровней свинца в атмосферном воздухе и соответствующего его содержания в крови (РЬ-КГ)*

Уровень свинца в кратности превышения ПДК	Pb-K, мкг/дцл	Потенциальный эффект	Статус организма
1	4-6	–	Напряжение адаптации
2-5	10-12	Ингибирование дегидро-тазы (цитоплазматической) дельтааминолевулиновой кислоты (ДАЛК.)	Перенапряжение адаптации
10-16	15-20	Повышение протопорфирина в эритроцитах; электрофизиологические изменения в ЦНС	Срыв адаптации
20-30	25-30	Повышение ДАЛК в моче, уменьшение синтеза гемоглобина, повышение копропорфирина	Явная патология
60	40	Нарушенная проводимость по нервному волокну, периферическая нервная дисфункция	-«-
100	70	Выраженная анемия, ретикулоцитоз	-«-
>100	>80	Энцефалопатия	-«-

При свинцовом токсикозе поражаются органы кроветворения (анемия), нервная система (энцефалопатия и нейропатия), органы чувств, почки (нефропатия), пищеварительная и сердечно-сосудистая системы. Наиболее восприимчива к свинцу гематопоэтическая система, особенно у детей. Накоплен обширный материал о влиянии свинца на нейропсихическое развитие детей.

Дети 5-12 лет с умеренно повышенным уровнем свинца в крови имеют сниженную память, умственную работоспособность, двигательную активность по сравнению с детьми контрольной группы. Хроническое воздействие свинца на развивающийся организм может быть причиной эмоционально-поведенческих нарушений. Свинец, попадая в организм, снижает активность гормонов, что, в конечном счете, сказывается на физическом развитии детей.

Установлено повреждающее действие свинца на зоны мозга, отвечающие за зрение. Американские исследователи обнаружили линейные зависимости в отставании длины и массы тела детей от уровня воздействия свинца на матерей в период беременности. Доказано также, что свинец снижает реакцию иммунной системы на чужеродные антигены.

Широкий спектр биологического действия у другого элемента первого класса опасности – кадмия. Кадмий обладает тератогенным действием, проникает через плацентарный барьер, нарушая поступление в плод целого ряда необходимых элементов. Свинец усиливает эмбриотоксическое действие кадмия, проявляя сум­мирующий эффект. Кадмий является ингибитором активности целого ряда ферментов, нарушая деятельность многих органов и систем, вызывая тяжелые морфологические и функциональные повреждения:

– ринит с потерей обоняния;

– нефропатия с типичной протеинурией;

– остеомаляция (болезнь «итай-итай»);

– нейротоксический синдром;

– обструктивные процессы в легких с развитием легочной недостаточности, есть данные о канцерогенном действии кадмия, в частности в развитии рака легкого.

Тяжелые патологические проявления массового хронического отравления кадмием зарегистрированы среди японского населения, употреблявшего рис, контаминированный кадмием, что описано японскими учеными как проявления экологически обусловленного заболевания «итай-итай» («больно-больно»).

Ртуть – токсичный тяжелый металл, который в природной среде присутствует в виде неорганической формы и метилированной ртути (метилртуть – органическая форма).

Источники ртути: добыча и выплавка ртутьсодержащей руды, извлечение золота из руд, производство хлора, винилхлорида, пестицидов и пр. Ртуть используется при производстве измерительных приборов, зеркал, люминисцентных ламп и пр.

Меркуриализм – хроническое отравление ртутью. Симптомы отравления ртутью и заболевания были зарегистрированы уже в конце 19 века как результат многократного использования ртутных составов:

• лекарства для лечения сифилиса

• ртутные зубные пломбы – амальгама, вызывающие акродинию (розовая болезнь)

• ртутный нитрат, использовавшийся для изготовления шляп, что приводило к нарушению нервной системы и психических функций у людей изготовлявших шляпы. Отсюда выражение – «глуп как шляпочник»

• ртутные испарения вызывали профессиональные отравления у ювелиров, жестянщиков, шахтеров, изготовителей зеркал, и пр.

• даже в начале 21 века были обнаружены растворы для контактных линз, содержащие этилртуть, которые у многих владельцев вызывали блефароконьюктивиты и прободения роговицы. Данные растворы были запрещены к использованию.

Ртуть является политропным ядом. Интоксикацию ртутью проявляется, прежде всего, изменениями в ЦНС: повышенная утомляемость, слабость, эмоциональная неустойчивость, головные боли и головокружения, тремор, ослабление памяти. При тяжелой интоксикации развивается ртутная энцефалопатия, множественные невралгии, полиневриты. Ртуть может накапливаться в почках, в результате чего развивается почечная недостаточность, так называемая, «сулемовая» почка. Ртуть проникает через плацентарный и гематоэнцефалический барьеры, повреждая организм ребенка в антенатальном и раннем постнатальном периоде развития.

Метилртуть – органическая форма ртути, которая образуется в водной среде из неорганической ртути и является более токсичной, чем ее неорганическая форма.

К середине 20-го столетия огромные ртутные отходы образовались повсеместно во всех странах мира. Эти отходы складировали вблизи предприятий, населенных пунктов, водоемов. В моря и океаны поступили огромные количества неорганической ртути. Она усваивалась морской биотой, где происходило метилирование, то есть образование метилртути. Последняя накапливалась в морских организмах, часто до очень высоких концентраций. Именно с этим связано появление новой «химической» экологической болезни, которая вошла в историю как классическая болезнь Минамата, описанная японскими учеными в середине 20-го столетия.

Хром. При избыточном поступлении в организм, особенно шестивалентного хрома, он может оказывать канцерогенный и аллергический эффекты. Более часты поражения кожи – дерматиты и экземы, а также астматические бронхиты, реже – бронхиальная астма. При длительном контакте возможно заболевание раком легкого. Кроме специфических эффектов, контакт с соединениями хрома предрасполагает к более частому развитию гастритов, гепатита, астено-невротических расстройств.

На модели четырех представителей большой группы тяжелых металлов ясно видно, какие разнообразные вредные влияния на организм человека и его потомство оказывают эти элементы, присутствие которых в окружающей среде типично для крупных городов.

В программе глобального мониторинга одним из опасных загрязнителей окружающей среды признан никель. Никель, находясь в организме в повышенных концентрациях, проявляет себя как токсичный и канцерогенный элемент. Токсический эффект никеля сопровождается снижением активности ряда металлоферментов, нарушением синтеза белка, ДНК и РНК. Никель, поступающий с атмосферным воздухом в высоких концентрациях, уменьшает жизнеспособность альвеолярных макрофагов, вызывает снижение содержания лизоцима.

Никелевая пыль при длительном вдыхании вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, носовые кровотечения, гиперемию зева, развитие пневмокониоза. Токсический эффект избытка в организме сопровождается развитием выраженных повреждений многих органов и тканей. Тяжелыми исходами хронической нике­левой интоксикации являются диспластические, метапластические и неопластические процессы. Морфологическим выражением последних считается никелевый рак легкого, почек и саркома. Установлена также эмбриотоксичность никеля.