Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов. Монография

Согласно мнению академика А.И. Вернадского (1989), биологическая значимость допустима для всех элементов, встречающихся в природе.

Жизненная необходимость свинца для живого ор­ганизма была впервые доказана К. Schwarz в 1974 г. При дефиците свинца в организме наблюдалась задержка роста крыс на 10-12% (Schwarz, 1975).

Современная аналитическая техника позволяет сни­жать пределы обнаружения элементов, кроме того, резуль­таты научных исследований относят некоторые элементы к группе необходимых, хотя последние при употреблении в больших количествах могут оказать токсическое действие. Так, например Fе, Сu, Zn, а в последнее время и Sе, отно­сятся к жизненно необходимым элементам питания. Однако при избыточном поступлении эти элементы способны вы­звать серьезные нарушения в деятельности организма (Га­даскина и др., 1975; Гераймович, 1991; Гигиенические …, 1980; Кузубова и др., 2000; Telisman, 1995).

Загрязнение свинцом и кадмием происходит одновре­менно, так как источники попадания свинца и кадмия в объ­екты окружающей среды часто одни и те же. Природные ис­точники этих металлов не играют значительной роли в этом процессе. Основное загрязнение связано с антропогенным воздействием (Смоляр, 1989; Абрамова и др., 2002; Гиль­денскиольд, 1992).

Пути проникновения свинца и кадмия в организм так­же идентичны – пищевые продукты, атмосферный воздух (Габович, Припутина, 1987).

Оба металла способны встраиваться в пищевые цепи. Из почвы тяжелые металлы легко переходят в растения. Есть предположение, что почвенные организмы способны переводить «нерастворимый в воде» металл в доступную для растений форму. Наличие свинца и кадмия было обна­ружено во всех частях растений. Значительное количество тяжелых металлов обнаруживается и в кормах раститель­ного происхождения, что является причиной накопления тяжелых металлов в продукции животноводства. С экоток­сикологической точки зрения ионы тяжелых металлов не исчезают из биологического круговорота, их токсичность не уменьшается, а наоборот, по мере увеличения концентра­ции возрастает, тем более что они обладают высокой куму­лятивной способностью, поэтому их опасность заключает­ся в возможных отдаленных последствиях, которые могут быть инициированы опосредованным влиянием накопления тяжелых металлов (Альберт, 1971; Гильденскиольд и др., 1992; Овчаренко, 1995; Ильин, Сысо, 2001; Донченко, На­дыкта, 2001; Колесников, 2002; Jamall, Smith, 1985).

Биологическая связь «почва – растение – животное – человек», согласно закону «токсического накопления», сви­детельствует о том, что максимальное накопление в трофи­ческой цепи приходится на плотоядных. Поступление таких продуктов в рацион человека является на сегодняшний день одной из важнейших проблем, требующих решения (Гада­скина, Толоконцев, 1988; Реймерс, 1994; Протасова, 1998; Бокова, 2004).

Одновременное воздействие нескольких тяжелых ме­таллов, поступающих в организм из объектов окружающей среды с пищевыми продуктами, оказывает комбинирован­ное воздействие на организм животного. Теоретически

2007). В литературе встречаются противоречивые данные о совместном воздействии этих элементов. Однако известно, что каждый из них влияет на обмен таких жизненно необ­ходимых элементов, как цинк, медь, железо, кальций, селен (Основы …, 1976).

В настоящее время свинец вызывает повышенный ин­терес как приоритетный загрязнитель окружающей среды, ежегодные промышленные и транспортные выбросы кото­рого превышают 4,5·105 т в год (Свинец …, 1978; Перязева и др., 2001).

воде – 0,01-0,03 мг/л и атмосфере – 0,03-0,7 мкг/м

Значительное, зачастую превышающее естественный фон, содержание свинца в пищевых продуктах обусловле­но его антропогенным происхождением. В настоящее время

в роли токсикантов окружающей среды выступают, прежде всего, алкильные соединения свинца, которые примешива­ют к автобензину в качестве антидетонаторов (Трахтенберг и др., 1994; Додина, 1998; Svensson et al., 1987).

Основным путем поступления свинца в организм чело­века и животных является пищеварительный тракт. Всасы­вание соединений этого металла зависит в первую очередь от их растворимости и составляет 5-15% от его содержа­ния в рационе. Хорошо усваивается свинец в виде ацетата, хлорида, окиси и тетраэтила. Часть свинца, поступившего с пищей, превращается в хлорид и комплексы с желчными кислотами, которые всасываются как таковые. Желчь сти­мулирует транспорт свинца через эпителий слизистой обо­лочки (Трахтенберг и др., 1994; Барышников И.И., Барыш­ников В.И., 1997; Лужников, Костомарова, 1989).

Существенную роль в ассимиляции свинца играют и сопутствующие компоненты питания, среди которых осо­бое значение имеют минеральные вещества – кальций, фосфор, железо, цинк (Андрушайте и др., 1986; Протасова, 1998; Лойт, Савченков, 1996).

Усвоение свинца усиливается при полном или ча­стичном голодании. Поступивший в кровь свинец быстро распределяется по органам, затем происходит перераспре­деление. Образуются два обменных пула свинца: быстрый – кровь и мягкие ткани, медленный – скелет (Barton et al., Conrad, 1980).

Физиологическая норма свинца в разных тканях и ор­ганах человека имеет следующие значения (в микромолях на 1 л): в легких – 0,19, в мышцах – 0,29, в мозге – 0,49, в почках – 0,52, в печени – 0,84, в крови – 1,3, в коже – 1,5, в костях – 5,3. Концентрация свинца в костях на 1-2 порядка выше, чем в других органах, что указывает на остеотроп­ность этого элемента (Войнар, 1960; Скальный и др., 2002а).

У млекопитающих основным путем выведения свинца из тканей являются почки.

Свинец может поступать в организм и через легкие. Это относится в первую очередь к мелким аэрозольным ча­стицам размером <0,5 мкм. Некоторая их часть может по­глощаться легочными макрофагами (Эйхлер, 1993).

Механизм токсического действия свинца определяется по двум основным направлениям:

– блокада функциональных SН-групп белков, что приво­дит к ингибированию многих жизненно важных ферментов;

– проникновение свинца в нервные и мышечные клет-

Свинец способен к образованию комплексов с белко­выми группами аминокислот, например, с аминогруппой аминокислот, карбоксильной группой глютаминовой и аспа­рагиновой кислот, феноксигруппой тирозина и имидазолом гистидина (Левина, 1972; Cherian, 1979).

Другим физиологическим антагонистом свинца явля­ется цинк, который ослабляет токсическое действие свинца и снижает его содержание в тканях животных.

Кадмий является одним из наиболее редких элементов земной коры. В природе он в свободном виде не встреча­ется и не образует специфических руд. Его получают как сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди (Авцын и др., 1991).

Кадмий принадлежит к числу микроэлементов, ко­торые используются в технике, особенно в металлургии. Наибольшие поступления кадмия в атмосферу связаны с работой сталелитейных заводов (34 т в год) и сжиганием разнообразных отходов (31 т в год). Таким образом, в гло­бальном обогащении окружающей среды кадмием антро­погенный вклад в три раза превышает вклад естественных источников (Рейли, 1985; Ревелль П., Ревелль Ч., 1995).

Кадмий отличается высокой кумулирующей способно­стью в организмах теплокровных животных и человека. Он, как один из наиболее вредных токсикантов, попадая в почву, адсорбируется корневой системой растений, накапливается в них и по пищевым цепям поступает в организм животных и человека (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Кадмий …, 1997; Elinder, 1979).

Сигаретный дым – еще один источник отравления кад­мием. В средних широтах земного шара примерно 80% кад­мия поступает в организм человека с овощами, в странах Юго-Восточной Азии наибольшее количество кадмия по­ступает с рисом.

Кадмий обнаруживается также и в продуктах живот­ного происхождения. Так, в коровьем молоке концентрация

Величина всасывания для кадмия существенно ниже, чем для меди и цинка, с которыми он, по-видимому, имеет общий транспортный механизм.

Обмен кадмия характеризуется следующими особен­ностями: отсутствием эффективного гомеостатического контроля; длительным удержанием в организме и необычно долгим периодом полувыведения; преимущественным на­коплением в печени и почках; интенсивным взаимодействи­ем с другими двухвалентными металлами как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне (Кузубова и др., 2000; Croppel, 1969; Friberg et al., 1974, 1979).

Механизм токсического действия кадмия связан с его взаимодействием с карбоксильными, аминными и в большей степени с сульфгидрильными группами белков. Кроме этого, он является антагонистом цинка, кобальта, селена, ингибируя активность ферментов, содержащих указанные металлы. Из­вестна способность кадмия в больших дозах нарушать обмен железа и кальция (Ревелль П., Ревелль Ч., 1995).

Это влияние кадмия проявляется на уровне фермен­тативных процессов, всасывания, отложения и выделения элементов, а также функции целого организма. Кадмиевое отравление в значительной степени зависит от его взаимо­отношения с цинком. В связи с близостью строения атомов обоих элементов и сходством образуемых ими тетраэдриче­ских комплексов кадмий способен замещать цинк в хелатах этого металла (Castellino, Aloj, 1964; Doganoc, 1996).

Кроме того, кадмий блокирует синтез витамина D (Ер­шов, Плетнева, 1989).

Высокие дозы кадмия вызывают тяжелые расстрой­ства функций организма, связанные отчасти с нарушением ферментативной активности. Он инактивирует множество ферментов, так как оказывает блокирующее действие на сульфгидрильные, аминные и карбоксильные группы (Со­рока и др., 1991; Хмельницкий, 1987).