Toxic

42

сацией азота. Осуществляется она в основном либо синезеле-

ными водорослями и определенными видами бактерий в почве и воде, либо бактериями из рода Rhizobium, обитающими в не- больших клубеньках на корнях люцерны, клевера, гороха, фа- соли и других бобовых растений. Определенный вклад в фик- сацию азота вносят грозовые разряды молний, при которых

газообразный азот и кислород в атмосфере превращаются в оксид и диоксид азота:

N2 + O2 = 2NO;

2NO + O2 = 2NO2.

Эти газы взаимодействуют с парами воды и преобразуются в нитрат-ионы:

4NO2 +O2 + 2H2O = 4HNO3,

которые попадают на земную поверхность в форме азотной кислоты, растворенной в атмосферных осадках, и в форме час- тиц нитратных солей:

HNO3 + NH3 = NH4NO3

Таким путем в почву ежегодно вносится около 15 кг/га азота. Неорганические нитрат-ионы и ионы аммония, погло- щаемые растениями из почвенной влаги, преобразуются ими в белки, ДНК и другие необходимые им азотсодержащие орга- нические соединения. Животные покрывают большую часть своих потребностей в азотных питательных веществах, поедая

растения или других растительноядных животных.

Особые бактерии-редуценты превращают азотсодержа- щие органические соединения биологических отходов (экс- крементов и мертвых организмов) в неорганические вещества, такие, как газообразный аммиак (NH3) и растворимые в воде соли, содержащие ионы аммония (от 10 до 350 кг/га в год).

Другие специальные группы бактерий затем преобразуют эти неорганические формы азота в нитрат-ионы в почве и в газо- образный азот, который, попадая в атмосферу, замыкает цикл.

Токсическое действие: большинство соединений азота (оксиды, гидриды, кислоты) обладают токсичностью, оказы-

43

вают поражающее действие на кожу, верхние дыхательные пу- ти и глаза.

Оксиды азота NO и NO2, поступают в атмосферу с вы- бросами заводов, автотранспорта и авиации. Считают, что ка- ждый автомобиль выбрасывает около 4 г NO2 на 1 км пробега.

Оксиды азота являются сильными окислителями и вызывают уже при концентрации 0,002 мг/л воздуха воспаление слизи- стых оболочек верхних дыхательных путей, хронические брон- хиты. Накопление в атмосфере оксидов азота приводит к по- давлению роста лесов, заболеванию листьев у деревьев и неко- торых сельскохозяйственных культур.

Кроме того, NO играет роль катализатора распада озо-

на:

O3 + NO = NO2 + O2;

O + NO2 = O2 + NO.

Поставщиком оксидов азота является реактивная авиация. По некоторым данным за один трансконтинентальный перелет ре- активного самолета сгорает около 35 т атмосферного кислоро- да, содержащего значительную долю драгоценного озона.

Монооксид диазота N2O в смесях с кислородом – сла- бый наркотик, в высоких концентрациях вызывает удушье.

Диоксид азота, пары азотной кислоты и хлорида нитрозила NOCl раздражают легкие, вызывая их отек.

Монооксид азота, гидроксиламин NH2OH и азидово-

дород HN3 разрушают красные кровяные тельца.

Азиды щелочных металлов действуют на человека почти так же, как цианиды.

Аммиак NH3 отличается особо прижигающим и нарко- тическим действием. Острое отравление: тяжелый ожог верх-

них дыхательных путей с отторжением некротизированных участков слизистой; резкий отек гортани, языка, острый брон- хит, бронхоспазм, быстрое присоединение инфекции, падение артериального давления. При действии высоких концентраций

44

– возбуждение, бред. У пострадавших изменяется так называе- мый слуховой порог: даже не очень громкие звуки становятся невыносимыми, могут вызвать судороги. Раздражение глаз даже при незначительном содержании аммиака в воздухе. При попадании в глаза – химический ожог, захватывающий конъ- юктиву и роговицу. Возможно поражение всего глаза и слепо- та.

Действие на кожу – 7 мг/л – наблюдается легкое раз- дражение влажной кожи; при 14 мг/л – заметное раздражение, а 21 мг/л –через несколько минут могут вызвать ожог с обра- зованием пузырей. Заживление медленное.

Ксчастью человек способен чувствовать запах аммиака

ввоздухе уже в ничтожной концентрации – 0,0005 мг/л, когда еще нет большой опасности для здоровья.

∙Минимально действующая концентрация – 0,00045 мг/л.

∙Вызывающая изменения биопотенциалов головного мозга

–0,00035 мг/л.

∙Резкое раздражение глаз, верхних дыхательных путей, вплоть до рефлекторной задержки дыхания, головная боль

–0,04-0,08 мг/л.

∙Можно выдержать, хотя и с трудом, в течение часа – 0,25 мг/л.

∙Опасно для жизни – 0,35-0,70 мг/л.

∙Предельно допустимая концентрация – 20 мг/м3.

Нитриты натрия и калия применяются при синтезе ряда органических веществ, в пищевой (при технологической обработке мясных, рыбных продуктов) и текстильной про- мышленности. Возможны отравления при погрузке и разгруз- ке, в быту – при ошибочном приеме внутрь нитрита натрия вместо поваренной соли. Поступают нитриты в организм через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт.

Это яды центральной нервной системы. Сильные мет- гемоглобиновые образователи. При хроническом отравлении,

45

жалобы на слабость, быструю утомляемость, снижение психи- ческой деятельности, головные боли, нарушение сна, бессон- ница, боли в области сердца, тянущие боли в мышцах, суставах конечностей.

Нитраты аммония, натрия и калия - это бесцветные кристаллы. Применяются в качестве удобрений, для получения взрывчатых веществ, в пищевой, стекольной промышленно- сти.

Поступают в организм человека через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. Раздражают кожу и слизистые оболочки. Способность нитратов восстанавливаться в орга- низме до нитритов часто приводит к образованию метгемогло- бина. При употреблении в пищу воды, содержащей 50-1000 мг/л нитратов, резко увеличивается число лиц с повышенным содержанием гемоглобина в крови. Особенно страдают дети. Описано много смертных отравлений грудных детей.

Вызывают воспалительные состояния верхних дыха- тельных путей, изъязвление слизистой носа, явления хрониче- ского гастрита и холецистита, дерматиты.

1.5.2 Фосфор и его соединения

Антропогенные источники: добыча больших коли-

честв фосфатных руд для производства минеральных удобре- ний и моющих средств.

Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосисте- мах при попадании в них загрязненных стоков с животновод- ческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков. Как и в случае с нитрат-ионами и ионами аммония, избыток этих питательных элементов способствует «взрывному» росту сине-зеленых водорослей и других водных растений, что на- рушает жизненное равновесие в водных экосистемах.

46

Биологическая роль: роль фосфора и его минеральных соединений в организме очень разнообразна.

Содержание в человеческом организме:

Фосфор главным образом в виде фосфат-ионов ( PO34− и HPO24− ) является важным питательным элементом, как для

растений, так и для животных. Он входит в состав молекул ДНК, несущих генетическую информацию, молекул АТФ И АДФ, в которых запасается необходимая для организмов хи- мическая энергия, используемая при клеточном дыхании; мо- лекул жиров, образующих клеточные мембраны в раститель- ных и животных клетках; а также веществ, входящих в состав костей и зубов животных.

Фосфор и его соединения служат составной частью ко- стной ткани и зубов (в костной ткани содержатся фосфаты в форме гидроксилапатита 3Са3(РО4)2. Са(ОН)2 и карбонатапати- та 3Са3(РО4)2. СаСО3·Н2О, компонентов нуклеотидов и нук- леиновых кислот). Соединения фосфора выступают в роли по- средника при гормональной регуляции и активатора углеводов,

аминокислот и продуктов омыления жиров в процессе их окисления. Многие органические молекулы, содержащие фос- фор и выполняющие биологические функции, построены по общему структурному типу: органические основания - углерод - фосфат.

Предполагают, что богатый энергией фосфат повышает химическую активность основания.

В биологических системах (митохондриях клеток) со- держатся органические производные – аденозинтрифосфорная

47

кислота (АТФ), в молекуле которой органическое основание (аденозин) соединено с трифосфатной группой: АТФ образует- ся непосредственно в фотосинтезе и является конечным про- дуктом дыхания. Она может затем быть использована как ис- точник энергии многих химических реакций, идущих в клетке. Энергия АТФ – это энергия реакции гидролиза трифосфатной цепи: в цепочке атомов –Р-О-Р-О-Р-О- сосредоточивается большой общий электронный заряд, и поэтому молекула АТФ «заряжена» энергией. При гидролизе этого соединения образу- ется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и выделяется энер- гия. Для полноты прохождения такой реакции необходимо участие ионов Mg2+, образующих устойчивые комплексы с продуктами. Изменение стандартной энергии Гиббса при гид- ролизе АТФ до АДФ равно ≈ –31,0 кДж/моль. При высоких концентрациях АТФ в клетке энергия Гиббса биосинтеза со- ставляет от –40 до –50 кДж/моль.

Энергия, аккумулированная в молекуле АТФ, получает-

ся при переходе электронов от окисляемых в клетках пищевых веществ к кислороду воздуха. Организм покрывает свои энер- гетические расходы (синтез белка, мышечная работа и т.д.), используя реакцию гидролиза АТФ, в результате которой сно- ва образуется АДФ и освобождается необходимая клетке энер- гия.

Токсическое действие: белый фосфор – сильнодейст-

вующий яд, летальная доза для человека 60 мг Р4. Он опасен и в меньших дозах, так как аккумулируется в организме и вызы- вает некроз (омертвление) костных тканей, разрушение челю- стей и выпадение зубов.

Фосфин (РН3) – ядовитый газ, с характерным запахом чеснока и гниющей рыбы. Он действует преимущественно на нервную систему и систему, регулирующую обмен веществ. При концентрации более 0,1 мг/м3 вызывает рвоту, обморок и

48

смерть. Хроническое отравление этим веществом приводит к расстройству зрения и язве желудка.

Оксиды фосфора, особенно Р4О10, а также PCl3 вызы-

вают ожоги кожи и поражения слизистых оболочек. Фосфаты металлов – одни из наиболее безопасных для

человека соединений. Они необходимы для питания, добавля- ются в тонизирующие и лекарственные препараты, зубные пас- ты.

За последние 10-20 лет создано очень много токсичных фосфорсодержащих нервно-паралитических газов: зарин, табун, зоман и др. Табун, в частности, имеет состав (CH3)2NPO(C2H5)OCN. Нервно-паралитические газы всасыва- ются через кожу, глаза, органы дыхания и блокируют деятель- ность нервной системы, чем и вызывают смерть. Для человека однократное вдыхание этих газов уже является смертельным.

1.5.3 Мышьяк

Антропогенные источники: горные разработки, добы-

ча каменного угля, производство и применение серной кисло- ты, инсектицидов, гербицидов.

Биологическая роль: в последние годы мышьяк стали рассматривать как жизненно необходимый микроэлемент: 50 мкг на 1 кг сухого корма – такова потребность животных в мышьяке. В теле человека его 0,2-0,3 мг/кг веса (12-е место среди всех элементов. Сравнимо с марганцем, барием и ио- дом).

Содержание в человеческом организме:

49

Существенный элемент для красных водорослей и мле- копитающих. При дефиците мышьяка в корме животных они хуже растут, у них увеличивается селезенка, ухудшается состав крови, а в период лактации многие гибнут.

Мышьяк уменьшает токсичность Se, Hg и Pb при их из- бытке в организме.

Распределение мышьяка в органах и тканях неравно- мерно: его больше всего в мозговой ткани, мышцах и органах с развитым мышечным слоем. Возможно мышьяк участвует в процессах, связанных с механической работой и мышлением.

В морских организмах мышьяка больше, чем где бы то ни было, (например, в морской рыбе – в 10-100 раз больше, чем в пресноводной), а особенно много в креветках, омарах и других ракообразных (до 174 мг/кг); есть даже такой термин «креветочный мышьяк». Морские организмы способны пере- водить мышьяк в нетоксичные формы.

Биологическое действие мышьяка на молекулярном уровне изучено недостаточно, однако очевидно, что его при- сутствие в организме не случайно. Уже с древних времен этот элемент привлекал к себе внимание человечества, о нем гово- рили со страхом, восхищением и презрением.

Токсическое действие

Токсическая доза - 5-50 мг. Летальная доза - 50-340 мг.

Соединения As (III) значительно токсичнее, чем As (V). В частности, очень опасен AsH3. Токсичность также зависит от растворимости. Плохо растворимые сульфиды и сам мышьяк малоядовиты.

Для острого отравления мышьяком характерны упадок сил, мышечная слабость; смерть наступает при явлениях пара- лича. При установлении острого отравления мышьяком необ- ходимо вызвать рвоту, промыть желудок. Как противоядие применяют жженую магнезию в форме взвеси с водой.