1.2. Химические свойства и область применения ртути

Hg относится к числу наиболее токсичных химических элементов [12]. Наряду со способностью этого элемента находиться в природе в самородном состоянии другой характерной ее особенностью является высокая склонность к комплексообразованию. Эти два фактора полностью определяют поведение Hg как в физико–химических системах, так и в живом организме. Она также устойчива к окислению вследствие высокого окислительного потенциала (1007 кДж/моль), и для неё характерно существование в металлической форме. Каждый атом Hg в соединениях окружён шестью другими атомами, и структура веществ имеет гексагональную пространственную решётку. Hg при комнатной температуре не окисляется на воздухе. Она также не окисляется элементарным азотом, углеродом, фосфором, кремнием, что имеет большое значение для жизненных процессов, поскольку Hg не относится к жизненно необходимым элементам [22], более того – она токсична для любых форм жизни. В нулевой степени окисления Hg неопасна для живых организмов. Исключение составляют ее пары, когда Hg, адсорбируясь на альвеолах в лёгких, ферментативно окисляется и поступает в кровь в ионной форме, оказывая своё токсическое действие. Растворимость элементарной Hg в воде мала и находится на уровне предельно допустимой концентрации для водоёмов – 0,0005 мг/л [24]. Это объясняется тем, что в ряду электрохимической активности металлов Hg находится правее водорода, электродная пара Hg²⁺/Hg⁰ имеет положительный потенциал + 0,801 В, и, следовательно, вода не может окислить Hg. Не могут окислить Hg и ионы гидроксония [H₃O]⁺, находящиеся в больших количествах в кислотах, не являющихся окислителями (галогеноводородные и др.). И только кислоты–окислители при нагревании могут растворить Hg, лучшей в этом отношении является азотная кислота. В водных растворах, а также в растворах своих солей Hg существует в равновесии со своими формами состояния. Равновесие обратимо и может сдвигаться в ту или иную сторону в зависимости от физико–химических условий среды, в которой протекает данный процесс:

Hg⁰ + Hg²⁺ ↔ [Hg2]²⁺.

При обычных условиях, комнатной температуре и атмосферном давлении в водном растворе равновесие сдвинуто вправо. Ион [Hg₂]²⁺ устойчив при рН < 2,5 или в случае образования труднорастворимых соединений. При нагревании и освещении равновесие смещается влево. И если кислотность недостаточна или осуществляется нагрев, то равновесие реакции полностью сдвинуто влево [25].

С точки зрения риска для здоровья человека наиболее опасны пары элементарной Hg и алкилированные соединения с короткой цепью, особенно монометилртуть (CH₃Hg⁺). По степени воздействия на живой организм Hg обладает широким спектром действия и большим разнообразием возникающих форм клинических проявлений данной интоксикации.

1.3. Источники ртутного загрязнения и особенности биологического действия

Потенциальными источниками ртутного загрязнения могут быть: бытовые и промышленные ртутьсодержащие приборы (термометры, тонометры), промышленные ртутьсодержащие отходы (отслужившие свой срок люминесцентные лампы), содержащие Hg полезные ископаемые. Беспокойство вызывает хранение отработанных люминесцентных ламп, отнесенных к отходам 1-го класса опасности [24]. По данным Госуправления экобезопасности, только в Киеве складировано около 500 тыс. штук таких ламп [29].

1.3.1. Воздействие ртути на здоровье человека. Самый распространенный и, пожалуй, основной способ проникновения Hg в организм это вдыхание ее паров. Также Hg может попасть в организм с пищей, водой [31] и т.д.

На характер отравления основной отпечаток накладывает действующая концентрация токсичной формы элемента, что приводит к острому или хроническому отравлению. Выраженность и быстрота развития клинической картины заболевания определяются интенсивностью Hg воздействия и индивидуальными особенностями организма. Высокие концентрации Hg, действующие на организм, приводят обычно к острому отравлению и могут завершиться смертельным исходом. Хроническое отравление вызывается действием меньших концентраций, развивается исподволь и постепенно.

1.3.2. Острые отравления парами ртути. В практике химических лабораторий такие отравления встречаются редко — при поступлении значительного количества Hg паров в организм в течение непродолжительного времени вследствие аварий или грубого нарушения правил техники безопасности. Острые отравления возможны при нагревании неизолированной Hg вне вытяжного шкафа, например при пользовании банями с жидкими теплоносителями (маслом, глицерином; сплавом Вуда), в которые попала Hg из разбитого термометра. Опасные концентрации Hg паров создаются при разрушении стеклянных аппаратов, содержащих нагретую до высокой температуры Hg [9, 32]. Одна из опаснейших и в то же время довольно часто встречающихся ситуаций — разрушение Hg термометра в сушильном шкафу. Hg при этом испаряется особенно быстро, а сушильные шкафы нередко размещают вне вытяжного шкафа.

Обычно симптомы острого отравления парами Hg проявляются уже через несколько часов после начала отравления — общая слабость, отсутствие аппетита, головная боль, боли при глотании, металлический вкус во рту, слюнотечение, набухание и кровоточивость десен, тошнота и рвота; как правило, появляются боли в животе, слизистый понос (иногда с кровью) [4]. Нередко наблюдается воспаление легких, катар верхних дыхательных путей, боль в груди, кашель, одышка, иногда озноб. Температура тела иногда повышается до 38—40 °С. В моче пострадавшего находят значительные количества Hg. В особо тяжелых случаях через несколько дней возможна смерть [13].

1.3.3. Хронические отравления парами ртути. Отравления возникают при сравнительно продолжительной работе — в течение нескольких месяцев, а иногда нескольких лет в помещениях, воздух которых содержит лары Hg в количествах, незначительно превышающих санитарную норму [18, 20].

При хронических отравлениях в первую очередь поражается центральная нервная система. В зависимости от типа нервной системы первые признаки могут быть различны: повышенная утомляемость, сонливость, общая слабость, головные боли, головокружения, апатия, а также эмоциональная неустойчивость – неуверенность в себе, застенчивость, общая подавленность, раздражительность. Наблюдается ослабление памяти, внимания, умственной работоспособности. Постепенно развивается усиливающееся при волнении дрожание («ртутный тремор») вначале пальцев рук, затем век, губ, в тяжелых случаях – ног и всего тела. Большое значение для диагностики ртутных отравлений имеет снижение кожной чувствительности, вкусовых ощущений и остроты обоняния. Наблюдается также усиление потливости, частые позывы к мочеиспусканию, иногда некоторое увеличение щитовидной железы, замедление или учащение сердечной деятельности, понижение кровяного давления [21, 22].

Хроническое отравление вызывает предрасположенность к туберкулезу, атеросклеротнческим явлениям, поражениям печени и желчного пузыря, гипертонии. У женщин нарушается менструальный цикл, увеличивается процент выкидышей и преждевременных родов, мастопатии, беременность протекает более тяжело, родившиеся дети нередко бывают нежизнеспособными или очень слабыми [25].

Последствия хронического отравления могут проявляться спустя несколько лет после прекращения контакта со Hg.

1.3.4. Микромеркуриализм. Это хроническое отравление возникает при воздействии на человека в течение 5– 10 лет ничтожных концентраций паров Hg. Задолго до появления первых клинических признаков микромеркуриализма происходят резкие сдвиги пороговой чувствительности к запаху различных веществ, что можно выявить с помощью специальных тестов [26]. Основаниями для проверки служат быстрая утомляемость, снижение работоспособности, повышенная возбудимость, раздражительность, головные боли, ослабление памяти. Отсутствие контакта со Hg не может явиться доводом против подозрений на Hg отравление, поскольку микромеркуриализм возникает иногда при самых неожиданных обстоятельствах – может сыграть роль диффузия паров Hg из соседних помещений, разбитый даже очень давно Hg термометр, если Hg не была тщательно убрана, и т.п.

Более характерными признаками, проявляющимися однако не сразу, являются мелкий и частый тремор пальцев вытянутых рук, кровоточивость десен, катаральные явления верхних дыхательных путей, позывы к частому мочеиспусканию, у женщин, кроме того, — нарушение менструального цикла [28, 32].

Если воздействие паров Hg на организм продолжается, микромеркуриализм переходит в хроническое отравление Hg со всеми характерными для него симптомами.

В основе механизма действия лежит блокада биологически активных групп белковой молекулы (сульфгидрильных, аминных, карбоксильных и др.) и низкомолекулярных соединений с образованием обратимых комплексов, характеризующихся нуклеофильными лигандами. Тяжелые металлы, включая этилен Hg, попадающие в организм из тимеросала, оказывают влияние на метаболические процессы, которые участвуют в образовании серносодержащих аминокислот (метионин, S-аденосилметионин, S- adenosylhomocysteine, гомоцистин и цистин), серосодержащих пептидов (глутатион) [27, 30]. Способность выводить металлы из организма зависит от уровня содержания тиолов, а особенно от концентрации глутатиона. Низкий уровень глутатиона приводит детей аутистов к риску поражения тяжелыми металлами, которое затрагивает все защитные системы организма.

Установлено включение Hg (II) в молекулу транспортной РНК, играющей центральную роль в биосинтезе белков. Изменениям под влиянием Hg подвергаются мембраны эндоплазматического ретикулума [32]. В начальные сроки воздействия малых концентраций Hg имеют место значительный выброс гормонов надпочечников и активизирование их синтеза. Отмечены фазовые изменения в содержании катехоламинов в надпочечниках. Наблюдается возрастание моноаминоксидазной активности митохондриальной фракции печени. Биохимические сдвиги заключаются также в нарушении окислительного фосфорилирования в митохондриях печени и почек. Пары Hg проявляют нейротоксичность, особенно угнетая деятельность высших отделов нервной системы. Вначале возбудимость коры больших полушарий повышается, затем возникает инертность корковых процессов, а далее развивается запредельное торможение.

Отмечается также обратимость процессов нарушений в условных рефлексах, биохимических, функциональных и иммунологических системах организма для начального этапа интоксикации. На более поздних ее этапах изменения носят глубокий морфологический характер и завершаются дегенеративными явлениями.