Тяжелые металлы воздействуют на организм вызывают головные боли
Автор статьи: Алёна Кротюк
Наконец-то вырвавшись из города в долгожданные выходные и проезжая тихие аккуратные деревни, расположившиеся вдоль трассы, многие соблазняются выставленными прямо тут на продажу продуктами. «Не то что в наших супермаркетах, эти яблочки уж точно натуральные,» — удовлетворенно угощая попутчиков подумаете вы. Идиллия: мирно пасущиеся на лужайках при трассе коровки пощипывают травку, которую ваш автомобиль только что обкурил свежей порцией свинца. Да, этилировать бензин свинцом в Европе запрещено, запрещено и в РФ. Но зная, что производство такого бензина гораздо дешевле, вы бы рискнули поспорить, что заправляетесь безопасным экологически чистым топливом?
Промышленность и транспорт — основные поставщики так называемых тяжелых металлов в окружающую среду. Это словосочетание встречалось в газетах (которые еще полвека назад тоже печатались с участием этих самых тяжелых металлов) даже далеким от химии и экологии людям. Внимание такое вполне заслужено, ведь влияние тяжелых металлов на организм человека еще до сих пор изучается. Впрочем, их токсичность споров не вызывает уже ни у кого.
Что такое тяжёлые металлы и их соли?
Тяжесть — понятие условное. В случае с металлами договорились называть тяжелыми те, у которых атомная масса свыше 50 атомных единиц. По этой классификации железо, которого нам, анемичным горожанам, вечно не хватает, — тоже тяжелый металл — его масса 55 единиц. Но если среди металлов с большой атомной массой встречаются необходимые нам для нормальной жизнедеятельности микроэлементы, то есть среди них и высокотоксичные вещества. Свинец, ванадий, кадмий и, конечно же, ртуть — их мы меньше всего хотим видеть в своем рационе.
Тем не менее, промышленность усиленно старается, чтобы на наших тарелках таблица Менделеева была представлена полностью. Благодаря недостаточно очищенным сточным водам предприятий тяжелые металлы в воде рек и озер отравляют целые экосистемы. Мы употребляем воду, рыбу, орошаем загрязненной водой поля. Тяжелые металлы в почве появляются оседая с пылью из загрязненного воздуха. Некоторые соли тяжелых металлов хорошо растворимы в воде, благодаря чему легко проникают в организмы растений, где накапливаются прежде чем оказаться в нашем салате.
Курильщики тоже не остаются в стороне, и выдыхают в воздух, которым мы дышим около 10 тон кадмия ежегодно. Конечно, на фоне промышленных выбросов кадмия — это капля в море, но курящих людей в непосредственной близости больше, чем металлообрабатывающих комбинатов, поэтому стоит учитывать этот фактор.
Многие тяжелые металлы входят в состав пестицидов. Их токсичность против всего живого используют на службе сельского хозяйства, например медьсодержащие фунгициды препятствуют распространению грибковых болезней.
Каким образом тяжёлые металлы воздействуют на организм
По своей природе многие тяжелые металлы являются катализаторами химических реакций. Чтобы представить себе, что такое катализатор, достаточно вспомнить сказку про кашу из топора — из нескольких исходных ингредиентов получилась каша, при этом тот самый топор остался невредимым. Без катализатора реакция не состоится, а сам он в процессе не расходуется. Тяжелые металлы воздействуют на организм следующим образом. Их вред начинается на клеточном уровне. Любая клетка организма содержит целый коктейль веществ, которые мирно сосуществуют и вступают только в нужные физиологии реакции. Когда в такой стройный порядок вещей вмешивается тяжелый металл, этого достаточно, чтобы возмутить спокойствие (или по-научному — гомеостаз) этой клетки — начинают происходить реакции, которых природа не задумывала, появляются новые вещества.
Еще одним воздействием тяжелых металлов на физиологию клетки является блокирование ферментов. Каждый фермент «заточен» для работы с определенным субстратом. Приблизительно так же ваша кухонная утварь приспособлена для конкретных продуктов — шумовка снимает пену, половник набирает суп, а лопатка переворачивает оладьи, и никак не наоборот. Атом тяжелого металла способен заблокировать активный центр фермента — представьте шар для боулинга в половнике. Вряд ли таким инструментом удастся налить в тарелку хоть немного супа. Когда активный центр фермента заблокирован тяжелым металлом, реакция, за которую данный фермент отвечает, не происходит.
И уже на этом строится влияние тяжелых металлов на здоровье человека. Они накапливаются в печени, почках, костях и на клеточном уровне разрушают организм.
Отравление тяжёлыми металлами. Симптомы.
Мы подвержены воздействию тяжелых металлов ежечасно. И это касается не только тех, кто проживает в задымленном промышленном городе, но и тех, кто «гнездится» в зеленых деревнях. Тяжелые металлы постоянно циркулируют с водой и воздухом, и экологическая чистота регионов весьма относительна.
Но отравление солями тяжелых металлов обычно тяжело распознать. Симптомы отравления тяжелыми металлами легко спутать с хроническими болезнями, последствиями усталости, неправильного питания и возрастных изменений. Чтобы диагностировать именно отравление ртутью, свинцом или кадмием, нужно провести лабораторные исследования.
Впрочем, особо острые отравления тоже случаются и обычно затрагивают сразу целые населенные пункты. К примеру, отравление ртутью чаще всего происходит через употребление морепродуктов — именно рыба, водоросли, ракообразные и моллюски накапливают её в себе. Сверхнормативный выброс этого тяжелого металла или систематические сбросы предприятий могут вызвать у жителей окружающих населенных пунктов так называемую болезнь Минамата. Ртуть поражает в основном нервную систему, поэтому список симптомов болезни Минамата содержит весь спектр — от потери слуха, зрения и обоняния до параличей разной сложности. Ртуть плохо выводится из организма, поэтому лечения от болезни практически нет.
Отравления всеми тяжелыми металлами характеризуются приблизительно одинаковой симптоматикой. Первым на острое отравление отреагирует пищеварительный тракт (нарушением перистальтики, болями, тошнотой, рвотой). По мере всасывания тяжелых металлов в кровь начнут подключаться реакции со стороны сердца и сосудов (скачки давления, одышка), почек и печени. Необратимые последствия для организма наступают, как и в случае болезни Минамата, когда тяжелый металл добрался до нервной системы.
Сложности диагностирования отравлений тяжелыми металлами — еще один аргумент в пользу того, чтобы внимательнее относиться к продуктам, которые мы употребляем. Обходите стороной морепродукты, если их происхождение досконально неизвестно. Отдавайте предпочтение бутилированной воде для питья и приготовления пищи, если в вашем городе расположен промышленный гигант, дышащий тяжелыми металлами. Не покупайте продукты на стихийных рынках — не исключено, что для продажи их выращивают вдоль автомобильных дорог или железнодорожного полотна. И, конечно же, бросьте уже, наконец, курить, если эта привычка все еще вас преследует.
Источник
Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, та к как являются постоянными спутниками в жизни человека.
Очень часто многоэлементный анализ используют в медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений, а так же при лечении профессиональных болезней, связанных с хроническим воздействием тяжелых металлов на организм в условиях реального производства и экологических особенностей.
В химико-токсикологическом анализе применяется метод минерализации при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений,
пищевых продуктов и др.) на наличие та к называемых «металлических ядов». Эти яды в виде солей, оксидов и других соединений в большинстве случаев поступают в организм через пищевой канал, в соответствующих отделах которого они всасываются в кровь и вызывают отравления.
Важнейшим и «металлическими ядами » являются соединения бария, висмута, кадмия, марганца, меди, ртути, свинца, серебра, таллия, хрома, цинка и соединения некоторых неметаллов (мышьяка, сурьмы). Ряд перечисленных выше химических элементов, соединения которых являются токсичными. В небольших количествах содержатся в тканях организма как нормальная их составная часть, В виду незначительных количеств этих химических элементов. Содержащихся в организме, их называют микроэлементами.
Установлены предельно-допустимые концентрации микроэлементов в организме.
Наименование элемента | Kpoвь (mkg/ml) | Moчa (mkg/ml) |
Mn (марганец) Ag (серебро) As (мышьяк) Ва (барий) Cd (кадмий) Bi (висмут) Cr (хром) Cu (медь) Pb (свинец) Tl (таллий) Zn (цинк) | 0,06 0,1 0,2 0,08 0,005 0,03 0,004 0,9 0,25 0,01 1,2 | 0,07 0,06 0,004 0,8 0,04 0,02 0,02 0,1 0,08 0,002 1,2 |
Амплитуда содержания того или иного элемента у разных организмов может значительно выходить за пределы указанных концентраций. Фактор концентрации имеет определяющий характер для оценки физиологического действия элемента. Уже почти 85 лет известно, что:
- Каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает оптимальные тканевые концентрации и функции;
- У каждого элемента имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена [Mertz, 1982].
Правила Мертца особенно важны для токсикологической химии. Металлы с малыми значениями диапазона концентраций условно отнесены в разные группы по «степени опасности» (чем меньше диапазон, тем «опаснее»):
- As, Be, Cd, Hg, Pb, Tl, Zn;
- B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Sb, Sc;
- Ba, Mn, Sr, V, W.
Общепризнанно, что наиболее опасными элементами для человека, да и вообще для теплокровных животных, являются кадмий, ртуть и свинец (Cd, Hg, Pb).
Кадмий вызывает отравление, описанное в Японии как болезнь «итаи-итаи» (ох-ох). Название болезни происходит от боли в спине и ногах, сопровождающей остеомаляцию (декальцификацию) костей, что приводит к ломкости костей. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки, приводя к сильнейшему нарушению функции почек. Избыток кадмия нарушает метаболизм металлов, особенно железа и кальция, нарушает действие цинковых и иных металло-ферментов, блокирует сульфгидрильные группы ферментов, нарушает синтез ДНК. Кадмий легко замещает металлфлавопротеиновых комплексах, где главенствующую роль играют железо и молибден, нарушая двухстадийный процесс окисления.
Ртуть токсична в любой своей форме. Ртуть в природных условиях довольно быстро превращается в летучее токсическое соединение — хлорид метилртути. В организме ионы метилртути быстро попадают в эритроциты, печень и почки, оседают в мозге, вызывая серьезные необратимые кумулятивные нарушения ЦНС. Это приводит, к конце концов, к общему и церебральному параличу, деформации конечностей, особенно пальцев, затрудненному глотанию, конвульсиям и смерти. Ртуть блокирует активность ряда важнейших ферментов, в частности карбоангидразы, карбоксипептидазы, щелочной фосфатазы. Легко замещает кобальт в корриноидах, извращая метаболические реакции, связанные с витамином В12. Повреждение механизма биосинтеза ДНК из-за недостаточности витамина В12 является причиной мегалобластических анемий и наиболее распространенной формы — пернициозной анемии, что приводит к дегенеративным изменениям нервной системы.
Свинец известен как токсическое вещество почти 5 тысяч лет среди греческих и арабских ученых. В современных условиях наибольшим источником загрязнения свинцом среды обитания считаются выхлопы бензиновых двигателей автомашин, поскольку в бензин добавляется тетраэтилсвинец для повышения октанового числа. Свинец препятствует одной из ступеней биосинтеза гема, считается сильнейшим нейротоксином, вызывает повышенную агрессивность. Хроническое отравление свинцом постепенно приводит к нарушениям функций почек, нервной системы, анемии. Токсичность свинца увеличивается при недостатке в организме кальция и железа. Свинец блокирует SH-группы белков, образуя комплексы с фосфатными группами рибозы у нуклеотидов, особенно у цитидина, и тем самым быстро разрушает РНК, ингибирует ферменты, в частности карбоксипептидазу.
Мышьяк относится к числу наиболее сильных и опасных ядов. В присутствии кислорода быстро образует очень ядовитый мышьяковистый ангидрид. При пероральном отравлении высокая концентрация мышьяка наблюдается в желудке, кишечнике, печени, почках и поджелудочной железе, при хроническом отравлении постепенно накапливается в коже, волосах и ногтях. Из-за ингибирования различных ферментов нарушает метаболизм. В процессе отравления первыми страдают аксоны, что приводит к периферической нейропатии и параличу конечностей. Мышьяк считается канцерогенным для человека.
Таллий очень токсичен, зачастую его называют «химическим СПИДом». Таллий, проникая через клеточные мембраны, образует сильные комплексы, например, нерастворимый комплекс с рибофлавином. Это приводит к нарушению метаболизма серы и разрушению иммунной системы. Отравление таллием приводит к гастроэнтеритам, периферической нефропатии, при большой абсорбции к смерти. Через 2-3 недели после небольшого отравления у человека выпадают волосы.
Цинк в виде двухвалентного элемента входит в состав свыше 20 ферментов, включая участвующие в обмене НК. Большая часть цинка в теле человека находится в мышцах, а самая высокая концентрация — в простате. В крови он присутствует в эритроцитах как кофактор в карбоангидразе. Избыток цинка может разбалансировать метаболические равновесия других металлов. Разбалансировка отношения цинк/медь является главным причинным фактором в развитии ишемической болезни сердца. Избыточное потребление солей цинка может приводить к острым кишечным отравлениям с тошнотой. В общем, цинк не очень опасен, а возможность отравления, вероятнее всего зависит от совместного присутствия токсичного кадмия.
Медь является необходимым кофактором для нескольких важнейших ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции, без которых нормальная жизнедеятельность невозможна. Медь входит в качестве необходимого элемента в состав цитохромоксидазы, тироназы и других белков. Их биологическая роль связана с процессами гидроксилирования, переноса кислорода, электронов и окислительного катализа. В тканях здорового организма концентрация меди в течение всей жизн и поддерживается строго постоянной. В норме существует система, препятствующая непрерывному накоплению мед и в тканях путем ограничения ее абсорбции ил и стимуляции ее выведения. Хронический избыток меди в тканях При соответствующих заболеваниях вызывают токсикоз : ведет к остановке роста, гемолизу, снижению содержания гемоглобина, к деградации тканей печени, почек, мозга. Около 95 % меди в организме присутствует в составе гликопротеина крови церулоплазмина. Известен факт недостатка этого белка При болезни Вильсона-Коновалова — врожденном дефиците метаболизма (гепатолентикулярная дегенерация). Из-за генетического дефекта в синтезе церулоплазмина его содержание в крови резко снижено. В результате медь не связывается в комплекс с нормальной для организма константой устойчивости. Это приводит к недостатк у мед и в цеп и реакций метаболизма, приводящей к естественному для здорового организма синтез у соединительной ткани. Для осуществления нормального процесса сшивки мономеров эластина и коллагена не хватает активной Си-лизолоксидазы. С другой стороны «освободившиеся» ионы меди, лишившись по сути единственного нормального потребителя, откладываются в специфических тканях (печень, ядра мозга, почки, эндокринные железы, радужная оболочка глаз), где оказывают прямой токсический эффект. Создается парадоксальная ситуация избытка меди в специфических тканях при ее недостатке в нормальной цепи метаболизма.
Хром один из наименее токсичных элементов. При острых отравлениях накапливается во внутренних органах. Считается, что трехвалентный хром в виде комплекса с никотиновой кислотой и алифатическим и аминокислотам и работает в организме в качестве «фактора толерантности к глюкозе». Его действие заключается в усилении гипогликемического действия инсулина. В обычных условиях отрицательным является недостаток хрома в организме.
Сурьма — менее токсичный элемент, чем мышьяк. При отравлении накапливается в скелете, почках, селезенке.
Барий в виде двухвалентного катиона ядовит из-за его антагонизма с калием (но не с кальцием). У обоих ионные радиусы подобны. Барий является мускульным ядом. Абсорбированный барий откладывается в костях и в пигментной оболочке глаз.
Марганец — элемент почти нетоксичен, особенно в виде двухвалентного иона. В виде перманганат-иона токсичен из-за окислительной способности. Отравление происходит в случае вдыхания оксида в промышленном производстве.
Серебро. Элемент накапливается в печени и в меньших количествах, но равномерно, в остальных органах и тканях. Отложения серебра отмечено в клубочках почек и в субэпителиальных слоях кож и («аргироз» — голубоватое окрашивание кожи).
При различных патологиях имеет место изменение содержания микроэлементов в организме. Исследование сыворотки больных острым вирусным гепатитом, а также при постгепатитном циррозе показало, что у пациентов с острым гепатитом концентрация цинка почти не менялась, концентрация кадмия значительно увеличивалась. Концентрация меди и марганца незначительно уменьшалась. При хроническом гепатите и постгепатитном циррозе содержание меди и цинка в сыворотке уменьшалось, а кадмия увеличивалось. Содержание марганца почти не менялось. Выделение с мочой меди, превышающее 115 мкг/сутки и сопровождаемое низким содержанием в крови, свидетельствует о синдроме системного заболевания, например, болезни Вильсона-Коновалова. Повышенное содержание в крови и моче алюминия, особенно у пожилых людей, может сопровождать энцефалопатию, болезнь Альцгеймера и другие формы слабоумия, а при почечной недостаточности также остеомаляцию и микроцитарную гипохромную анемию. Повышенное содержание в крови и моче лития характерно для больных с патологией мочевыделительной системы, нефропатиями.
Повышенное относительно ПДК содержание в биологических жидкостях отдельных тяжелых металлов может свидетельствовать о хроническом воздействии токсикантов на организм и перенапряжении работы почек и печени. Это требует мер по очистке организма от избытка тяжелых металлов, например, с помощью препаратов с полианионами (морская капуста) в незапущенных случаях.
Повышенное содержание в крови и моче наиболее токсичных тяжелых металлов (кадмия, ртути, свинца) требует энергичных мер по их выведению, поскольку их избыток разрушает нервную, сердечно-сосудистую и иммунную системы.
Повышенное содержание в крови и моче таллия и селена может пролить свет на причины облысения и плохое самочувствие таких больных.
Повышенное содержание в организме бора должно привлечь внимание к тяжелым металлам, содержание которых не превышает ПДК, т.к. он оказывает синергистское (усиливающее) влияние на их токсические свойства.
Токсичность «металлических ядов» объясняется связыванием их с соответствующими функциональными группами белковых и других жизненно важных соединений в организме. В результате нарушаются нормальные функции соответствующих клеток и тканей в организме, и наступает отравление, которое в ряде случае в заканчивается смертью.
Источник