Медицинская консультация

Последний номер журнала

Металлический привкус прогресса

Металлический привкус прогресса

Я в Европе недавно, но слышал об опустошениях, которые причиняет химия. По-видимому, она является четвертым бичом, разоряющим людей и уничтожающим их понемногу, в то время как война, моровая язва и голод уничтожают их во множестве, зато с перерывами.

Шарль-Луи де Монтескье, французский философ и литератор, 1721

 В XXI веке – в эпоху техногенных катаклизмов – о тяжелых металлах приходится довольно часто. В массовом сознании они ассоциируются с высокотоксичными веществами. У ученых до сих пор нет единого мнения относительно того, какие химические элементы периодической системы следует относить к тяжелым металлам. Наиболее широким является «химический» подход, согласно которому «тяжелыми» считают все металлы с атомной массой свыше 50 атомных единиц (всего - более 40 химических элементов). Практически все они активно участвуют в биологических процессах: в виде ионов входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов, участвуют в синтезе белка и кроветворении. Многие из них образуют высокотоксичные для живых организмов соединения и являются загрязняющими веществами.

Аспект токсичности для биологических объектов при низких концентрациях и способности к накоплению в организме служит основой другого, более узкого подхода к определению тяжелых металлов. Большинство сторонников «биологического» подхода к таковым относят к тяжелым металлам свинец, ртуть, кадмий, сурьму. Часто к «тяжелыми» причисляют также медь, цинк, никель, кобальт, олово и висмут, реже – ванадий, марганец, хром и молибден, иногда – мышьяк, учитывая его высокую распространенность и вовлеченность в природные и техногенные циклы.

 «Тяжелый» круговорот

В окружающую среду тяжелые металлы поступают из природных источников в процессе выветривания и вымывания из горных пород и минералов, а также в результате вулканической деятельности. Основным источником поступления практически всех тяжелых металлов в окружающую среду является сжигание ископаемого топлива в тепловых электростанциях и транспорте. В золе угля и нефти обнаружены практически все металлы. В 1 т каменноугольной золы в среднем содержится по200 гцинка и олова,300 гкобальта, до10 кгванадия и цинка, в золе нефти - ванадий, ртуть, молибден и никель, в золе торфа - кобальт, медь, никель, цинк и свинец.

В атмосфере соединения тяжелых металлов присутствуют в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной форме (ртуть). Естественное фоновое содержание тяжелых металлов в незагрязненной атмосфере составляет тысячные и десятитысячные доли микрограмма на кубический метр. В настоящее время на населенных территориях земного шара столь низкие показатели отмечают крайне редко. Техногенные выбросы тяжелых металлов, поступающие в атмосферу в виде аэрозолей, переносятся на значительные расстояния, вызывая глобальное загрязнение. Вместе с атмосферными осадками аэрозольные загрязнения попадают в почву и открытые водоемы. Поэтому даже непромышленные или, как говорят, «экологически чистые» регионы, не застрахованы от воздействия токсичных веществ.

Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в основном в верхних гумусовых слоях. Здесь они могут находиться в виде как растворимых, так и нерастворимых в воде солей, а также органических комплексных соединений. Последние являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах, так как могут приводить к высвобождению тяжелого металла донных отложений и изменению его токсичности (например, «спрятанные» внутрь комплексного соединения медь, кадмий и ртуть менее токсичны, чем свободные ионы). Снижение концентрации тяжелых металлов в почве происходит за счет их вымывания (выщелачивания), потребления растениями и эрозии грунта. Удаление тяжелых металлов из почвы происходит очень медленно. В почве начальная концентрация кадмия или свинца снижается наполовину спустя тысячи лет!

В водной среде тяжелые металлы представлены свободными ионами либо входят в состав разнообразных соединений – неорганических солей или комплексов с органическими молекулами. Со временем они концентрируются в донных отложениях, растениях и живых организмах, обитающих в воде – в основном в планктоне, бентосе, рыбах. Сконцентрированные в растениях и животных, в дальнейшем тяжелые металлы, перемещаются вверх по пищевой пирамиде. По мере продвижения ее к вершине (на которой в окружении плотоядных животных гордо восседает Homo sapience) их концентрация в живых организмах повышается.

 

Тяжелые последствия

Попадая в организм человека, тяжелые металлы распределяются в нем неравномерно. Первый удар обычно принимают на себя печень, почки, легкие и кожа. В печени токсичные соединения либо обезвреживаются, после чего выводятся естественным путем, либо, когда дезинтокскационные механизмы не срабатывают, накапливаются в организме, вызывая, как правило, тяжелое отравление.

Ртуть накапливается преимущественно в почках, свинец – в костях, медь – в печени, а кадмий – во всех указанных органах и тканях. Мышьяк и ванадий откладываются в волосах и ногтях, олово – в тканях кишечника, цинк – в поджелудочной железе. Некоторые тяжелые металлы при токсичных уровнях концентраций подавляют деятельность различных ферментов, другие изменяют проницаемость клеточных мембран или образуют комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ в организме. В итоге снижаются общая сопротивляемость организма, его защитно-приспособительные возможности, ослабевает иммунная система, нарушается биохимический баланс, страдает нервная системаи оказывают негативгое ажения нервной системы. .

Помимо токсического тяжелые металлы оказывают канцерогенное действие. По данным Международного агентства по изучению рака (International Agency for Research on Cancer), для человека канцерогенными являются соединения мышьяка (рак легких и кожи), хрома (рак легких и верхних дыхательных путей), никеля и кадмия (рак предстательной железы).

 Свинцовая «тяжесть»

Самыми древними из «тяжелых» спутников человека были свинец и ртуть.

Впервые свинец выплавили из руды 8000 лет назад. С тех пор его повсеместно использовали в металлургии, строительстве, искусстве, книгопечатании, гончарном и военном деле. Древним грекам было известно, что вино и кислые соки нельзя хранить в глазурованных глиняных сосудах, а древнеримские врачи и инженеры обращали внимание на болезненность рабочих, занятых выплавкой свинца. Однако вплоть до ХХ в. свинец оставался «другом и помощником» человека.

Свинец легко может попасть в организм с питьевой водой, если она соприкасалась с металлом. В Древнем Риме, где для подачи воды использовали свинцовые трубы, такое отравление было весьма распространенным, на что указывают анализы останков умерших. Некоторые историки свинцовым отравлением объясняют болезненность русских царей, живших в московском кремле с 1633 по1737 г., когда там работал свинцовый водопровод. В тот период русские цари действительно жили меньше обычного и, по свидетельствам современником, были «немощны телом и рассудком». Исключением стал Петр Алексеевич Романов (Петр I). Ему, по-видимому, удалось избежать отравления, так как детство он провел под Москвой, молодость – в путешествиях, а зрелые годы – в новой столице Петербурге.

С1870 г. соли свинца начали добавлять к краскам, что до настоящего времени является причиной массовых отравлений свинцом, особенно среди детей. В ХХ в. свинцовое загрязнение приобрело глобальный характер. Его причиной являются выбросы тепловых электростанций, сжигание каменного угля и моторного топлива, сточные воды металлургических и химических заводов, добыча и переработка свинцовых руд. Важнейшим как по объему, так и по распространенности техногенным источником загрязнения окружающей среды свинцом являются выхлопы автомобильных двигателей. Начиная с1923 г. большинство марок бензина в качестве антидетонатора содержит тетраэтилсвинец – высокотоксичное вещество, накапливающееся в организме человека. Число автомобилей в мире растет день ото дня, и неудивительно, что почва, трава, деревья вблизи шоссейных дорог и в городах заражены свинцом. Каждый год в Мировой океан со сточными водами попадает более полумиллиона тонн этого тяжелого металла. Даже в снегах Гренландии его содержание за сто лет увеличилось в пять раз. В последние годы производство этилированного бензина снижается.

 

* * *

Свинец относят к I классу опасности (чрезвычайно опасное химическое вещество). До 80-90% проглоченного свинца откладывается в костях в форме относительно неактивного соединения – гидроксиаппатита. Молекулы металла, связываясь с внутриклеточными белками, нарушают их структуру и функции. При отравлении свинцом отмечают боль в животе, анемию, признаки поражения центральной нервной системы (атаксию, потерю памяти и т.д.). Свинец в большей степени влияет на развивающиеся ткани, поэтому отравление этим металлом очень опасно для детей, поскольку может приводить к умственной отсталости и нарушениям речи, способности к обучению и поведенческих реакций. В последнее время все чаще стали выявлять неврологические последствия воздействия свинца в концентрациях, ранее считавшихся безопасными.

Для выведения из организма свинца используют комплексообразующие средства, главным образом кальциевую соль этилендиаминатетраацетата, D-пеницилламин и димеркапрол. Первые два средства при длительном применении способны удалять свинец даже из костной ткани.

 Ртуть – жидкая «тяжесть»

В середине Х в. мавританский король Абд ар-Рахман III построил в Испании дворец. Во внутреннем дворике дворца по его приказу был сооружен фонтан с непрерывно льющейся струей ртути. Другой король, его имя не сохранилось, спал на матрасе, который плавал в бассейне полном ртути!

Сегодня токсичность ртути общеизвестна. Тем не менее, ее продолжают использовать в медицине, ветеринарии, промышленности и сельском хозяйстве. Оксид ртути входит в состав глазной мази и мазей для лечения кожных заболеваний. Киноварь (сульфид ртути) применяется в производстве красок. Хлорид ртути одновалентной (каломель) используют в пиротехнике, а также в качестве фунгицида либо слабительного. Токсическое действие каломели проявляется после приема внутрь, когда слабительный эффект препарата еще не наступил. Чрезвычайно токсичен хлорид ртути двухвалентной (сулема), применяемый в медицине (как дезинфицирующее средство), технике (для обработки дерева, получения некоторых видов чернил, травления и чернения стали), сельском хозяйстве (как фунгицид). Нитрат ртути, по уровню токсичности не уступающий сулеме, применяется для отделки меха.

Опасность представляет и металлическая ртуть (используемая, например, в производстве термометров и люминесцентных ламп), особенно при регулярном поступлении в организм. Ртуть – малоактивный металл - с желудочным соком не реагирует и выводится из пищеварительного тракта почти полностью. Основную угрозу несут ее пары. Попадая в легкие, они задерживаются там и постепенно приводят к развитию отравления.

Большую опасность представляют органические соединения ртути. Они более токсичны, чем неорганические, прежде всего из-за своей липофильности, повышающей эффективность взаимодействия с элементами ферментативных систем организма. Высокотоксичные производные ртути образуются в результате метилирования, которое происходит под действием микроорганизмов. Со сточными водами ртуть и ее соли попадают на дно водоемов. Обитающие там микроорганизмы превращают их в ядовитую диметилртуть, и таким образом она попадает в пищевую цепочку водные растения – рыбы – люди. Метилированная ртуть очень медленно выводится из организма: месяцами у людей и годами у рыб. Поэтому концентрация ртути по ходу пищевой цепочки увеличивается, так что в хищных рыбах ртути может оказаться в тысячи раз больше, чем в воде, из которой они выловлены. В1956 г. большой резонанс вызвало массовое заболевание в Японии жителей залива Минамата. Сотни людей пострадали, десятки – умерли. Впоследствии было установлено, что причиной тяжелой нервной болезни стало отравление метилртутью, образующейся в водах залива из отходов местного химзавода и вместе с рыбой попадающей на стол жителей Минамата.

 * * *

Ртуть – чрезвычайно опасное (I класс опасности) химическое вещество. В тканях человеческого организма основной мишенью этого тяжелого металла являются ферменты. Как и свинец, ртуть обладает сродством к тиоловым группам, обеспечивающим пространственную структуру белковых молекул. Образование прочных комплексов белков с ртутью ведет к нарушению нормальной работы ферментов и глубоким нарушениям обмена веществ в организме, прежде всего в центральной нервной системе и почках.

Острое отравление парами металлической ртути вызывает воспаление дыхательных путей и дыхательную недостаточность. Хроническое отравление парами ртути, как и неорганическими соединениями металлами, влияет на центральную нервную систему. Больные жалуються на повышенную утомляемость, анорексию, желудочно-кишечные расстройства. Если воздействие ртути не прекращается, наблюдаются тремор, потеря памяти, бессонница, возбудимость, в тяжелых случаях – делирий. Подобная неврологическая картина отмечалась у рабочих, изготавливавших фетровые шляпы и подвергавшихся воздействию паров ртути и ртутных солей.

Острое отравление неорганическими солями ртути характеризуется разъедающим действием ртутных солей на пищеварительный тракт и сопровождается тошнотой, рвотой и болью в животе, тенезмами, кровянистым стулом и некрозом слизистой оболочки кишечника. Острое отравление неорганическими соединениями ртути вызывает некроз почек, хроническое – развитие нефротического синдрома.

При отравлении метилированной ртутью данное соединение быстро переходит из крови в мозговую ткань. При беременности токсичное соединение легко проникает через плаценту, обусловливая развитие церебрального паралича у плода. У взрослых отравление метилртутью может вызывать парестезию, головную боль, нарушения зрения, слуха, речи и координации движений, неврастению, потерю памяти, спастичность, паралич, ступор, кому и смерть.

Лечение ртутных отравлений направлено на уменьшение абсорбции ртути, защиту чувствительных тканей организма от попадания в них металла и удаление абсорбированной ртути из организма. Рекомендуются промывание желудка и прием адсорбентов – политиоловых смол. Комплексообразующая терапия при отравлении ртутью показана в тех случаях, когда в моче или крови определяют высокие концентрации металла. В этих случаях наиболее эффективны димеркапрол и D-пеницилламин.

 

Накопление тяжелых металлов в организме человека нередко происходит бессимптомно, а развитие клинической картины отравления возможно через много лет после поступления ядов в организм. Обычно такая ситуация наблюдается при накоплении солей тяжелых металлов в костной ткани, где они до поры до времени сохраняются, не причиняя вреда здоровью. Когда в силу различных причин (беременность, лактация, дефицит витамина D, развитие остеопороза) из костей начинают ускоренно вымываться кальций и фосфаты, ионы тяжелых металлов вместе с ними поступают в кровь, оказывают токсическое действие в различных тканях, что и приводит к появлению симптомов отравления.

 Статья из журнала "Фармацевт практик"

Дата публикации: 13 Ноября 2017

Нравится