ГОУ ВПО «Челябинская государственная
медицинская академия Росздрава»
кафедра Общей гигиены
РЕФЕРАТ
Тема: «Тяжелые металлы как суперэкотоксиканты»
Выполнил:
Ермолаев Андрей Дмитриевич
Группа
№490
«18» октября 2013г.
Проверил: Кокшаров Александр
Викторович
«18» октября 2013г.
Челябинск 2013 г.
Оглавление:
- Тяжелые металлы – основные неорганические экотоксиканты
- Ртуть
- Свинец
- Кадмий
- Хром
- Мышьяк
- Список литературы
Тяжелые
металлы – основные неорганические
экотоксиканты
Тяжёлые мета́ллы
— группа химических элементов со
свойствами металлов (в том числе
и полуметаллы) и значительным атомным
весом либо плотностью более 8 тыс.кг/м3.
(ртуть, свинец, медь, цинк, никель, кадмий,
кобальт, сурьму, висмут, олово, ванадий, полуметалл мышьяк и др.). Многие
из них широко распространены в окружающей
среде и способны вызывать заболевания
у людей.
Основной поставщик
тяжелых металлов – предприятия
цветной металлургии. Сильное загрязнение
свинцом и другими тяжелыми металлами
наблюдается вокруг автострад.
Часть техногенных выбросов тяжелых металлов
поступает в атмосферу в виде тонких аэрозолей
и переносится на значительные расстояния,
приводя к глобальному загрязнению.
Механизмы
токсического действия тяжелых
металлов различны. Многие металлы при определенных
концентрациях ингибируют действие ферментов
(медь, ртуть). Некоторые металлы образуют
хелатоподобные комплексы с обычными
метаболитами, нарушая обмен веществ (железо).
Другие металлы повреждают клеточные
мембраны, изменяя их проницаемость и
другие свойства. Некоторые металлы конкурируют
с необходимыми организму элементами
(Стронций-90 может замещать в организме
Ca, Цезий-137 – калий, кадмий может замещать
цинк ).
Ртуть
Ртуть широко
используется в электротехнической
промышленности и приборостроении, на
хлорных производствах, как легирующая
добавка, теплоноситель, катализатор при
синтезе пластмасс, в лабораторной и медицинской
практике, сельском хозяйстве. Основными
источниками загрязнения окружающей среды
этим элементом являются: пирометаллургические
процессы получения металла, сжигание
органических видов топлива, сточные воды,
производство цветных металлов, красок,
фунгицидов и т.д. Наиболее опасным соединением
ртути является метилртуть.
Выбросы
ртути в окружающую среду в
результате деятельности человека
весьма значительны. Общая (природная
и антропогенная) эмиссия ртути в атмосферу
составляет свыше 6000 тонн ежегодно, причем
менее половины — 2500 т составляют поступления
от естественных источников.
Соединения
ртути попадают в водную среду, где активно
аккумулируются планктонными организмами,
представляющими пищу для ракообразных,
а последние поедаются рыбами, которых
поедают птицы, в печени которых ртуть
обнаруживается в больших количествах.
Ртуть обладает
широким спектром токсических эффектов на теплокровных:
нарушение биосинтеза белков и окислительного
фосфорилирования в митохондриях почек
и печени; возникновение биохимических
сдвигов в организме; нейротоксическое,
гонадотоксическое, генотоксическое,
эмбриотоксическое и тератогенное воздействие.
Под действием токсических концентраций
органических соединений ртути происходит
нарастание интенсивности процессов свободнорадикального
окисления. Особо чувствительными к действию
ртути являются эмбрионы.
Несмотря
на достаточную изученность, экологическая опасность
ртути и последствий ее действия представляет
собой сегодня серьезную проблему в экотоксикологии.
Свинец
Еще одним
значимым экотоксикантом является
свинец, который широко используется
в производстве кабелей, как
компонент различных сплавов, для
защитных экранов от гамма-излучения,
при производстве электрических аккумуляторов,
красок и пигментов, в химическом машиностроении,
пиротехнике, полиграфии, сельском хозяйстве.
Еще один источник попадания свинца в
организм человека — свинцовая посуда.
Выбросы
свинца в окружающую среду
в результате деятельности человека
весьма значительны. Основными
источниками загрязнения биосферы
этим элементом являются: выхлопные
газы двигателей внутреннего
сгорания, высокотемпературные технологические процессы, добыча
и переработка металла. Перенос свинца
в окружающей среде и его распространение
в объектах окружающей среды происходит
главным образом через атмосферу. Некоторые
виды планктона обладают способностью
концентрировать свинец в 12000 раз. Интенсивно
аккумулируют свинец хвойные деревья
и мох.
Люди подвергаются
воздействию свинца при потреблении
загрязненных пищи и воды, а
также и при дыхании. Концентрация
свинца в костях современного
человека в 700—1200 раз превышает
его содержание в скелетах людей живших 1600 лет
назад.
Свинец характеризуется
широким спектром вызываемых
им токсических эффектов. Механизм
его действия обусловлен ингибированием
ферментов детоксикации ксенобиотиков
и угнетением образования цитохома
Р-450 и цитохромоксидазы.
Эксперименты
на крысах и мышах дали убедительные
доказательства канцерогенности
свинца и его неорганических
соединений, токсичность которых
неоднородна и убывает в зависимости
от вида соединения: нитрат > хлорид
> оксид > карбонат > ортофосфат.
В картине хронического свинцового
отравления выделяют следующие клинические
синдромы:
1. Изменения
со стороны нервной системы
(астенический синдром, энцефалопатии,
двигательные расстройства, поражение
зрительных анализаторов).
2. Изменения
системы крови (ретикулоцитоз, анизоцитоз, микроцитоз,
свинцовая анемия).
3. Эндокринные
и обменные нарушения (ферментативные
расстройства, нарушения обмена
порфиринов, менструальной и детородной
функций).
4. Изменения
со стороны желудочно-кишечного
тракта (от тошноты, изжоги до свинцовых колик).
5. Изменения
со стороны сердечно-сосудистой
системы (аритмия, синусовая брадикардия
или тахикардия, вазоневроз).
6. Нарушения
функции почек (поражения почечных
канальцев, интерстициальные нефропатии,
ведущие к почечной недостаточности).
Особо следует
отметить, что маленькие дети
значительно легче, чем взрослые
аккумулируют свинец и потому
относятся к группе высокого
риска в отношении свинцовых
интоксикаций.
Кадмий
Согласно
данным Института продуктов питания Австрии,
самым опасным экотоксикантом в группе
тяжелых металлов является не ртуть и
не свинец, а Кадмий, который относится
к рассеянным элементам и содержится в
виде примеси во многих минералах. Однако
антропогенное загрязнение кадмием окружающей
среды в несколько раз превышает природную
его концентрацию.
Кадмий широко
применяется в ядерной энергетике,
в гальванотехнике, в производстве
аккумуляторов (никель-кадмиевые
батареи), используется как стабилизатор
поливинилхлорида, пигмент в стекле и пластмассах, электродный
материал, компонент различных сплавов.
Основными источниками загрязнения окружающей
среды этим элементом являются: производство
цветных металлов, сжигание твердых отходов,
угля, сточные воды горнометаллургических
комбинатов, производство минеральных
удобрений, красителей и т.д.
В организме
кадмий может легко взаимодействовать
с другими металлами, особенно
с кальцием и цинком, что влияет
на выраженность его воздействий.
Кадмий способен замещать кальций
в кальмодулине, нарушая тем самым физиологические
процессы регуляции поглощения кальция.
Он способен ингибировать ионный транспорт
и индуцировать синтез металлотионеина.
Эпидемиологические данные указывают
на чрезвычайную опасность кадмия для
человека, который чрезвычайно медленно
выводится из человеческого организма.
Хроническое отравление кадмием имеет
следующие признаки: поражение почек,
нервной системы, легких, нарушение функций
половых органов, боли в костях скелета.
Этот комплекс нарушений называют болезнью
"итай-итай" (сильные боли, деформация
скелета, переломы костей, повреждения
почек). Имеются достоверные доказательства
канцерогенной опасности кадмия.
Хром
Один из
наименее токсичных тяжелых металлов
– Хром. В растительных и животных
организмах хром всегда присутствует в составе ДНК. Некоторые
виды млекопитающих способны переносить
увеличение содержание этого элемента
в организме в сотни раз без видимых негативных
последствий. Большинство микроорганизмов,
многие виды лекарственных растений способны
аккумулировать хром. В трехвалентном
состоянии хром распространен повсеместно.
Экотоксический эффект имеет шестивалентный
хром, которые крайне редко встречается
в природных условиях и, как правило, появляется
в результате антропогенной активности
(использование хрома, сжигание угля, добыча
руды и производство металла).
Токсичность
шестивалентного хрома проявляется
в подавлении роста, в торможении
метаболических процессов, в виде
генотоксического, эмбриотоксического
и тератогенного эффектов. При
воздействии на людей выделяют легочную и желудочную формы
интоксикации. Отмечаются различные дерматиты,
аллергические реакции, раздражение верхних
дыхательных путей. Многочисленными эпидемиологическими
исследованиями установлено, что хроматы
могут вызывать бронхогенный рак, поэтому
хром и его соединения относят к группе
высокого канцерогенного риска для человека.
Мышьяк
Мышьяк является
одним из самых опасных химических
экотоксикантов, поскольку имеет
широкое распространение в объектах
окружающей среды и вызывает
тяжелые последствия в живых системах.
В природе
мышьяк обычно существует в
виде арсенидов меди, никеля и
железа, а также оксидов и сульфидов.
В водной среде присутствует
обычно в форме арсенитов и
арсенатов. Разнообразные соединения
мышьяка находят широкое применение
в сельском и лесном хозяйстве
как пестициды и гербициды, применяются
в медицине и ветеринарии, стекольной,
керамической, текстильной и кожевенной
промышленности, электронике, электротехнике,
оптике, при производстве красителей,
зеркал и в других областях. Ежегодно в
мире промышленно производится более
60 000 тонн соединений As.
Антропогенные
источники поступления мышьяка
в окружающую среду – добыча
и переработка мышьяксодержащих
руд, пиррометаллургия, сжигание
природных видов топлива –
каменного угля, сланцев, нефти, торфа, а также производство
и использование суперфосфатов, содержащих
мышьяк ядохимикатов, препаратов и антисептиков.
Метаболизм
мышьяка чрезвычайно сложен. Абсорбция,
трансплацентарный транспорт, распределение
в организме, элиминация и биотрансформация мышьяка во многом видоспецифичны,
зависят от путей поступления и химической
структуры As-соединений. Необходимо отметить,
что во многих живых организмах происходит
конверсия пятивалентного As в более токсичный
трехвалентный, а выделение идет обычно
в виде метилированных производных.
Токсические
эффекты соединений мышьяка хорошо
и давно известны. Основные поражения,
вызываемые мышьяком у людей,
можно свести к следующим:
1) нарушения
тканевого дыхания;
2) накопление
в организме кислых продуктов
обмена, т.е общий ацидоз;
3) нарушение
гемодинамики, расстройство сердечной
деятельности;
4) гемолиз и
анемия;
5) дегенеративные
и некротические процессы в
тканях на месте контакта;
6) эмбрио- и
гонадотоксические и тератогенные
эффекты;
7) канцерогенное действие, которое проявляется
спустя значительное время после контакта
с мышьяком, причем кроме производственных
условий, главные пути поступления этого
элемента в организм человека – мышьяксодержащие
лекарства, пестициды и питьевая вода.
8) соединения
мышьяка обладают и мутагенным
(кластогенным) эффектом – они, не вызывая
генных мутаций, индуцируют как in vitro, так
и in vivo хромосомные аномалии у различных
объектов, в том числе и у людей.
Все компоненты
биосферы тесно связаны и взаимообусловлены,
и бесконтрольное загрязнение
почв и других сопредельных сред чужеродными
для живых организмов компонентами может
угрожать существованию жизни на Земле,
так как тяжелые металлы и радиоактивные
элементы накапливаются в костях, тканях,
крови человека, отравляя организм и вызывая
мутационные изменения с непредвиденными
последствиями.
Литература:
- Ковальский В.В. Биохимические пути приспособляемости организмов к условиям геохимической среды.- В кн.: Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине.- М., 1974.
- Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: "Мир", 1987.
- Экология, охрана природы, экологическая безопасность: Учеб. пособие/ Под ред. А. Т. Никитина, С. А. Степанова. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2000.