Биогеохимический потенциал и здоровье (стр. 8 )

Соотношение между концентрациями в эритроцитах крови и в плазме обнаруживает небольшое преобладание содержания ртути в эритроцитах, что отличает ингаляционное поступление элементарной ртути от интоксикации неорганическими солями ртути, при которой данное соотношение может быть меньше 1, а также от интоксикации метилртутью, где это отношение может быть 20:1. Следовательно, исследование содержания ртути в эритроцитах и плазме позволяет косвенно судить о том, в какой химической форме ртуть поступает в организм.

Неорганические соединения ртути не обладают липофильностью и плохо проникают через гематоэнцефалический барьер. Они накапливаются в печени и почках и в меньшей степени в головном мозге. У крыс после 6 недель инъекционного поступления хлорида ртути только 0.01% обнаруживался в мозге и 3% в почках. Самые высокие концентрации ртути у мышей после экспозиции к ее неорганическим соединениям обнаруживались в почках. В почках накапливается от 50 до 90% ртути при экспозиции к ее неорганическим соединениям.

Следовательно, в случае преобладающего поступления в организм неорганических соединений ртути следует ожидать, что концентрация ртути в почках окажется выше, чем концентрация в мозге. Отношение концентрации ртути в эритроцитах к концентрации в плазме крови при экспозиции к неорганическим солям ртути было меньше 1.

Поступившая в кровь метилртуть относительно равномерно распределяется по всему организму с более высокими уровнями в мозге и в почках. Метилртуть имеет свойство проникать через гематоэнцефалический барьер и ее концентрации в мозге выше, чем в почках. В исследованиях на добровольцах употребление метилртути приводило к концентрациям ртути в эритроцитах в 20 раз более высоким, чем в плазме крови. В соответствии с экспертами ВОЗ, «распределение метилртути имеет следующие три характеристики: (i) высокая концентрация ртути в крови и высокое отношение концентраций эритроциты:плазма, (ii) более легкое проникновение через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, чем у других соединений, за исключением паров ртути, (iii) меньшее отложение в почках, чем у других соединений ртути».

При анамнестическом анализе ртутной интоксикации определение химической формы поступавшей ртути возможно только косвенным методом, а именно, посредством сравнения концентраций в мозговой и почечной тканях, а также в эритроцитах и плазме крови. Приведенные выше данные позволяют выстроить схему для логического анализа как это показано в таблице 13.

Таблица 13 - Косвенное определение химической формы ртути, вызвавшей интоксикацию

Химическая форма ртути	Отношение концентраций мозг:почка	Отношение концентраций эритроциты:плазма
Hg0	Различное: >1 или <1, либо = 1.	>1 или =1, но <10
Hg++	<<<1	=1 или <1
MeHg	>1	> 10 или =10

Тем не менее, вопрос с распределением различных химических форм ртути по тканям и биологическим жидкостям осложняется тем, что ртуть в организме непрерывно подвергается биологической трансформации с переходом одних форм в другие. Во первых, при длительном пребывании ртути в организме независимо от первоначальной формы, основная масса ртути перейдет в неорганические соединения. Во-вторых, сам процесс биотрансформации может испытывать влияние со стороны различных факторов. Например, алкоголь, подавляя окисление металлической ртути, уменьшает ее задержку в мозге. Следовательно, у лиц, регулярно употребляющих алкоголь, распределение ртути может оказаться иным, чем у мало пьющих.

2.11.3.1 Биотрансформация ртути в организме

Метаболические превращения ртути в организме включают:

- окисление металлической ртути в дивалентную ртуть;

- восстановление дивалентной ртути в металлическую ртуть;

- метилирование неорганической ртути;

- превращение метилртути в дивалентную неорганическую ртуть.

Элементарная ртуть в крови окисляется в ее двухвалентную форму в эритроцитах. Основным ферментом, ответственным за окисление ртути, является каталаза. Превращение в двухвалентную форму идет также в мозговой и других тканях.

Двухвалентные катионы ртути в организме человека могут восстанавливаться в одновалентную или металлическую форму. В частности после поступления в организм двухвалентной неорганической ртути в выдыхаемом воздухе могут появиться пары элементарной ртути, которая образовалась в результате восстановления.

Метаболизм метилртути напрямую зависит от ее деметилирования в тканях организма. Скорость деметилирования различна в разных тканях. В исследованиях на обезьянах краткосрочная биотрансформация в неорганическую ртуть была следующей: в печени – 20% от всей ртути, в почках – 50%, в желчи 30-83% и в мозге менее 5%. При длительной экспозиции у макак от 10 до 33% ртути в мозге было представлено в неорганической форме, а через 6 месяцев после прекращения экспозиции – 90%. То есть, отношение между неорганической и органической ртутью после экспозиции к метилртути со временем увеличивается.

Острые отравления ртутью и её парами встречаются редко. При хронических отравлениях наблюдаются эмоциональная неустойчивость, раздражительность, снижение работоспособности, нарушение сна, дрожание пальцев рук, снижение обоняния, головные боли. Характерный признак отравления, - появление по краю дёсен каймы сине-чёрного цвета, поражение дёсен (разрыхлённость, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту. При отравлениях органическими соединениями ртути. (диэтилмеркурфосфатом, диэтил-ртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефало-полиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек.

Лечение: внутривенное введение 20%-ного раствора гипосульфита (12,-15 вливаний на курс), унитиол, фармакологические и физиотерапевтические средства, нормализующие высшую нервную деятельность, курортолечение и др.

Профилактика:

- замена ртути менее вредными веществами;

- правильные способы хранения;

- соблюдение мер безопасности при использовании (герметичность оборудования;

- рациональная отделка помещений, рабочих поверхностей, эффективная вентиляция);

- индивидуальная защита;

- предварительные и периодические медицинские осмотры.

2.12 Третья группа периодической системы. Побочная подгруппа

2.12.1 Скандий

Скандий типичный рассеянный элемент, слабый мигрант Среднее содержание в земной коре (кларк) 2,2×10-3% по массе. 21Sc45 – устойчив, остальные изотопы радиоактивны. Распад изотопов электронный и позитронный, период полураспада от долей секунды до нескольких десятков дней. Данных о биологической активности скандия нет. Критические органы для радиоактивных форм скандия – желудочно-кишечный тракт, печень и легкие.

2.12.2 Иттрий

Среди изотопов иттрия от иттрия-82 до иттрия-96, только изотоп 39Y89 – устойчив, остальные радиоактивны, с периодом полураспада от 2 минут до 108 дней. Информации о действии стабильного изотопа мало. При избыточном поступлении в организм может заменять кальций в костях, что приводит к их хрупкости. Критические органы для радиоактивных форм иттрия – желудочно-кишечный тракт, кость, печень и легкие.

2.12.3 Лантаноиды

Содержание лантаноидов в природных водах и организмах ничтожно. Их водная и биогенная миграция изучена плохо. В сельском хозяйстве соединения лантаноидов применяют в качестве инсектицидов и микроудобрений. Среди лантаноидов практически все атомы имеют как стабильную, так и нестабильную структуру ядер.

Европий

Вероятность попадания европия в организм человека представляется незначительной. Возможно поступление европия в организм с водой в микроскопических количествах. Нельзя исключать вероятности и других путей попадания в организм у людей, сталкивающихся с соединениями европия на производстве.

Европий относится к малотоксичным элементам. По крайней мере, нет информации о последствиях воздействия европия на организм человека. Единственное, что можно с большой степенью достоверности утверждать, так это то, что в силу своих химических свойств, европий (как и другие лантаноиды) может замещать в биологических системах кальций.

На данный момент отсутствуют данные о какой - либо биологической роли европия в организме человека. Радиоактивный европий, полученный в атомных реакторах, использовали при лечении некоторых форм рака. Критические органы для радиоактивных форм европия – желудочно-кишечный тракт, кость, почки и легкие.

2.12.4 Актиноиды

Практически все представители этой группы радиоактивны, чем преимущественно определяется их действие на организм. Однако встречаются стабильные и долгоживущие изотопы, для биологического действия которых важную роль играют их химические свойства.

Естественный уран состоит из смеси трех изотопов: уран-238, уран-235, уран-234. Основной изотоп уран-238 является родоначальником радиоактивного ряда – рисунок 11. В процессе распада он образует несколько радиоактивных элементов. Наиболее значимыми из них являются радий-226 и радон-222.

92U238-a-4,56*109 л® 90Th234--b- 24 дня ® 91Ra234--b- 6,7 ч® 92U234-a-2,48*105 л ® 90Th230-a-8*104 л® 88Ra226-a-1617 л® 86Rn222-a-3,8 д® 84Po218

Рисунок 11- Радиоактивный ряд распада урана-238

Уран достаточно активный химический элемент и поэтому его содержание в минералах, почвах, водах и растительности заметно. В организм человека он попадает с пищей, питьевой водой и вдыхаемым воздухом. Накапливается в костях, почках и легких, что обуславливает костные, почечные и легочные патологии. Токсическое действие урана основано на большом комплексе соединений, которые образуют его продукты распада, а при длительном поступлении основным поражающим фактором становится радиационный фактор. Критические органы для радиоактивных форм урана – ЖКТ, кость, почки и легкие

Торий как радиоактивный элемент является одни из источников радиоактивного фона Земли. Его содержание в объектах окружающей среды повсеместно. Однако в речной воде его на порядок меньше, чем урана, и на два порядка ниже, чем калия-40. В организм человека торий может попадать через органы дыхания и пищеварения, а затем откладываться в легких, в скелете, в костном мозге, печени, почках. Из организма выводится медленно: от 1,5 до 70 лет. Токсичность тория обусловлена его радиоактивностью. Обычно поражаются органы в которых он накапливается, вызывая их злокачественное перерождение (карциномы, саркомы, лимфогранулематоз, цирроз печени). Так же, как и уран, НРБ нормируют поступление радиоактивных изотопов тория в организм. Критические органы для радиоактивных форм европия – желудочно-кишечный тракт, кость, почки и легкие

2.13 Четвертая группа периодической системы. Побочная подгруппа

2.13.1 Титан

У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг, выводится с мочой и калом (0,33 и 0,52 мг соответственно). Значение и роль титана в организме человека и других организмов в настоящее время активно изучается.

В хроническом эксперименте на растениях и животных путем определения реакции организма на добавку титана отмечено возникновение ряда заболеваний при нарушении его обмена. В развернутой фазе острого лейкоза, при гастрогенной железодефицитной анемии, постгеморогической анемии, раке, язвенной болезни желудка и при оперативном вмешательстве в ранние послеоперационные сроки содержание титана в крови снижается. Нарушение его обмена отмечено также при болезни Боткина, токсикозе и нефропатии беременных, у больных микробной экземой и нейродермитом, при ожогах. При повышении дозы титана в организме ответная реакция возрастает, затем достигает нормы.

В эксперименте на крысах при изучении иммунорегуляторных свойств комплексоната титана на основе гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты установлен дозо зависимый эффект на показатели клеточного и гуморального иммунитета. Титан является постоянной составной частью организма и выполняет определенные жизненно важные функции: повышает эритропоэз, катализирует синтез гемоглобина, иммуногенез. Комплексонаты титана стимулируют фагоцитоз и активируют реакции клеточного и гуморального иммунитета. Содержание титана в крови человека колеблется от 2,3 до 20,7 мг, % на золу. Цельная кровь содержит 6,53 мкг % титана, эритроциты 2,34 мкг, %, плазма - 2,39 мкг, %, лейкоциты - 0,0067 мкг, %.

Распределение титана в различных отделах головного мозга неравномерно. Наибольшее количество его обнаружено в слуховом центре и зрительном бугре. Он постоянно присутствует в женском молоке в количестве 14,7 мг, %. Самое высокое содержание титана в кобыльем молоке. Постоянное присутствие титана в эмбрионе указывает на проходимость плаценты дня циркулирующих в крови соединений титана, и является собирателем соединений титана. мочевины и холестерина.

Поступает в организм с пищей. Содержится в костной и мышечной тканях, крови, зубной эмали. Титан, благодаря инертности к тканям организма широко применяется в медицине - протезирование (в том числе стоматология), медицинские инструменты, присыпки, наполнители таблеток. Повышенный уровень титана в организме отражает контакты с этим металлом, не представляющим серьезной опасности для организма человека. Относительно малотоксичен.

2.13.2 Цирконий

Ежедневно в организм человека поступает около 1 мг циркония. Систематический контакт с цирконием (более 40 лет) может приводить к интоксикации. Физиологическая роль циркония мало изучена.

Повышенное содержание циркония в организме возможно у рабочих атомной промышленности и машиностроительных отраслей. При остром ингаляционном отравлении возможно развитие острого пневмонита, проявляющегося в виде тяжелого воспаления бронхиол и эпителиальных изъязвлений. Сплавы на основе циркония применяют преимущественно в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, при изготовлении ракет и других летательных аппаратов.

Соли циркония применяются для лечения отравления плутонием, вытесняя плутоний (и иттрий) из мест его накопления в скелете и препятствуют его накоплению при лечении на ранних стадиях. В ходе исследования было установлено, что диета крыс может составлять до 20% оксида циркония в течение длительного периода без вредных последствий.

Соединения циркония рекомендованы и используются для местного лечения дерматита Руса (плющевого отравления) и для изготовления дезодорантов тела. Некоторые из применяющихся на практике соединений - это карбонизированный водный оксид циркония, водный оксид циркония и циркониевый лактат натрия.

Много раз отмечалось возникновение устойчивого грануломатоза кожи как результат взаимодействия с этими веществами. Непосредственный интерес в области контакта с соединениями циркония на производстве представляют последствия ингаляции, менее изученные, чем последствия их проникновения в организм другими путями. Однако, проводилось несколько исследований и существует, по меньшей мере, одно сообщение о таком влиянии на человека. В описанном случае, у инженера-химика, несколько лет проработавшего на установке по обработке циркония и гафния, был обнаружен грануломатоз легких. Поскольку обследование всех остальных работников не выявило подобных изменений, случай был отнесен на счет относительно сильного воздействия бериллия, происходившего перед контактом с цирконием.
  Эксперименты на животных показали, что воздействие лактата циркония и цирконата бария приводит к развитию тяжелой формы постоянной хронической пневмонии. Хотя описание циркониевого пневмокониоза у людей отсутствует, авторы одного из исследований заключили, что цирконий может приводить к развитию пневмокониоза, и рекомендовали принять соответствующие меры безопасности на рабочем месте.

2.13.3 Гафний

Широкое применение гафния в промышленности стимулировало исследования его биологического действия. В промышленных условиях нуклид может поступать персоналу ингаляционным путем. Величина всасывания принята равной 0,002. Из всего количества всосавшегося гафния половина накапливается в минеральной части кости, остальное равномерно распределяется в других органах и тканях. Из организма гафний выводится главным образом с мочой. Гигиенические нормативы приведены НРБ критические органы радиоактивных изотопа 72Hf175 – ЖКТ и легкие, а 72Hf181 – ЖКТ, легкие и селезенка.

Токсическое действие гафния исследовалось в опытах на животных. ЛД50 (доза, вызывающая 50 % смертность) для крыс при внутрижелудочном введении составляла около 2400 мг/кг массы тела. В желудке развивались некротические изменения, а при ингаляционном введении такие изменения на слизистой бронхов, отмечали и отек легких. Хронические отравления развивались у животных при ежесуточном введении в течение 5 часов карбида и нитрида гафния в концентрации 10,8 мг/м3 в продолжении 6 и 9 месяцев.

Небольшое количество исследований токсичности соединений гафния отмечают острую токсичность слегка большую, чем у солей циркония. Гафний и его соединения повреждают печень. Хлорид гафния при 10 мг/кг вызывает кардиоваскулярный коллапс и задержку дыхания у кошек таким же образом, как и растворимые соли циркония.

2.14 Пятая группа периодической системы. Побочная подгруппа

2.14.1 Ванадий

В организме взрослого человека содержится около 100 мкг ванадия. Входит в состав мышечной и костной тканей, накапливается в сердечной мышце, селезенке, щитовидной железе. Участвует в регуляции углеводного обмена, сердечно-сосудистой деятельности, а также в метаболизме зубов и костей. При избыточном поступлении может оказывать токсическое воздействие, в том числе канцерогенного характера.

Пути попадания в организм:

- вредное производство (металлургия, плавка меди);

- добыча и переработка нефти;

- выбросы автомобилей;

- некоторые антибиотики также содержат ванадий.

2.14.2 Ниобий

Среднее содержание ниобия в земной коре (кларк) 2·10-3 % по массе, а в морской воде лишь около 1 · 10-9 % по массе. Биологическое значение не изучено. Один из изотопов устойчив, остальные подвергаются электронному или позитронному распаду, или К-захвату. Поступление изотопов ниобия – 93, 95, 97 нормируются НРБ. Критические органы для этих изотопов – различные отделы ЖКТ, кость, легкие или все тело.

2.14.3 Тантал

Среднее содержание тантала в земной коре (кларк) 2,5×10-4 % по массе. В большинстве магматических пород и биосфере он рассеян; его содержание в гидросфере и организмах не установлено. В хирургии листы, фольгу, проволоку из этого металла применяют для скрепления костей, нервов, наложения швов и др.

2.15 Шестая группа периодической системы. Побочная подгруппа

2.15.1 Хром

В организме человека содержится 6 мг. хрома, концентрируется в основном в печени, надпочечниках, щитовидной железе, кишечнике. Хром участвует в регуляции углеводного, жирового обменах, деятельности сердечной мышцы, сосудов, регулирует уровень сахара в крови. Нехватка хрома является причиной ухудшения переносимости сахара у людей среднего и старшего возраста, избыточного веса, нарушения микроциркуляции крови, появлению бессонницы и головной боли. Чрезмерное поступление хрома оказывает канцерогенный и аллергизирующий эффекты, предрасполагает к гастритам, гепатитам, поражениям кожи.

Токсическая доза для человека 200 мг.

Пути попадания хрома в организм:

- при хромировании стали, кожевеном и текстильном производствах, производство цемента, красителей, металлургия;

- хромовые красители;

- обработка древесины

При дисбалансе хрома страдают:

- желудочно-кишечный тракт (поражение печени, язвы);

- кроветворная система (повреждение эритроцитов);

- кожа (экзема, язвы, дерматит);

- почки (нефропатия);

- дыхательные пути (фиброз легких, аллергозы, опухоли).

Хром является постоянной составной частью всех органов и тканей человека. Наибольшее количество обнаружено в костях, волосах и ногтях - из этого следует, что недостаток хрома сказывается в первую очередь на состоянии этих органов. В относительно больших количествах содержится в яйцах, телячьей печени, пшеничных зародышах, пивных дрожжах, кукурузном масле, моллюсках.

Суточная норма потребления не установлена, но предполагается, что она колеблется в пределах 50-200 мкг. Хром оказывает действие на процессы кроветворения, ускоряет действие инсулина, на углеводный обмен и энергетические процессы. При хроническом отравлении хромом наблюдаются головные боли, исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания, дерматиты и экземы, протекающие остро и хронически и носят пузырьковый, папулезный, гнойничковый или узелковый характер.

Отравления хромом и его соединениями встречаются при их производстве, в машиностроении (гальванические покрытия), металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры), при изготовлении кож, красок. Токсичность соединений зависит от их химической структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr (II), Cr (lll). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем, они могут проходить при прекращении контакта с хромом.

При длительном контакте с соединениями хрома развиваются признаки хронического отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения хрома, преимущественно Cr (lll), обладают канцерогенным действием.

При воздействии на людей выделяют легочную и желудочную формы интоксикации. Отмечаются различные дерматиты, аллергические реакции, раздражение верхних дыхательных путей. Многочисленными эпидемиологическими исследованиями установлено, что у людей, профессионально контактирующих с хроматами чрезвычайно высока частота бронхогенного рака. Это позволило экспертам МАИР отнести хром и его соединения к группе 1 канцерогенного риска для человека.

2.15.2 Молибден

Молибден - способствует метаболизму углеводов и жиров, является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию железа, в связи с чем помогает предупредить анемию. Суточная норма приема не установлена, но предполагается на уровне 75-250 мкг. Содержится в темно-зеленых листовых овощах, неочищенном зерне, бобовых. Проявления недостаточности изучены плохо. Повышенное содержание в организме встречается очень редко.

Биологическая роль молибдена. Его содержание в организме - 10-4%. Молибден - важный микроэлемент растительных и животных организмов. У клубеньковых бактерий он входит в состав нитрогеназы - фермента. отвечающего за фиксацию атмосферного азота. У растений - в состав фермента нитратредуктазы, который необходим для восстановления нитрат - иона до нитрит - иона в процессе синтеза аминокислот. В организме человека молибден участвует в тканевом дыхании, синтезе аскорбиновой кислоты, в углеводном обмене. В некоторых районах Урала выявлена «молибденовая подагра» - молибден входит в состав фермента, ускоряющего образование мочевой кислоты.

Токсическое действие проявляется при хроническом воздействии соединений молибдена на организм человека: ослабевает его иммунная защита, изменяется состав крови возникают болезни органов пищеварения (гастрит, холецистит), сердечно - сосудистой системы и мозга, гинекологические заболевания, кариес, снижается жизненная емкость легких.

Избыток молибдена в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру.

Антропогенные источники: переработка и обогащение молибденовых руд, получение самого металла и его сплавов, фосфорные удобрения, производство цемента, микроудобрений, содержащих молибден, выбросы ТЭС.

2.15.3 Вольфрам

Физиологическая роль вольфрама практически не изучена.
Повышенное содержание вольфрама в организме возможно у работников металлургических предприятий. Хроническое поступление вольфрамовой пыли может приводить к развитию клинического синдрома - «болезнь тяжелых металлов». Наиболее частые симптомы этого заболевания - кашель, нарушения дыхания, атопическая астма, изменения в легких.

2.16 Седьмая группа периодической системы. Побочная подгруппа

2.16.1 Марганец

Роль марганца, как и большинства других элементов в организме двояка. С одной стороны, он является эссенциальным элементом, необходимым для нормального протекания обмена веществ. С другой стороны, избыточное поступление марганца оказывает токсическое воздействие. Необходимость марганца в организме заключается в том, что он служит активатором некоторых ферментов, включая гидролазы, киназы, декарбоксилазы и трансферазы.

Опыты на добровольцах, употреблявших пищу со сниженным содержанием марганца, приводили к развитию шелушащихся дерматитов. Наблюдали также гипохолестеринемию. У лиц со сниженным содержанием марганца в крови с большей частотой, чем в общей популяции, встречались такие болезни как эпилепсия, экзокринная недостаточность поджелудочной железы, рассеянный склероз, катаракта и остеопороз. Этиологическая роль дефицита марганца не была доказана, но данный дефицит, вероятно, является способствующим фактором. Марганец играет роль в минерализации костей, белковом, жировом и углеводном обмене, функции нервной системы.

Переносимость марганца варьирует от человека к человеку и те дозы, которые могут вызвать тяжелые расстройства у одних людей, могут быть переносимыми без последствий для здоровья у других. В этой связи трудно определить безопасную дозу. Большая работа в этом отношении была проведена в США. В 1989 году комитет по пищевым продуктам и питанию национального совета по исследованиям (the Food and Nutrition Board of the National Research Council) дал определение «расчетного безопасного и адекватного ежедневного поступления марганца с пищей» в количестве 2-5 мг в день для взрослых. Эта цифра основывается на исследованиях McLeod and Robinson (1972), которые показали благоприятное влияние марганца на обмен веществ при поступлении в организм в данном диапазоне. «Верхней безопасной границей» была определена доза в 10 мг в день для работников вредных производств.