Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды. Обзор литературы. Часть 3
Часть 1, часть 2
Большое число публикаций и научных исследований последних лет посвящено изучению содержания и накопления ТМ в пищевом сырье и продуктах питания, растительного и животного происхождения, а также разработкой рекомендаций, направленных на предупреждение неблагоприятного воздействия этих токсикантов на организм человека Дьячук Т.И. [2004], Масленников А.И. [2006], Панова Е.В. [2007], Федосеенко С.В. [2004], Колесникова Е.В. [2002], Зубкова В.М. [2003], Ваймер А.А. [1999], Гельдымамедова Э.А. [2007], Григорьева Т.И. [2007], Карегина Ж.И. [2000] и др. В соответствии с международными требованиями, разработанными объединенной комиссией ФАО/ВОЗ, необходим, в первую очередь, контроль за содержанием в пищевых продуктах ТМ - Pb, Cd, As, Hg, Zn, Cu. В настоящее время определены допустимые уровни содержания токсических элементов в различных группах продовольственного сырья и пищевых продуктов.
Таблица 1.
Допустимые уровни содержания токсических элементов в различных группах продовольственного сырья и пищевых продуктов
Группы пищевых продуктов
Допустимые уровни содержания токсических элементов в различных группах продовольственного сырья и пищевых продуктов в мг/кг
Pb
As
Cd
Hg
Мясо, мясопродукты, птица, яйца
0,5-1,0
0,1-1,0
0,05-1,0
0,03-0,2
Молоко и молочные продукты
0,1-0,5
0,05-0,3
0,03-0,2
0,005-0,03
Рыба, нерыбные продукты промысла и продукты, вырабатываемые из них
0,5-10,0
1,0-5,0
0,2-2,0
0,1-1,0
Зерно (семена) мукомольнокрупяные и хлебобулочные изделия
0,035-0,5
0,15-0,3
0,07-0,1
0,015-0,03
Сахар, кондитерские изделия
0,5-1,0
0,3-1,0
0,05-0,5
0,01-0,1
Плодоовощная продукция
0,3-1,0
0,1-0,3
0,03-0,2
0,03-0,05
Масличное сырье и жировые продукты
0,1-1,0
0,1-0,3
0,03-0,2
0,03-0,05
Напитки
0,03-0,3
0,05-0,2
0,001-0,03
0,0005-0,005
Другие продукты
0,2-10,0
0,1-3,0
0,1-1,0
0,03-1,0
Из всех токсичных элементов, нормируемых в пищевых продуктах, в данной работе будут рассмотрены свинец, кадмий, мышьяк и ртуть.
Свинец
Свинец является естественным компонентом таких природных сред, как почва, атмосферный воздух, вода. В результате природной эмиссии в атмосферу ежегодно поступает в среднем 27 тысяч тонн свинца, однако все же большая его часть поступает в окружающую среду в результате деятельности человека, т.е. из антропогенных источников
[Авцын А.П. Микроэлементозы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.C. Строчкова // - М.: Медицина. 1991. - 496 С.].
Вследствие широкой распространенности свинца в окружающей среде он в той или иной мере содержится во всех видах пищевых продуктов. Так, среди овощных культур наибольшее содержание свинца отмечено в свекле, моркови, луке, наименьшее - в капусте. Показана возможность накопления свинца в картофеле, ячмене, овсе, внутренних органах домашних животных. Уровни свинца в растениях, произрастающих близко к автодороге, выше, чем с участков, удаленных от дороги. По этим же данным, содержание свинца в мышечной ткани и субпродуктах крупного рогатого скота составляет 0,9 и 2,4 мг/кг, соответственно, причем наибольшее количество свинца накапливается в почках. При этом более высокий уровень характерен для старых животных, что указывает на аккумуляцию данного токсичного элемента в организме животного с возрастом.
Основными путями поступления свинца в организм человека являются пероральный (с водой и продуктами питания), ингаляционный, а также поступление через кожу. Всасывание свинца в желудочно-кишечном тракте у взрослых составляет от 15% поступившего с пищей, а у детей и беременных женщин его абсорбция может достигать 50%.
Свинец, каким бы путем ни поступал в организм, главным образом аккумулируется в костях. Воздействие свинца и на сегодняшний день остается серьезной проблемой, особенно для детей. Отравление этим тяжелым металлом обычно происходит через старые краски, загрязненную воду и продукты, а также через косметику, кухонную утварь, консервные банки и бензин. Повышенное содержание свинца в организме вызывает анемию, почечную недостаточность и умственную отсталocть.
На всасывание свинца оказывают существенное влияние различные факторы. Так, кальций, железо, магний и цинк снижают всасывание свинца, что объясняется конкуренцией металлов на участках связывания, и переносчиках в эпителии кишечника. Усиление всасывания свинца наблюдается при полном и частичном голодании. Период полувыведения свинца из крови и мягких тканей составляет в среднем 25-40 дней. К стабильной фракции относится свинец скелета, период полувыведения которого составляет более 25 лет. Основными путями выведения свинца из организма являются экскреция с мочой (80%), в меньшей степени с калом (15%), потом, слюной и волосами (5%).
Свинец ингибирует действие многих энзимов, а также инкорпорацию железа в организме, в результате чего в моче резко увеличивается количество свободного протопорфирина. Его увеличение в моче является четким клиническим признаком сатурнизма. Органами-мишенями при отравлении свинцом являются кроветворная и нервная системы, почки. Менее значительный ущерб сатурнизм наносит желудочно-кишечному тракту. Один из основных признаков болезни − анемия, возникающая в результате усиленного гемолиза. Эта анемия характеризуется «точечным крапом» эритроцитов в виде базофильных гранул, хорошо выявляемых при окраске метиленовым синим.
На уровне нервной системы отмечается поражение головного мозга и периферических нервов. Сатурнизм - обусловленная энцефалопатия чаще наблюдается у детей, реже − у взрослых. В головном мозге выражен диффузный отек серого и белого вещества в сочетании с дистрофическими изменениями кортикальных и ганглионарных нейронов, демиэлинизация белого вещества.
Для хронического сатурнизма характерно развитие хронического гингивита и появление в полости рта темной каемки на десне, так называемой «свинцовой десны»
[Авцын А.П. Микроэлементозы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.C. Строчкова // - М.: Медицина. 1991. - 496 С.].
Кадмий
Естественное содержание кадмия в объектах окружающей среды относительно невелико, и в основном его наличие является следствием антропогенных выбросов
[Ревич Б.А. Проблемы прогнозирования, «горячие точки» химического загрязнения окружающей среды и здоровье населения России // под ред. В.М. Захарова. 2007].
Наибольшее поступление кадмия в атмосферу связано с деятельностью промышленных предприятий (34 тонны в год) и сжиганием разнообразных отходов (31 тонна в год)
[Авцын А.П. Микроэлементозы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.C. Строчкова // - М.: Медицина. 1991. - 496 С.].
Основными путями поступления кадмия в организм человека являются пероральный, ингаляционный и через кожу. Всасывание кадмия в желудочно-кишечном тракте составляет 4-5% и происходит в тонком кишечнике. Всасывание кадмия усиливается в случае дефицита кальция, железа и белка. При этом, всасывание кадмия угнетается цинком, а также молоком и солями желчных кислот. Действие молока объясняется повышенным содержанием в нем кальция, а солей желчных кислот мицеллообразованием. Абсорбция кадмия в кишечнике повышается в условиях физиологического стресса, при беременности и кормлении грудью. У новорожденных уровень всасывания кадмия в кишечнике значительно выше, чем у взрослых. Около 50% поступившего в организм кадмия обнаруживается в почках, около 15% - в печени и около 20% - в мышцах. Содержание кадмия в почках возрастает по мере поступления данного токсичного элемента в организм до достижения человеком возраста 50-60 лет, а затем снижается в результате возрастных почечных изменений. Основным путем выведения кадмия из организма является его экскреция с калом. Кроме того, данный токсичный элемент выводится из организма с мочой, слюной, через волосы и с грудным молоком. Период полувыведения кадмия составляет по разным оценкам от 10 до 38 лет. Основным критическим органом, характеризующим интенсивность кадмиевой нагрузки на организм, являются почки, поражение которых характеризуется нарушениями реабсорбции в дистальных канальцах с протеинурией, в тяжелых случаях сопровождающимися аминоацидурией, глюкозурией и фосфатурией. Кроме того, металлический кадмий является доказанным для человека канцерогеном, вызывая рак простаты, легких, кожи, почек и мочевого пузыря.
Мышьяк
Мышьяк является естественным компонентом более 200 природных минералов. Около трети выбросов мышьяка в атмосферу осуществляется из природных источников.
Источниками мышьяка могут служить выбросы предприятий стекольной, радиоэлектронной (полупроводниковой), металлургической промышленности, ТЭЦ, автомобилей.
Соединения мышьяка хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте, и через несколько дней от 45 до 15% поступившего количества выделяется с мочой. Основным путем выделения мышьяка является экскреция с мочой, в меньшей степени - с калом, волосами, ногтями, через кожу и с грудным молоком.
Поступая в организм человека в повышенных количествах, мышьяк, в первую очередь, может вызвать нарушение функций печени, аллергические реакции, изменения состояния кожи (гиперкератоз, дерматит), поражение сосудов (в первую очередь, нижних конечностей), снижение слуха, повышенную возбудимость ЦНС, раздражительность, головные боли, угнетение иммунитета, кроветворения. Повреждения головного мозга редки. Больше страдают периферические нервы, в которых резко выражены явления демиелинизации вплоть до деструкции осевых цилиндров. Характерны темно-коричневые пигментации в виде изолированных или сливающихся пятен на коже. На ладонях и стопах развивается гиперкератоз. В этих участках часто возникают эпидермоидные карциномы.
Главными осложнениями острой интоксикации являются внутрисосудистый гемолиз, острая почечная, печеночная недостаточность, кардиогенный шок. Отдаленными последствиями острых отравлений у детей может быть значительное снижение остроты слуха. Поражение нервной системы проявляется в виде токсической энцефалопатии (нарушение речи, координации движений, эпилептиформных судорог, психозов).
Ртуть
Ртуть попадает в окружающую среду как в результате естественного испарения ее из земной коры, так и в результате промышленного загрязнения. Естественные выбросы ртути могут достигать 25-12000 тонн в год. До недавнего времени семена зерновых протравляли ртутью, и это отразилось на ее содержании в почве. Из овощей особенно сильно аккумулируют ртуть капуста, горький перец и фасоль. Темные сорта винограда поглощают больше ртути, чем светлые. Достаточно большое количество ртути попадает в окружающую среду самым обычным образом - при разбивании медицинских термометров. Этот тяжелый металл присутствует почти во всех морских продуктах, материале для зубных пломб, многих косметических средствах, пестицидах и фунгицидах (противогрибковых препаратах). При вдыхании паров ртути она концентрируется в мозге. Возникают нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность.
Ртуть опасна, так как действует бессимптомно. Необратимые процессы в организме начинаются незаметно: появляются головная боль, головокружение, воспаление десен, затруднения в концентрации внимания, бессонница, выпадение волос. И только через какое-то время нарушается речь, появляется состояние страха, нервозность или сонливость, количество белых кровяных телец уменьшается. Все это признаки потери иммунитета, состояние, при котором даже незначительная инфекция может оказаться смертельной. Ртуть накапливается в организме животных и людей понемногу, но те, кто живет вблизи от предприятий, загрязняющих воздух отравляющими веществами, накапливают в себе огромное количество этих ядов, причем их накопления могут дать о себе знать и в последующих поколениях. Если этот металл проникает в организм достаточно длительное время, то это приводит человека к опасной болезни - миастении (потеря проведения нервно-мышечных импульсов), заболеваниям почек и печени. При хроническом отравлении ртутью развиваются астеновегетативный синдром, тремор, психические нарушения, лабильный пульс, тахикардия, гингивит, протеинурия, изменения со стороны крови. При пероральном поступлении ртути наблюдаются язвенно-некротический гастроэнтерит, в дальнейшем развивается некротический нефроз с гибелью эпителия проксимальных отделов почечных канальцев.
Независимо от пути поступления и формы соединения, ртуть накапливается в основном в почках до 90% ее общего содержания в организме. До 10% поступившей в организм ртути, особенно в форме метилртути, может содержаться в головном мозге. Примерно 90% общего количества абсорбированной метилртути выделяется из организма с калом и желчью и меньше - с мочой, потом, грудным молоком. Период полувыведения метилртути из организма человека - около 70 дней. Возможен также трансплацентарный перенос ртути [1].
Заключение
Таким образом, в связи с интенсивным ростом и развитием промышленности, транспорта, индустриализацией и химизацией сельского хозяйства, ускорением научно-технического прогресса за последние годы значительно увеличилось и продолжает нарастать поступление в окружающую среду ТМ техногенного происхождения. Загрязнение объектов биосферы, в том числе пищевого сырья, как растительного, так и животного происхождения, солями ТМ, учитывая их высокую токсичность, способность накапливаться в организме человека, оказывать вредное воздействие даже в сравнительно низких концентрациях, может иметь ряд серьезных последствий для здоровья человека, вызывая развитие так называемых экологически обусловленных заболеваний. Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами угрожает здоровью людей. Прием токсических веществ приводит к необратимым изменениям внутренних органов. В результате развиваются неизлечимые болезни: нарушения желудочно-кишечного тракта, печени, почечные и печеночные колики, параличи. Нередки смертельные случаи.
Это указывает на необходимость проведения экологического мониторинга содержания ТМ в воздухе, воде, почве. Проведение санитарно-гигиенического мониторинга пищевого сырья и продуктов питания на наличие в них ТМ. Дальнейшее изучение цепей миграции ТМ от их источника до человека. Разработать допустимые пределы концентраций металлов в биологических средах, характеризующие уровень антропогенной нагрузки и риск здоровью населения. Внедрение в систему социально-гигиенического мониторинга оценку содержания ТМ в биологических средах человека.
Снизить воздействие ТМ на здоровье населения можно, решив следующие задачи:
- организацию достоверного и оперативного контроля выбросов ТМ в атмосферу и воду;
- прослеживание цепей миграции ТМ от источников до человека;
- налаживание широкого и действенного контроля (на различных уровнях, вплоть до бытового) содержания ТМ в продуктах питания, воде и напитках;
- проведение выборочных, а затем и массовых обследований населения на содержание ТМ в организме (в крови и моче).