Понятие и влияние тяжелых металлов на здоровье человека (окружающую среду)

06.06.2011

Загрязнение окружающей среды в республике взывает особое беспокойство ее жителей. И причина не только в Чернобыле. Достаточно и своих «внутренних» проблем. Поэтому об экологии сегодня говорят на митингах и за семейным чаем, рассуждают с трибун академических конференций и в очередях, пишет статьи министр и сочинение школьник. Однако больше всего пока достается нитратам, Никто не спорит, что качество овощей и картофеля резко ухудшается из-за высокой концентрации этих соединений, хотя оно может снижаться и по другим причинам. Недаром в странах Запада проблема нитратов как бы отходит на задний план, уступая место тяжелым металлам и пестицидам.

Это обусловлено тем, что последние многократно опаснее нитратов, которые, если можно так сказать, находятся на периферии современной токсикологии. Интерес к тяжелым металлам особенно возрос после сообщений из Японии о заболеваниях Минамата и итай-итай. Первое из них, как известно, вызвано употреблением в пищу отравленной ртутью рыбы. При этом наиболее тяжелые случаи заболевания параличом, слепатой, расстройством психики и речи. Младенцы подвергались интоксикации еще до появления на свет. Итог оказался печальным: умерли десятки людей, а еще больше продолжали болеть. Не менее опасна и болезнь итай-итай (в дословном переводе ой-ой), вызываемая отравлением кадмием. Заболевшие ею люди испытывали страшную боль в суставах, что и определило такое название. Весьма токсичен и свинец. С отравлением его соединениями нередко связывают слабоумие у детей и другие негативные последствия. Может показаться странным, что к тяжелым металлам отнесены также марганец, цинк, медь, кобальт, молибден, хорошо известные под названием микроэлементы. Их физиологическая роль для организма животных и человека научно доказана. Благодаря этому они нашли широкое применение в сельском хозяйстве и медицине. Однако все дело в концентрации: при дефиците в организмах эти соединения рассматриваются как микроэлементы, а при избытке — как тяжелые металлы.

Иначе говоря, высокая концентрация любого элемента делает его опасным для всего живого. Не являются исключением кобальт, цинк, а также медь, которая, кстати, при повышенном содержании в природных водах по токсичности для рыб уступает только ртути. Тяжелые металлы – часть природы. Они входят в состав горных пород, почв, пресных и морских вод, содержатся в растительных и животных организмах. Почему же они стали нашими врагами? Виною всему деятельность людей, значительно изменивших естественные потоки химических элементов.

 В итоге концентрация тяжелых металлов в окружающей среде постоянно растет. Значительную роль играют выбросы в атмосферу при сжигании топлива, и прежде всего каменного угля. По имеющимся сведениям, отдельных элементов поступает с ними в окружающую среду даже больше, чем их добывается. Причем на долю автотранспорта приходится основное количество выбросов в атмосферный воздух свинца. Вносят свою лепту в загрязнение заводы и фабрики, особенно гальваническое производство. Наряду с тяжелыми металлами поступают в почву с атмосферными осадками, минеральными удобрениями, осадками сточных вод и различными компостами из бытового мусора. Свинец попадает на осушенные торфяники в результате внесения медьсодержащих промышленных отходов – пиритных огарков.

Ртуть содержится в протравителе семян – гранозане, который совсем еще недавно применялся в земледелии. В определенной мере способствует накоплению тяжелых металлов в почве и растениях внесение бесподстилочного навоза. Объясняется это тем, что комбикорма обогащаются фосфатами, которые содержат в качестве примесей кадмий и другие элементы. Кроме того, в рацион животных, и прежде всего свиней, с целью повышения их продуктивности включаются медь и цинк. Через корма тяжелые металлы попадают в навозные стоки, а затем и в почву. Не лишены тяжелых металлов обычный подстилочный навоз и известковые удобрения. Словом, эти соединения распространены в природе гораздо шире, чем считалось ранее. Содержатся тяжелые металлы также в пище, кормах и воде, для которых установлены предельно допустимые концентрации(ПДК).

Анализ отечественных и зарубежных литературных источников свидетельствует, что эти показатели в различных странах далеко не одинаковы. В большенстве случаев действующие в нашей республике ПДК не уступают мировому уровню. При их разработке соблюдалось требование Всемирной организации здравоохранения об ограничении поступления с продуктами питания в течении недели свинца – до 3мг, кадмия – 0,4-0,5 и ртути – 0,3мг, в то время как допустимая норма нитратов для взрослого человека – 1540мг. Располагая такой информацией, читатель сам может сделать правильный вывод о токсичности тех или иных соединений.

Что касается наших ПДК в почвах, то они более строгие, чем нормативы ряда зарубежных стран. Но прямые параллели не всегда правомерны, поскольку часть сельскохозяйственных угодий республики загрязнены радионуклидами. Совместное же действие последних с тяжелыми металлами особенно опасно. Это должно учитываться как специалистами, выращивающими овощи или картофель, так и работниками Минздрава, устанавливающими предельные нормативы.

 Загрязнение окружающей среды нередко происходит не по вине земледельца. Так, в окрестностях крупных промышленных центров, аэропортов и оживленных автомагистралей свинец и другие металлы поступают в почву из атмосферного воздуха. Поэтому экологическая обстановка заметно улучшится, если прекратится выпуск бензина с добавкой соединений свинца. Требуют совершенствования некоторые технологические процессы по примеру отдельных стран, где ограничено применение кадмия в гальванопокрытиях и изделиях, а также ртути в производстве хлора и целлюлозно-бумажной промышленности. Нуждается в улучшении ситуация с утилизацией промышленных и бытовых отходов, которые зачастую также являются серьезными загрязнителями природной среды.

Есть немало приемов по регулированию концентраций тяжелых металлов в почве и растениях и у работников сельского хозяйства. Это прежде всего нормированное внесение средств химизации, органических и известковых удобрений, а также возделывание культур с пониженным содержанием таких соединений и многое другое. Но есть одно условие, при котором перечисленные приемы будут эффективно действовать. Это экономическая заинтересованность колхозов и фермеров в получении экологически чистой продукции. Закупочные цены на нее должны быть выше, чем на продукцию более низкого качества. В противном случае никто не будет стремиться получать биологически полноценные продукты и корма.

Вполне объективно, без эмоций оценить ситуацию с тяжелыми металлами в нашей республике и за рубежом, невозможно. При этом делается акцент на практические приемы снижения их содержания в окружающей среде. При кажущейся ясности понятия «тяжелые металлы» однозначного толкования в литературе пока нет. Некоторые авторы (Э.Н.Левина, М.М.Ворончук) связывают это понятие с высокой атомной массой. Они относят в группу тяжелых металлов более 40 элементов с атомной массой свыше 50. Советский энциклопедический словарь включает сюда только цветные металлы с плотностью большей, чем у железа. Согласно Е.А.Лужникову и др., к группе тяжелых металлов принадлежит 40 элементов с высокой относительной массой и плотностью более 6 г/см3 .

 По Реймерсу тяжелые металлы (кроме благородных и редких) имеют плотность свыше 8 г/см3, в то время как по В.А.Большакову с сотрудниками – лишь более 5 г/см3. Если исходить из последней цифры, то тяжелыми металлами следует считать 43 элемента. При этом наиболее низкую плотность имеет германий (5,36 г/см3), а самую высокую – осмий (22,48 г/см3). Из 43 элементов 10 обладают не только металлическими, но и неметал-лическими свойствами. К ним относятся теллур, мышьяк, сурьма, висмут, германий, олово, свинец, галлий, индий, таллий. Исходя из экологических и токсикологических позиций, не все тяжелые металлы могут быть восприняты однозначно.

 По мнению И.М.Трахтенберга и др., прежде всего представляют интерес те металлы, которые широко используются в производстве и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. Представление об обязательной токсичности всех тяжелых металлов весьма ошибочно, поскольку в эту группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо. Эти элементы являются составной частью ферментативных систем. Они участвуют в переносе кислорода, энергии, передвижении электронов через мембраны клеток, влияют на синтез и передачу наследственной информации, т.е. являются незаменимыми в жизненно важных процессах.

Недостаток или полное их отсутствие губительно сказываются на организме. В данном случае использовать термин «тяжелые металлы» можно лишь тогда, когда речь идет об опасных концентрациях указанных выше элементов. В обычных условиях это микроэлементы, используемые в очень малых количествах как удобрение сельскохозяйственных культур или в качестве минеральных добавок в рацион животных.

 Однако существует группа металлов, за которыми закрепилось только одно определение – «тяжелые», т.е. токсичные. Это прежде всего ртуть, кадмий, свинец и мышьяк или, как их называют отдельные авторы, «большая четверка». Среди названных металлов особенно ядовиты для всего живого ртуть и кадмий, хотя и с остальными тоже все не так просто. В общем, «большая четверка» породила и большие экологические проблемы. Известно, что для нормального развития организма важно не только наличие в окружающей среде какого-либо элемента, но и определенное соотношение между различными соединениями. Резкое увеличение содержания одного или нескольких элементов в среде переводит их в разряд токсикантов.

 В последующем возможно изложить роль ряда тяжелых металлов, в том числе и микроэлементов, в жизни человека, животных и растений. Кроме того будут рассмотрены источники поступления этих соединений в окружающую среду, приведены сведения о допустимых их концентрациях в природных водах, почве, продуктах питания и кормах. Особое внимание будет обращено на приемы снижения содержания тяжелых металлов в этих природных средах.

Врачи-лаборанты физико-химической лаборатории: А.А.Кузнецова Н.В.Сивицкий