Тяжелые металлы как суперэкотоксиканты

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:

1. Тяжелые металлы – основные неорганические экотоксиканты
2. Ртуть
3. Свинец
4. Кадмий
5. Хром
6. Мышьяк
7. 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:

 

1. 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.
2. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: "Мир", 1987.
3. Экология, охрана природы, экологическая безопасность: Учеб. пособие/ Под ред. А. Т. Никитина, С. А. Степанова. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2000.