Вредные вещества и загрязнение среды обитания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ЗАГРЯЗНЕНИЕ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

Содержание

1. Основы токсикологии

2. Нормирование вредных выбросов

3. Токсические свойства металлов

4. Тяжелые металлы в пищевой продукции

5. Вредные вещества в пищевой продукции

6. Экология моющих средств

7. Экологические проблемы переработки древесины

8. Экологические вопросы клеевых материалов

9. Экологические проблемы лакокрасочных материалов

Литература

1. Основы токсикологии

Экотоксикология изучает поведение, распространение и миграцию химических загрязнителей в окружающей среде.

Известно, что производственные процессы не бывают совершенно чистыми. Всегда образуются какие-либо отходы - газообразные, жидкие или твердые. В литературе упоминается около 10 млн. органических и неорганических химических соединений и ежегодно появляется еще около 300 тыс. новых. В промышленности и различных отраслях используются от 50 до 100 тыс. химических веществ. По существу современная жизнь не возможна без химических препаратов. Не все химические препараты являются токсичными, т.е. ядовитыми, однако многие из них представляют явную или скрытую угрозу здоровью и жизни человека и животным. Степень воздействия токсических веществ в первую очередь зависит от дозы. Токсикант - это любое вещество с токсическими свойствами. Ксенобиотик - чуждое природе вещество не являющееся компонентом экосистемы, обычно это продукт промышленного синтеза. Токсин - токсическое органическое вещество, создаваемое живым организмом.

Среди загрязнителей осо6енно опасны те, которые обладают устойчивостью к разложению и биологической трансформации. Большинство потенциально опасных веществ относятся к трем группам галогенированным углеводородам, полиароматическим углеводородам, тяжелым металлам и их соединениям.

Классификация опасных веществ:

1. Химическая - по химической номенклатуре

2. По отраслевому признаку

промышленные (растворители, лаки, краски, клеи, тяжелые металлы)

пищевые (нитраты, эмульгаторы, красители, тяжелые металлы)

военного происхождения (радиоактивные и отравляющие вещества, компоненты ракетного топлива)

хозяйственно-бытовые (бытовая химия, моющие средства)

сельскохозяйственные препараты (удобрения, пестициды)

природного происхождения (ядовитые растения и животные)

транспорт (углеводороды, оксид углерода, альдегиды, сажа, смолы, свинец)

Считается, что основные источники опасных веществ это энергетика, промышленность и сельскохозяйственные химические препараты.

Наиболее опасны для окружающей среды вещества, которые устойчивы к разложению и биологически усвояемые. Большинство таких веществ принадлежат к трем основным группам химических веществ:

1. Металлы и их органические соединения, особенно металлы с плотностью выше 5, часто называемые тяжелыми металлами это - ртуть, кадмий, свинец и другие.

2. Органические вещества с одним или несколькими атомами водорода, замешенными хлором (бромом, фтором, т.е. галогенами), часто именуемые галогенированными углеводородами.

3. Полиароматические углеводороды (ПАУ), молекулы которых состоят из нескольких ароматических колец.

Загрязнители распространяются и мигрируют водным и воздушным путем, по трофическим цепям. В процессе переноса вещества частично трансформируются и разрушаются. Поглощенные живыми организмами вещества частично накапливаются в организмах, частично выводятся. Перемещение опасных веществ происходит по звеньям трофической цепи, в частности от жертвы к хищнику. В этих случаях, концентрация токсических веществ увеличивается на верхних уровнях цепи. Это явление называется биоусиленнем. Передача от матери к потомству может происходить через плаценту у млекопитающих и через яйцо у птиц и земноводных. Существует тесная зависимость, называемая соотношением «доза-реакция», между количеством химического вещества, попавшим в организм, и последствиями. Отрицательным нелетальным эффектом загрязнителей является снижение продуктивности растений и нарушении мышечной, нервной, иммунной и репродуктивной функций животных, что может угрожать выживанию отдельных популяций. Воздействия токсических веществ на экосистемы проявляются также в снижении видового разнообразия и уменьшении общей биомассы.

Вещества, обладающие способностью нарушать нормальную жизнедеятельность организма и приводить к стойким патологическим изменениям, называются ядовитыми. Возникающее в результате их действия состояние организма называется отравлением. Производственными, или профессиональными, считаются отравления, возникшие в связи с работой в результате воздействия применяемых или образующихся при этом ядовитых веществ. Ядовитыми, или токсическими, следует считать такие вещества, которые проявляют свое вредное действие в небольших количествах. Многие вещества, которые не считают ядовитыми, в необычных условиях способны оказывать вредное действие на организм.

Токсические вещества проникают в организм тремя путями: через дыхательные пути, через пищеварительный тракт и через кожу.

Попавшие внутрь организма с вдыхаемым воздухом вещества всасываются слизистой оболочкой дыхательных путей и отсюда проникают в большой круг кровообращения. Большинство отравлений происходит этим, наиболее опасным путем.

Пыли и пары могут попадать в пищеварительный тракт при заглатывании. Часть попавших таким путем в организм вредных веществ всасывается в кровь, часть же задерживается и обезвреживается в печени.

Некоторые яды (растворимые в жирах и жидкостях организма) могут попадать внутрь организма через неповрежденную кожу, а затем проникать в кровь, минуя печень.

Выделение ядов из организма происходит различными путями, в основном через почки и кишечник. Так выделяются преимущественно металлы, галоиды, эфирные масла, красящие вещества, производные ароматических соединений и др. Различные летучие вещества (бензин, эфир и др.) выделяются с выдыхаемым воздухом. Выделение ядов через кожу незначительно (анилин, нитробензол и др.). Период выведения ядов из организма различен для разных веществ, причем по пути они могут оказывать вторичное токсическое действие на организм.

Иногда яды накапливаются в тканях организма, образуя здесь в них временные или стойкие депо; например, тяжелые металлы могут накапливаться в печени и других органах. Из таких депо токсические вещества поступают в кровь и вызывают отравление.

Действие токсических веществ проявляется в отравлениях различной степени: острых, хронических.

Помимо ясно выраженного действия на те или иные органы, яды могут вызывать понижение общей сопротивляемости организма к другим вредным воздействиям и способствовать возникновению общих заболеваний.

Яды оказывают на организм общее или местное действие. Местное действие может явиться толчком для общего действия.

Степень токсичности вещества и характер вызываемых им нарушений в организме зависят от ряда факторов, в первую очередь от химической структуры веществ. Так, например, замещение в ароматических соединениях (бензол, толуол и др.) водородных атомов нитро- и аминогруппой (NО₂ и NH₂) придает им новые токсические свойства. Токсическое действие галоидных органических соединений тем сильнее, чем больше атомов замещено галоидами; например, тетрахлорэтан (С₂Н₂Сl₄) токсичнее дихлорэтана (C₂Н₄Сl₂) и хлористого этила (C₂Н₅Сl).

Чем дисперснее вещество, тем легче, скорее и глубже проникает оно в организм. Обладая развитой удельной поверхностью, пыль является хорошим адсорбентом и способна поглощать газы из окружающей среды, из-за чего нетоксичная пыль может стать токсичной.

Растворимость ядовитого вещества в соках и жидкостях организма усиливает его вредное действие. Растворимость в воде усиливает опасность поражения верхних дыхательных путей.

При комбинированном воздействии разных ядов токсический эффект их потенцируется (т.е. оказывается сильнее, чем при простом сложении их действия).

Имеет значение и индивидуальная чувствительность организма. У некоторых людей наблюдается повышенная чувствительность к отдельным ядам. Она выше у детей и подростков, после перенесенных болезней и т.д. Опасность отравления зависит не только от токсичности, но и от времени действия и концентрации, яда. В отношении многих токсических веществ выяснена зависимость между временем действия, концентрацией и эффектом воздействия на организм.

Так, для окиси углерода при тс<350 действия установить нельзя; при тс=700 действие слабое; при тс=1000 головные боли и тошнота; при тс=1700 тяжелое отравление (здесь т - время действия, ч; с - концентрация, мг/м³).

Разумеется, чем выше в окружающем воздухе концентрация яда, тем больше его поступит в организм при вдыхании и тем скорее и тяжелее окажется его воздействие.

Оказывают свое влияние и условия окружающей среды. При высокой температуре воздуха расширяются кожные сосуды, усиливается потливость, учащается дыхание, повышается минутный объем сердца; это ускоряет проникновение некоторых ядов в организм. Высокая температура оказывает влияние, на скорость испарения и летучесть веществ, что усиливает опасность загрязнения воздуха. Влажность воздуха усиливает токсичность некоторых веществ (например, соляной кислоты, фтористого водорода).

Нетоксичная пыль может оказывать вредное действие на легкие, кожу, глаза, зубы, десны, слуховые и пищеварительные органы. Известно вредное действие на легкие пыли, содержащей кремнезем.

Вредные вещества встречаются в производстве в виде сырья, промежуточных продуктов, готовой продукции, случайных примесей, вспомогательных веществ, отходов, побочных продуктов.

Полностью отказаться от выведения промышленных отходов в природную среду человек пока не может. Но поскольку многие примеси неблагоприятно воздействуют на организм человека, животных, растений и биогеоценозы в целом, совершенно необходимо ограничение поступления этих примесей в природную среду.

Наиболее серьезное токсическое действие ионов металлов возникает при вдыхании пыли, как правило, происходящем на промышленном предприятии. Особенно опасны частицы диаметром 0,1-1 мкм, которые эффективно адсорбируются легкими. Отметим, что легкие поглощают ионы металлов, поступающие затем в жидкие среды организма, в десять раз эффективнее, чем желудочно-кишечный тракт. Так, например, величайшая опасность от радиоактивного плутония-239 (испускающего активные частицы с периодом полураспада 24,4 тыс. лет) происходит не от поглощения плутония с пищей, а от адсорбции порошка плутония легочной тканью. Летучие металлсодержащие соединения, такие, как карбонильные и алкильные соединения ртути, свинца и олова, с легкостью абсорбируются легкими и могут вызывать острое отравление металлом. Отсюда вывод: следует избегать любой ингаляции ионами металлов.

2. Нормирование вредных выбросов

Для этих целей разрабатываются стандарты, ограничивающие содержание наиболее опасных загрязняющих веществ, как в атмосферном воздухе, так и в источниках загрязнения. Минимальная концентрация, вызывающая начальное типичное воздействие, называется пороговой концентрацией.

Для оценки загрязнения воздуха используются сравнительные критерии содержания примесей, по ГОСТу это вещества, отсутствующие в составе атмосферы. Нормативами качества воздуха являются ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК). Вместо ОБУВ и ОДК используют значения временно допустимых концентраций (ВДК).

Основным показателем в РФ являются показатель предельно допустимых концентрации вредных веществ (ПДК) получивший широкое распространение с 1971г. ПДК - это верхние предельно допустимые концентрации веществ, при которых их содержание не выходит за границы экологической ниши человека. Предельно допустимой концентрацией (ПДК) газа, пара или пыли считается концентрация, которая переносится без каких-либо последствий при ежедневном вдыхании в течение рабочего дня и многолетнем постоянном воздействии.

Практически существует раздельное нормирование содержания примесей: в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з) и в атмосферном воздухе населенного пункта (ПДКа.в). ПДКа.в - это максимальная концентрация вещества в атмосфере не оказывающие вредного воздействия на человека и среду, ПДКр.з - это концентрация вещества в рабочей зоне, при работе не более 41 час в неделю вызывающая заболевание. Под рабочей зоной понимается рабочее помещение (комната). Предусматривается также разделение ПДК на максимальные разовые (ПДКм.р) и среднесуточные (ПДКс.с). Все концентрации примесей в воздухе рабочей зоны сопоставляются с максимальными разовыми (в течение 30 мин), а для населенного пункта со среднесуточными (за 24 час). Обычно под употребляемым символом ПДКр.з понимается максимальная разовая ПДК в рабочей зоне, а под ПДКм.р концентрация в воздухе жилой зоны. Обычно ПДКр.з.>ПДКм.р, т.е. фактически ПДКр.з>ПДКа.в. Например, для диоксида серы ПДКр.з=10 мг/м³, а ПДКм.р=0,5 мг/м³.

Устанавливают также летальную (смертельную) концентрацию или дозу (ЛК₅₀ и ЛД₅₀), при которых наблюдается гибель половины подопытных животных.

Таблица 1 Классы опасности химических загрязняющих веществ в зависимости от некоторых токсикометрических характеристик (Г.П. Беспамятнов. Ю.А. Кротов. 1985)

Нормы предусматривают возможность воздействия нескольких веществ одновременно, в этом случае говорят об эффекте суммации вредного действия (эффекта суммации фенола и ацетона; валериановой, капроновой и масляной кислот; озона, диоксида азота и формальдегида). Перечень веществ обладающих эффектом суммации приводится в приложении. Может возникнуть ситуация, когда отношение концентрации отдельного вещества к ПДК меньше единицы, но суммарная концентрация веществ будет выше ПДК каждого из веществ и общее загрязнение будет превышать допустимое.

В пределах промышленных площадок по СН 245-71 выбросы в атмосферу должны лимитироваться с учетом того, что с учетом рассеивания концентрация веществ на промплошадке не превышала 30% ПДКр.з., а в жилой зоне не более 80% ПДКм.р.

Соблюдение всех этих требований контролируется санитарно-эпидемиологическими станциями. В настоящее время в большинстве случаев невозможно ограничить содержание примесей до ПДК на выходе из источника выброса, и раздельное нормирование допустимых уровней загрязнения учитывает эффект перемешивания и рассеивания примесей в атмосфере. Регламентирование выбросов вредных веществ в атмосферу осуществляется на основе установления предельно допустимых выбросов (ПДВ). Для того чтобы регламентировать выбросы, следует сначала определить максимально возможную концентрацию вредных веществ (См) и расстояние (Ум) от источника выброса, где эта концентрация возникает.

Величина См не должна превышать установленные значения ПДК.

Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 предельно допустимый выброс (ПДВ) вредного вещества в атмосферу - это научно-технический норматив, предусматривающий, что концентрация загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупность не превышает нормативную концентрацию этих веществ, ухудшающих качество воздуха. Размерность ПДВ измеряется в (г/с). ПДВ следует сравнивать с мощностью выброса (М), т.е. количество выбрасываемого вещества в единицу времени: M=CV г/с.

ПДВ устанавливается для каждого источника и не должны создавать приземной концентрации вредных веществ, превышающих ПДК. Величины ПДВ рассчитываются на базе ПДК и максимальной концентрацией вредного вещества в атмосферном воздухе (См). Методика расчета приводится в СН 369-74. Иногда вводятся временно согласованные выбросы (ВСВ) которые определяются отраслевым министерством. При отсутствии ПДК часто используют такой показатель как ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия химического вещества в атмосферном воздухе, установленный расчетным путем (временный норматив - на 3 года).

Установлены предельно допустимые выбросы (ПДВ) или лимиты на выброс. Для предприятий, их отдельных зданий и сооружений с технологическими процессами, являющимися источниками производственной вредности, предусмотрена санитарная классификация, учитывающая мощность предприятия, условия осуществления технологических процессов, характер и количество выделяющихся в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ, шум, вибрацию, электромагнитные волны, ультразвук и другие вредные факторы, а также предусматривающая меры по уменьшению неблагоприятного влияния перечисленных факторов на окружающую среду.

Конкретное перечисление производств химических предприятий с отнесением к соответствующему классу приведено в Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий СН 245-71. Всего установлено пять классов предприятий.

В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов приняты следующие размеры санитарно-защитных зон:

Таблица 2

При необходимости и соответствующем обосновании санитарно-защитная зона может быть увеличена, но не более чем в 3 раза. Увеличение санитарно-защитной зоны возможно, например, в следующих случаях:

при малой эффективности систем очистки выбросов в атмосферу;

в отсутствие способов очистки выбросов;

при необходимости размещения жилой застройки с подветренной стороны по отношению к предприятию, в зоне возможного загрязнения атмосферы;

Процесс загрязнения токсичными веществами создается не только промышленными предприятиями, но и всем циклом существования промышленных изделий, т.е. от подготовки сырья, производства энергии и транспортировки до использования промышленных изделий и их утилизации или хранения на свалках. Многие загрязняющие вещества промышленного происхождения поступают в результате трансграничного переноса из промышленных районов мира. Исходя из результатов экологического анализа производственных циклов различных отраслей промышленности, а также отдельных изделий, необходимо изменить структуру промышленной деятельности и привычки потребителей. Промышленность в России и странах Восточной Европы нуждается в коренной модернизации, а не просто в новых технологиях очистки выбросов и стоков. Решать возникающие экологические проблемы способны лишь технически развитые и конкурентоспособные предприятия.

Для технологически развитых стран Европы одной из главных проблем является уменьшение количества бытовых отходов за счет их более эффективного сбора, сортировки и переработки или экологически грамотного уничтожение отходов.

3. Токсические свойства металлов

Щелочные металлы

Ни один из щелочных металлов не является особенно токсичным.

Литий. Свыше 50 лет литий используется для лечения маниакальнодепрессивного психоза. Пероральный прием карбоната лития, поднимает концентрацию лития в плазме крови до 1 мМ, что заметно сглаживает изменения в настроении многих пациентов.

Магний. Необходимый в виде - иона, магний является важнейшим фактором, как для растительного, так и для животного мира. Устойчивый гомеостаз поддерживает уровень Mg в плазме крови на уровне 0,9 мМ, для практически здоровых людей недостаток Mg гораздо более распространен и особенно при алкоголизме. Симптомы этого рода концентрируются при белой горячке и нервно-мышечных проявлениях, включая озноб, судороги, онемение конечностей, тремор. Низкие уровни Mg могут вызывать гипокальцемию. Магний слабо токсичен.

Кальций. Два щелочных иона калия и натрия и два щелочноземельных иона магния и кальция - все вместе составляют более 99% количества ионов металлов в теле человека. Кальция содержится в организме больше, чем других ионов металлов. Более 99% его входит в состав костей и зубной эмали в виде гидроксоапатита. В растворах кальций играет решающую роль во многих процессах, в том числе в мускульном сокращении, свертывании крови.

Рекомендованную дневную дозу 800 мг кальция можно получить при приеме литра молока - единственного богатого кальцием источника. Дефицит кальция выражается в задержке роста, плохих зубах и в других менее очевидных дефектах. Одним из таких скрытых дефектов является повышенная абсорбция нежелаемых или токсичных ионов металлов в кальций-дефицитной системе. Механизм гомеостаза, который управляет абсорбцией из кишечника, контролирует уровень кальция у человека. Кальций считается нетоксичным. Отложение костных минералов в мягких тканях вызывается не избытком кальций-ионов, а повышенным содержанием витамина D. Однако высокий уровень кальция в диете может ингибировать кишечную абсорбцию других необходимых организму металлов.

Барий и стронций. Барий ядовит по причине его антагонизма к калию (но не с кальцием). Ион бария - это мускульный яд, лечение состоит во внутривенном введении солей калия. В организме человека содержится примерно 0,3 г стронция в костях. Такое количество не представляет собой никакой опасности; однако, стронций стал экстенсивным загрязнением в течение последних лет в виде изотопа стронция (t 0,5=28 лет) из радиоактивных осадков.

Бериллий. Бериллий в кислых средах образует нерастворимый гидроксид, который понижает кишечную абсорбцию. Контакт с бериллиевыми солями приводит к повреждениям кожного покрова. Ингаляция бериллийсодержащей пылью вызывает хронический легочный гранулематоз (называемый бериллиозом) или очаги в легких; болезнь развивается медленно и часто заканчивается фатальным исходом. Рабочие предприятий по производству флуоресцентных ламп, где оксид бериллия используется как фосфоресцирующее вещество, становились жертвами бериллиоза. Доза бериллия в одну миллионную долю от массы тела уже летальна. К бериллию следует относиться с очень большой осторожностью, если нет возможности вообще заменить или изъять его из употребления.

Алюминий. Будучи наиболее распространенным, в земной коре металлом, алюминий редко встречается в живых организмах. Обычно в теле взрослого человека содержится 61 мг алюминия, причем главная часть - в легких в результате ингаляции наивысшая концентрация алюминия - в мозге. Ухудшение состояния почечной деятельности значительно понижает способность организма выводить алюминий. Высокие уровни содержания алюминия вызывают фосфатное истощение по причине образования фосфоралюминиевых соединений.

В воде и пище возможны только низкие уровни содержания этого металла. Попадание алюминия в сеть водоснабжения городов создает проблему. Попадающие в воды ионы металлов могут представлять опасность для рыб куда более серьезную, чем кислотность. Ограниченные количества кальция и магния увеличивают токсичность алюминия. Токсическое действие алюминия проявляется в виде запоров и нервных отклонений. Увеличение концентрации алюминия в мозге ассоциируется с болезнью Альцгеймера, расстройствами типа слабоумия и даже смертью, главным образом престарелых людей.

Хром. В человеческом организме содержится порядка 6 мг хрома, распределенного между многими тканями. В организме человека больше всего хрома находится в легких, печени, селезенке и мышцах. Он входит в состав фермента пепсина. Недостаток хрома вызывает заболевание глаз, нарушает углеводный обмен. При заболевании женщин - рожениц пиреотоксикозом содержание хрома в крови уменьшается, тогда как количество марганца и меди возрастает. Суточная норма поступления в организм хрома - 30-140 мг. Он повышает устойчивость к глюкозе, способствуя максимальному проявлению активности инсулина. Наибольшая концентрация хрома в головном мозге. При сахарном диабете имеет место недостаточная обеспеченность организма хромом, который обладает специфическим свойством повышать утилизацию углеводов, способствуя взаимодействию инсулина с инсулинзависимыми рецепторами клеток. У больных сахарным диабетом средней тяжести выведение хрома превышает его поступление на 10%, а при тяжелой форме - до 17%. У здоровых людей обеспеченность хромом составляет около 400 мг в сутки. В комплексном лечении больных сахарным диабетом рекомендуется включение в рацион питания продуктов, богатых хромом: яичный желток, салат, укроп, грибы, земляника, черная смородина, шиповник, пивные дрожжи.

Точные допустимые дозы хрома не установлены, но они должны быть очень малыми. Трехвалентный хром один из наименее токсичных ионов металлов; в то время как сильный окислитель шестивалентный хром уже более токсичен.

Молибден. Молибден, как правило, адсорбируется в желудочно-кишечном тракте. Молибденовая токсичность находится на уровне медной или серной токсичности. У жвачного домашнего скота, питающегося кормами, обогащенными молибденом и обедненными медью, возникают опухоли, что сопровождается подавлением роста, анемией, костными заболеваниями. У человека диета с подобным соотношением молибдена и меди вызывает симптомы подагры. Прием медных препаратов полезен для животных при их отравлении молибденом. Как молибден, так и вольфрам не считаются особо токсичными металлами.

Марганец. Марганец почти нетоксичен. Перманганат - ион токсичен из-за своей окислительной способности. Наиболее частое отравление марганцем происходит из-за вдыхания его оксида в промышленном производстве. Хроническое действие такого рода может привести к манганизму, при котором происходит уже серьезное, необратимое нарушение центральной нервной системы и мозга. Предполагают, что избыток марганца в организме оказывает действие на ферментные системы мозга.

Среднесуточная потребность в марганце у взрослого человека составляет 0,1 мг/кг массы, а у животных - 0,3 мг/кг. Марганец стимулирует рост и развитие животных, усиливает окисление жиров, выделение азотистых соединений из организма, способствует усвоению витаминов А, В и С.

При недостатке марганца задерживается рост и окостенение скелета, связанное с нарушением фосфатно-кальциевого обмена. Марганец входит в состав фосфатазы крови, пептидазы сыворотки крови и декарбоксилазы некоторых кислот и активирует работу этих ферментов. Марганец способствует накоплению тиамина в печени, мозге, сердце и принимает активное участие в выработке защитных свойств организма. При инфекционном гепатите, туберкулезе легких, травме спинного мозга, бронхиальной астме резко возрастает количество марганца в крови.

Избыток марганца вызывает нарушения в половой сфере. При хроническом отравлении марганцем поражается центральная нервная система, возникает «марганцевая пневмония», цирроз печени, что приводит к росту пищевода и желудка. Избыток марганца затрудняет образование гемоглобина, недостаток приводит к затруднению репродукции, дефектам в развитии скелета.

Железо. Содержание железа в человеческом организме 4 г, из которых около 70%, т.е. 3 г, находятся в составе красных кровяных клеток в виде гемоглобина. Большая часть остатка - в железопротеинах, а небольшое количество - в некоторых ферментах. Из рекомендованной ежедневной потребности в железе, равной 10-20 мг, абсорбируется только 10-20%, несколько большее количество - у лиц с дефицитом по железу при хорошем гомеостазе, 25 мг железа, ежедневно высвобождаемого при распаде гемоглобина, эффективно рециклируются печенью, так что период полужизни железа в человеческом организме превышает 10 лет. Именно поэтому абсорбция менее чем 1 мг в день достаточна для человека (исключение составляет период менструации, во время которого женщина теряет порядка 20 мг железа). Наиболее обычная недостаточность организма людей во всем мире - это дефицит железа, который наблюдается у 10% женщин в предменопаузе, проживающих в промышленных районах; в некоторых группах эта цифра возрастает до 100%. Дефицит железа ведет к анемии. Токсичность железа проявляется у людей принимающих железосодержащие препараты, среди алкоголиков, страдающих сильными нарушениями функции печени. Токсичность железа связана с болезнями кишечно-желудочного тракта, шоком, повреждением печени. Железо участвует в биосинтезе гемоглобина и эритроцитов, а также ряда жизненно важных ферментов. Около 25% всего железа находится в организме в запасной форме в различных органах. Дефицит железа у человека может возникать лишь при недостаточности белка в пище и вызывать анемию.

Кобальт. Кобальт известен как необходимый компонент витамина В₁₂. Суточная потребность человека в витамине В₁₂ составляет всего 3 мкг, а недостаток его имеет следствием анемию и остановку роста.

Избыток кобальта стимулирует костный мозг к продуцированию эритроцитов; он также уменьшает способность щитовидной железы аккумулировать йод, т.е. зобная болезнь может быть следствием приема солей кобальта при анемии. Кобальт показал кардиотоксичность для любителей пива, потребляющих более 3 л в день. В некоторых странах в пиво добавляют соли двухвалентного кобальта для стабилизации пены, чтобы погасить действие остаточных детергентов. Очевидно, что этиловый спирт повышает чувствительность организма к кобальтовой интоксикации, a консервант содержащийся в бутылочном пиве, разрушает тиамин (дефицит этого витамина усугубляет кардиотоксичность, вызываемую кобальтом).

Значительное количество кобальта сосредоточено в таких органах, как язык, почки и селезенка. В наибольшем количестве этот элемент накапливается в печени и почках, и в несколько меньшем - в поджелудочной железе. По-видимому, в печени жвачных животных кобальт находится в составе витамина В₁₂. Обычно печень животных содержит кобальт в количестве 0,08_0,03 мг/кг. Кобальт, в отличие от железа и меди, не накапливается в больших количествах в тканях развивающегося плода. Суточная доза кобальта для человека - 2-5мг. Под действием кобальта в организме накапливаются витамины А, В, С, К, усиливается синтез никотиновой кислоты и рибофлавина. Кобальт повышает защитные функции организма при инфекционных заболеваниях, а у человека, страдающего спазмами желудочно-кишечного тракта, улучшает моторную деятельность, способствует лучшему кровоснабжению сердечной мышцы, незаменим при детских лейкозах (малокровие и белокровие). При недостатке кобальта организм испытывает дефицит фосфора, кальция и йода. Кобальт эффективен при лечении отравлений цианистыми солями.

Никель. В теле человека его содержится около 10 мг. Никель сравнительно нетоксичен. Хотя промышленные газовые выбросы, легко абсорбируются в легких и являются высокотоксичными. При попадании внутрь никель вызывает острый желудочно-кишечный дискомфорт. Хроническая интоксикация никелем приводит к разрушению сердечной и других тканей. В организме человека никель сосредоточен в печени, коже и эндокринных железах Чрезмерное поступление никеля в организм вызывает ухудшение зрения вследствие его накопления в роговице глаза. Никель в небольших количествах повышает активность фермента пепсина и улучшает процесс кроветворения. При различных анемиях количество никеля в крови уменьшается. При инфекционных заболеваниях никель нормализует содержание гемоглобина в крови, улучшает регенерацию белков плазмы, усиливает синтез аминокислот. У людей, работающих с соединениями никеля, возникает профессиональное отравление - «никелевая экзема» кож.

Медь. Концентрация меди в организме регулируется гомеостазом, и оптимальные ее концентрации, находятся в широких пределах. Дефицит меди и ее токсичность наблюдается редко. Дефицит ее приводит к анемии, плохому состоянию костной и соединительной тканей, а также к потере пигментации волос. Возможно, что прием цинка, например, в пилюлях, может вызывать медный дефицит.

Около 95% меди в плазме крови находится в составе белка церулоплазмина. Значительное количество меди, попавшей в желудочно-кишечный тракт, раздражает нервные окончания в желудке и кишечнике и вызывает рвоту. А хронический избыток меди ведет к остановке роста, гемолизу и низкому содержанию гемоглобина, а также к нарушению тканей в печени, почках, мозге. Отмечается недостаток церулоплазмина у большинства пациентов, страдающих болезнью Вильсона - врожденным дефектом метаболизма. Такие пациенты обнаруживают повышенные уровни меди в печени наряду с ее дисфункцией. Токсичность меди можно понизить путем приема молибдена.

В организме человека медь ускоряет формирование эритроцитов, восстановление костной ткани, усиливает действие инсулина, препятствует распаду гликогена в печени. Медь способствует синтезу витаминов В₁₂, С, Р, РР и Е. При недостатке меди нарушаются процессы образования костей вследствие ненормального усвоения кальция и фосфора. От недостатка меди страдает кроветворная функция организма. Потребность детского организма в меди в 2 раза превышает потребность взрослого. Дневная потребность меди для взрослого человека составляет 0,04 мг/кг массы тела.

Избыток меди оказывает вредное воздействие на организм. При заболевании острым панкреатитом, при язве 12-перстной кишки, тареотоксикозе, бронхиальной астме и воспалении яичников происходит накопление меди в крови. В суточной диете взрослого человека содержится 2-5 мг меди, из которых усваивается около 30%, а 95% усвоенной меди прочно связывается с церуплазмином. Роль транспорта меди играют аминокислоты. Общее содержание меди у взрослого человека составляет около 80 мг. Дефицит меди проявляется в анемии, дискоординации движения, дефекте соединительной ткани. Есть предположение, что медь необходима для мобилизации железа из резерва.

Цинк. В организме взрослого человека содержится около 3 г цинка, который распределяется в органах неравномерно. Преобладает цинк в железах внутренней секреции, в крови содержится в среднем 700 мкг. У человека цинк входит в состав свыше 20 металлоферментов, включая, участвующие в метаболизме нуклеиновых кислот. Большая часть цинка в крови найдена в эритроцитах. Большая часть цинка в теле человека находится в его мускулах, а самая высокая концентрация цинка в половой железе - простате. Цинк обладает регулирующим действием в процессах кроветворения, обмене углеводов, белков, жиров, энергетическом обмене, в окислительно-восстановительных процессах и функции половых желез. Цинк усиливает действие инсулина, снижающего уровень сахара в крови больных диабетом. Уровень цинка находится под контролем гомеостаза. Дефицит цинка отмечен у алкоголиков, а также у жителей развивающихся стран, диета которых богата волокнистой и вязкой пищей. Дефицит по цинку выражается в нарушении кожных покровов, отставании в росте, нарушении полового развития и половых функций у молодых людей.

Считают, что изменение соотношения цинк-медь в организме может быть причиной в развитии ишемической болезни сердца (локальное прекращение артериального тока крови). Прием двухвалентного цинка способствует заживлению ран у дефицитных по цинку пациентов. Цинка довольно много в мясе и рыбе, так что добавки его не нужны для жителей развитых стран. Потребление избыточного количества солей цинка может приводить к острым кишечным нарушениям, сопровождаемым тошнотой. Острое отравление этим элементом случалось при потреблении кислых фруктовых соков, упакованных в (покрытые цинком) стальные контейнеры. Случаи хронического отравления цинком у людей вообще не известны. Избыток цинка может вызвать дефицит по меди, если последняя присутствует в минимальном количестве, способен замедлять развитие костного скелета у животных, при дефиците кальция и фосфора. В общем, ион цинка не опасен, и, по-видимому, главная возможность отравиться им - это примесь кадмия. Большие дозы цинка (до 1 г) способны вызвать отравление организма.

Содержание цинка в грудном молоке во все периоды лактации во много раз превышает уровни других микроэлементов, что подчеркивает особую значимость цинка для обеспечения нормального развития новорожденных и грудных детей. Содержание цинка в грудном молоке колеблется в пределах 16,9-31,0 мкг/100 мл, тогда как в питательных смесях - 5,4-13,5 мкг/100 мл.

Цинк в нормальном рационе составляет 10-15 мг в день, усваивается около 50%. Цинк нейтрализует повышенный уровень кальция и хрома в диете. Недостаточность цинка проявляется в повреждениях кожи, ненормальности скелета, дефекте репродуктивных органов, карликовости, потере аппетита и снижении скорости роста. Недостаток цинка может вызывать бесплодие, плохой рост животных, низкое качество шерсти, а у человека - эндемический зоб.

Цинк в живых организмах входит в состав многих ферментов, гормонов, эритроцитов, а по своей физиологической роли может быть приравнен к железу. Он способствует удалению из организма диоксида углерода, влияет на развитие и функцию половых желез и поджелудочной железы.

Цинк и кобальт участвуют в образовании инсулина - гормона поджелудочной железы. В эритроцитах находится цинксодержащий фермент карбоангидраза, регулирующий в организме обмен углекислоты. В печени и почках находится фермент аргиназы, регулирующий образование мочевины.

Цинк не зря называют «истинно мужским» микроэлементом. Он крайне необходим мальчикам в период полового созревания: дефицит цинка ведет к недоразвитию половых органов и низкорослости. У взрослых же мужчин недостаток Zn в организме оборачивается бесплодием, поскольку угнетается процесс выработки сперматозоидов. И, напротив, пища, богатая этим элементом, усиливает потенцию, предупреждает развитие простатита и рака предстательной железы. Вместе с тем, в не меньшей степени в цинке нуждаются и женщины. Многие исследователи подтверждают, что плохое самочувствие во время беременности и ранние токсикозы связывают именно с нехваткой в рационе будущей мамы цинка. Мало того, дети у таких матерей зачастую рождаются с гидроцефалией, грыжей, расщеплением нёба, искривлением позвоночника. Наличие цинка в достаточных количествах является обязательным условием для нормального развития головного и спинного мозга и формирования полноценных поведенческих реакций.

Благодаря своим антитоксическим и антивирусным свойствам, цинк защищает нас от простуд и повышает устойчивость к стрессам.

Кадмий. Избыток кадмия нарушает метаболизм металлов, нарушает действие цинковых и иных металлоферментов, что может вызвать перераспределение цинка в организме. Точный механизм кадмиевой токсичности неизвестен. Новорожденные совершенно не содержат этого элемента. У большинства людей кадмий медленно аккумулируется из пищи. Организм очень медленно высвобождает абсорбированный кадмий, период полураспада которого более 10 лет. Как следствие этого - увеличение содержания кадмия в почках в течение жизни человека от 0 мг при рождении до примерно 20 мг в пожилом возрасте (для некурящих) и до 40 мг для взрослого курящего человека. Большая часть этого элемента связана с металлотионином. Острое кадмиевое отравление проявляется в виде рвоты, спазм кишечника, головной боли; оно может возникнуть даже от питьевой воды или других, особенно кислых, жидкостей, которые контактировали с Cd - содержащими соединениями в водопроводных трубах, машинах или в глазурованной кадмием посуде. Кровь курильщиков содержит примерно в 7 раз больше кадмия, чем у некурящих. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки, приводит к сильнейшему нарушению функции почек. Обильный прием цинка, кальция, фосфатов, витамина D и белковая диета могут несколько ослабить отравление кадмием. В человеческом организме накапливается примерно 30 мг кадмия, из которых 33% находится в почках 14% - в печени, 2% - в мышцах, 1,3% - в поджелудочной железе.

Кадмий снижает способность организма человека противостоять болезням, обладает мутагенными и канцерогенными свойствами, отрицательно действует на наследственность. Он также разрушает эритроциты крови, способствует развитию заболеваний почек и семенных желез, а также гастрита и анемии. Для взрослого человека допустимая доза кадмия составляет 70 мкг в неделю. Причем с зерновыми культурами поступает 25,6% от недельной нормы, с овощами - 26% и фруктами - 10%.

Содержание кадмия в продуктах питания выше 0,1 мкг/кг способно вызывать пищевые отравления. Выявлено эмбриотоксическое и тератогенное действие кадмия, а также способность вызывать злокачественные образования, перерождение костного мозга и костной ткани. При загрязнении тяжелыми металлами пищи содержание кадмия в различных органах меняется неодинаково: в почках - от 32 до 42 мг/кг, в легких - от 0,32 до 0,80 мг/кг, в мозге - от 0,8 до 1,0 мг/кг. Кадмий, накопленный в организме, выводится очень плохо и так же, как ртуть и свинец, обладает кумулятивными свойствами. Более быстрому выводу его из организма способствуют белки и аминокислоты, содержащие серу, а также кальций. Особенно серьезную форму кадмиевого отравления описали в Японии как болезнь "итаи-итаи", сопровождающей остеомалацию или декальцификацию костей которые приводят к ломкости костей (известен случай с 72 переломами у одного человека). Отмечалась также и сильная дисфункция почек в связи с протеиноурией (появление белка в моче), продолжающейся даже после прекращения контакта с кадмием. Это заболевание ведет к смерти.

Ртуть. Ртуть токсична в любой своей форме. Глобальное природное выделение ртути попутно с газами из земных недр превышает количество антропогенной ртути в 5 раз, но промышленное ее выделение более локально и концентрировано. В среднем в человеке содержится 13 мг ртути, которые не приносят ему никакой пользы. Различные ртутные соли использовались раньше как терапевтические средства (например, меркурбензоат использовали для лечения сифилиса и гонореи). Использование же ртутных реагентов в качестве инсектицидов и фунгицидов привело к слабым и сильным отравлениям, затронувшим тысячи людей. Поэтому ртутное отравление - всемирная проблема. В живых организмах больше всего ртути содержится в щитовидной железе, затем в печени, гипофизе, легких. В малых количествах она помогает белым кровяным тельцам бороться с болезнетворными бактериями. При избыточном поступлении ртути (отравлении) у человека распухают губы, воспаляются десны и слизистая рта, нарушается работа кишечника и ослабляется сердечная деятельность.

Люди, постоянно работающие в пыльной атмосфере, испытывают хроническое отравление (сатурнизм). Это отравление происходит через дыхательные пути и проявляется в виде малокровия, общей слабости, перерождения тканей печени и почек. При вдыхании ртутные пары активно абсорбируются и аккумулируются в мозге, почках, яичках. Ртуть преодолевает плацентарный барьер; острое отравление вызывает разрушение легких. В тканях организма элементная ртуть превращается в ион, который соединяется с макромолекулами белков. Хроническое отравление ртутью состоит в постоянном нарушении нервной системы, вызывает усталость, а при более высоких уровнях отравления вызывает и характерный ртутный тремор, когда мелкая дрожь каждые несколько минут прерывается заметным трясением.

Прием всего лишь 1 г ртутной соли смертелен. Соли ртути аккумулируются в почках, но они неспособны, как элементная ртуть, быстро проходить кровяной или плацентарный барьеры. Острое отравление при заглатывании ртути приводит к осаждению белков из желудочно-кишечного тракта, вызывая боль, рвоту и понос. Если же пациент выживает, то критическим органом выступает печень. Имеет место некоторый гемолиз эритроцитов. Хроническое отравление выражается в нарушении функции центральной нервной системы. Часто отравлялись при использовании ртутных препаратов при выделке меха.

Органические производные ртути, такие, как хлорид метилртути, высокотоксичны из-за их летучести. Микроорганизмы в загрязненной воде, содержащей ртуть, легко переводят неорганические соединения ртути в монометилртуть. И большая часть ртути в организме рыб находится именно в этой форме, которая может сохраняться годами. Высокие уровни ртути по - видимому, для рыб не столь токсичны, как для человека, у которого при вдыхании паров или при поступлении с пищей ионы активно абсорбируются и попадают в эритроциты, печень и почки, оседают в мозге (в том числе и в мозге плода), вызывая серьезные кумулятивные необратимые нарушения центральной нервной системы. В человеческом организме время полраспада ртути составляет от нескольких месяцев до нескольких лет. Токсический эффект может быть скрытым, и симптомы отравления могут проявиться только лишь через несколько лет.

В 1956 г. была открыта "болезнь Минамата" в Южной Японии, а в 1959 г. было показано, что болезнь эта вызывается употреблением в пищу рыбы, отравленной ртутью в форме хлорида.

Для человека болезнь Минамата по причине попадания в организм метилртути начиналась с онемения конечностей и лица, нарушения чувствительности кожи и двигательной активности рук, недостаток координации движений, слабость, дрожь и неуверенность походки, а также и ментальные расстройства, нарушения речи, слуха, зрения. И наконец, общий паралич, деформация конечностей, особенно пальцев, затрудненное глотание, конвульсии и смерть Дети, рожденные у малопострадавших от этой болезни матерей погибали от церебрального паралича и становились идиотами (обычно центральный нервный паралич не связан с явным отставанием в ментальном развитии). Женщины же на более серьезных стадиях заболевания становились неспособными иметь детей.

Фунгициды применяемые для обработки зерна, содержащие монометилртуть, привели к госпитализации 6 тысяч людей и к смерти 500 человек в Ираке. В США производство этих фунгицидов было запрещено только в 1972 г.

Таллий. Абсорбция организмом чрезвычайно токсичных соединений таллия приводит к гастроэнтеритам, периферической нейропатии, а зачастую и к смерти. При длительном, хроническом действии таллия наблюдается облысение. Использование таллия против грызунов было приостановлено по причине его высокой токсичности и для других домашних и диких животных.

Свинец. Свинец известен почти пять тысяч лет, и о его токсичности знали уже греческие и арабские ученые. Высокий уровень отравления свинцом отмечался у римлян, поскольку они хранили вина и готовили пищу в свинцовой посуде использовали свинцовые краски. В наше время, повышенное содержание свинца представляет опасность из-за свинцовых красителей, батареек, журнальных листов (в красителях для цветной печати содержится 0,4% Pb). А более всего из-за загрязнения воздуха, выхлопами машин, содержащими продукты сгорания тетраэтилсвинца, который добавляется в бензин для повышения октанового числа топлива. Охота за дичью способствует отравлению болот и озер свинцовой дробью служит источником загрязнений растений, птиц, млекопитающих: металлический свинец окисляется в кислой среде их желудков.

В принципе главным источником загрязнения свинцом является пища. К счастью, абсорбция проглоченного свинца невелика - по причине образования нерастворимых фосфата и карбоната свинца. Абсорбированный свинец аккумулируется в костях, откуда он потом высвобождается по причине остеопороза, становясь причиной "отложенной" токсичности. Сегодня в среднем в теле человека содержится около 120 мкг свинца, т.е. в десятки раз больше, чем в египетских мумиях. По международным соглашениям концентрация свинца в питьевой воде не должна превышать 50 мкг/л. Острое свинцовое отравление приводит сначала к потере аппетита и рвоте; хроническое отравление приводит постепенно к нарушениям в работе почек, анемии, сказывается на нервной системе, в том числе и детей. Это действие еще больше осложняется при недостатке кальция и железа в организме.

Наибольшую опасность для человека и животных представляют пары газовые и аэрозольные формы свинца, обусловленные антропогенным загрязнением атмосферы. В биогеохимических очагах с антропогенным свинцовым загрязнением содержание свинца в воздухе, воде и продукта питания превышает его ПДК в десятки и сотни раз. Антропогенные биогеохимические очаги с избытком свинца зачастую сопровождаются избытком кадмия, ртути, мышьяка и других элементов первой категории токсичности.

Почти у 44% детей в городах России могут возникать проблемы в поведении и обучении, обусловленные воздействием свинца. Около 9% детей нуждаются в лечении, здоровье 0,2% детей находится в опасности, и примерно 0,01% детей нуждаются в неотложном медицинском вмешательстве. Повышенное содержание свинца вызывает поражение центральной нервной системы, печени, почек, мозга, половых органов животных и человека. Основной показатель воздействия свинца на здоровье детей - уровень его содержания в крови. Так, при увеличении содержания свинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/дл происходит снижение коэффициента умственного развития (Iq). У детей, проживающих вблизи металлургических заводов, при содержании свинца в крови 9,9 мкг/дл показатель тревожности встречается чаще, чем у детей, проживающих вдали от них. В зоне действия металлургических предприятий болезни нервной системы у детей первого года жизни представлены преимущественно энцефалопатиями и судорожным синдромом; у детей старшего возраста - неврозами, энурезами, эписиндромом. При содержании свинца в крови на уровне 13,1 мкг/дл у 76% детей задержка психического развития.

Нефрологическое действие свинца проявляется при длительном его поступлении в организм человека. Свинец также вызывает определенные изменения в сердечно-сосудистой системе.

Примерно 85-87% свинца в организм взрослого человека поступает с продуктами питания. В организм детей дошкольного возраста в городах России поступает 23-67 мкг/сутки свинца. Минимальное количество свинца в крови человека составляет 0,2 мкг/100 мл, В организме человека существует биологический антагонизм между кобальтом, витамином B₁₂, фолиевой кислотой, с одной стороны, и свинцом - с другой, что необходимо учитывать, поскольку лекарственных средств для лечения свинцового отравления нет. Поэтому в подобных случаях необходимо применять в пищу овощи, фрукты, мясо и молоко.

В таблицах приведены примеры гигиенических нормативов - предельно допустимые концентрации наиболее распространенных веществ, загрязняющих воздух, воду, почву и растительные пищевые продукты. Если их содержание превышает указанные в таблицах пределы, то воздействие их становится вредным для человека.

Рис. 1

4. Тяжелые металлы в пищевой продукции

В России насчитывается более 130 биогеохимических провинций, что накладывает свой отпечаток на элементный состав сельскохозяйственной продукции, получаемой в их пределах. Не меньшее воздействие на ее качество оказывает техногенное поступление химических элементов в окружающую среду. Допустимое количество тяжелых металлов, которое человек может потреблять с продуктами питания без риска заболевания, колеблется в зависимости от вида металла свинец - 3, кадмий - 0,4-0,5, ртуть - 0,3 мг в неделю. И хотя эти уровни условны, тем не менее, они служат основой для контроля содержания в продуктах питания. Поступившие в организм человека тяжелые металлы выводятся крайне медленно, они способны к накоплению главным образом в почках и печени.