 |
Тяжёлые металлы и здоровье человека.
|
|
|
|
Ферменты – биологические катализаторы..10.
§ 5. Болезни, возникающие вследствие изменений активности ферментов………………………….11.
§ 6. Влияние микроэлементов на человека…….12.
§ 7. Заключение……………………………………13.
Литература:
К.А.Макаров «Химия и медицина» - М.:Просвещение, 1981.
Детская энциклопедия «Химия» - М.:Мир, 1983.
«Человек и его здоровье», №46,1996.
ВВЕДЕНИЕ.
О громное количество различных химических веществ попадает в организм человека. Действие этих веществ и их многочисленных комбинаций не только оказывает влияние на отдельный организм в течении всей жизни, но и передается по наследству. Особое значение приобретают данные о влиянии ряда металлов на течение различных процессов в организме человека. Современные исследования показывают, что уже незначительные изменения концентрации металлов, которые свойственны организму человека (биометаллов), и тем более металлов, чуждых организму, приводят к появлению болезней.
Все больше накапливается данных о взаимосвязи между содержанием в организме химических соединений, в том числе и ионов металлов, и возникновением и развитием таких болезней века, как раковые и сердечно-сосудистые заболевания. В связи с этим особое внимание уделяется роли различных элементов в биохимических процессах в здоровом и больном организме.
Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементоорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков.
БИОНЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ рассматривает роль металлов в возникновении и развитии различных химических процессов в человеческом организме.
В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке человеческого организма может происходить примерно 2000 реакций. Ещё больше разнообразием отличаются механизмы химических реакций, возникающих в организме в результате различных болезней (сердечно-сосудистые заболевания, болезни почек и печени).
|
|
|
Изучая роль химических соединений мы рассматриваем не только традиционные классы химических соединений (металлы, неметаллы, кислоты, основания, спирты), но также соединения ионов этих металлов с различными органическими радикалами – остатками аминокислот, белков и нуклеиновых кислот.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ И ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ.
В настоящее время известно более 100 химических элементов, однако только небольшое число их входит в состав живого на планете Земля. Шестнадцать «элементов жизни»: 10 металлов (Na, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Co, Mn, Fe, Mo) и 6 так называемых элементов – органогенов (H, O, N, C, P, S), составляющих основу биологически важных молекул и макромолекул.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОРГАНИЗМА (РАСЧЕТЫ ПРИВЕДЕНЫ ДЛЯ МАССЫ ТЕЛА 70 КГ).
| Химический Элемент | Количество | Орган с наибольшим содержанием элемента |
| Азот Алюминий Барий Бериллий Бор Бром Ванадий Висмут Водород Вольфрам Галлий Германий Железо Золото Индий Йод Иридий Иттрий Кадмий Калий Кальций Кислород Кобальт Кремний Лантан Магний Марганец Медь Молибден Мышьяк Натрий Никель Ниобий Олово Радий Ртуть Рубидий Свинец Селен Сера Серебро Скандий Стронций Сурьма Таллий Тантал Теллур Титан Торий Углерод Уран Фосфор Фтор Хлор Хром Цезий Церий Цинк Цирконий | 1,8кг 61мг 22 мг 0,036 мг 0,036мг/л(1,1-3,3)10-4% 260мг 0,11мг 0,32 × 10-5% 0,016мг/л 7кг 0,25 × 10-7% 0,001мг/л 0,14 × 10-6% 0,08 мг/л 0,14 × 10-4% 0,44 мг/л 4,2 г 0,016 × 10-4% 0,015× 10-4% 12-20мг 0,8 10-9% 0,55× 10-4% 0,0047 мг/л 50мг 140мг 1кг 43кг 14мг 17 × 10-4% 3,9 мг/л 0,4 × 10-7% 19гр 12мг 72мг 0,018 × 10-4% 0,001 мг/л 18мг 100гр 1мг 0,14 × 10-% 0,005 мг/л (0,33-2,9) × 10-4% (0,02-0,7) × 10-4% 0,0078 680мг 120мг 14мг 140мг (0,009-0,28) 10 320мг 0,0008мг/л 1мг 0,0033мг/л 0,00048мг/л 0,003мг 0,00055мг/л 0,054мг/л 0,00016мг/л 16кг 0,09мг 780г 2,6г 95г 0,006-0,11мг/л (0,07-1,6) 10-4% 0,0002мг/л 2,3г | Весь организм в целом. Весь организм Весь организм Весь организм Кровь, костная ткань Весь организм Весь организм Мышечная ткань, кровь Весь организм Костная ткань Мышечная ткань Мышечная ткань Весь организм Костная ткань Мышечная ткань Весь организм Мышечная ткань Кровь Весь организм Весь организм Костная ткань Весь организм Весь организм Кровь Мышечная ткань Весь организм Весь организм Весь организм Мышечная ткань, кровь Весь организм Весь организм Весь организм Кровь Мышечная ткань Мышечная ткань Кровь Весь организм Весь организм Весь организм Весь организм Мышечная ткань Костная ткань Весь организм Кровь Мышечная ткань, кровь Костная ткань Мышечная ткань Кровь Весь организм Весь организм Весь организм Весь организм Весь организм Костная ткань Кровь Весь организм Весь организм Кровь Костная ткань |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА.
В химии существует такое понятие как тяжёлые металлы. В эту группу входят элементы с плотностью большей, чем у железа, а именно свинец, медь, ртуть, цинк, никель, олово, хром и кобальт. Загрязнение окружающей среды этими металлами приводит к тяжёлым последствиям, как для экологической обстановки, так и для здоровья человека. Бериллиозы, ванадиевые токсикозы, силикозы, свинцовые поражения нервной системы, ртутные отравления желудочно-кишечного тракта и почек, а также другие заболевания, вызванные токсичными отравлениями, все шире распространяются во всех странах. Основными источниками загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами являются:
1.Сжигание топлива. В золе, оставшейся после сжигания 1т каменного угля, в среднем содержится 200г цинка, 300г кобальта,700г никеля, 400г урана, 200г олова, 500г германия,100г свинца, до 300г бериллия; в золе нефти обнаруживается до 65% ванадия, ртуть молибден, мышьяк; зола торфа обогащена ураном, медью, никелем, кобальтом и свинцом.
2.Второй по мощности источник загрязнения окружающей среды – это диспергирование руд при их добыче и обогащении.
3.Третий источник – металлургия. С доменными газами в атмосферу попадают Fe, Mg,Mn,Rb,Hg,Cd,Cu,As.Из плавильных печей поступают в воздух висмут, кобальт, молибден, ртуть, цинк и другие металлы. Из 1т пыли, выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до 100кг меди и почти столько же свинца и цинка.
Помимо основных путей распространения тяжёлых металлов в среде для каждого существует свой специфический характерный для определённого производства или вида человеческой деятельности. Часть элементов поступает в атмосферу в виде аэрозолей, часть выносится в моря и океаны с речными стоками, часть оседает на поверхности суши, обогащая её ежегодно сотнями тысяч тонн титана, меди, хрома, свинца, мышьяка и других металлов. Тяжелые металлы неблагоприятно воздействуют на сердечно-сосудистую систему, понижают иммунитет, вызывают токсикологические, аллергические, онкологические заболевания. Так, наиболее высокие показатели заболеваемости раком отмечены в регионах промышленной добычи и переработки металлов (в Челябинской, Оренбургской, Уральской, Магнитогорской и некоторых других областях).
Токсичное действие некоторых металлов может проявиться или сразу, или через некоторое время. Действие окиси углерода, например, проявляется через несколько минут после контакта, а отравление бериллием – через несколько недель. Необходимо также учитывать и явление синергизма – усиления эффекта при одновременном воздействии двух или нескольких веществ по сравнению с действием этих же веществ по отдельности.
Рассмотрим более подробно характеристики некоторых тяжелых металлов, пути их перемещения в окружающей среде и поступления в живые организмы, их влияние на здоровье.
СВИНЕЦ (Pb).
ПДК свинца в атмосферном воздухе составляет 0,03мг/м, в воздухе рабочей зоны – 0,01мг/м, в воде – 0,03мг/л, в почве – 32мг/кг. В пищевых продуктах ПДК свинца составляют (мг/кг): мясо и птица- 0,5; рыба, жиры и масла – 1,0; молоко и молочные продукты – 0,05; фрукты и овощи – 0,4-0,5.
Обычно в пресной воде содержится до 10 мкг/л свинца, в морской - 7 мкг/л, в донных осадках – до 3000 мкг/л.
В воздухе городов – 2-4мкг/л, вдали от них до 0,2мкг/л, в целинных почвах – 8-20мкг/л, в культурных почвах – до 300мкг/л.
По статистике ежегодно в атмосферу выбрасывается около 180 тыс. тонн свинца. Основным источником загрязнений является мировой автомобильный пар, который в результате выбросов автомобильных двигателей обогащает атмосферу рассеянным свинцом. При сгорании 1л этилированного бензина в воздух попадает 200-400мг свинца.
Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и её генетический аппарат. Свинец подавляет ферментативные процессы превращения порфинов и кровообразование; угнетает окисление жирных кислот, нарушает белковый и углеводный обмены, способен заменять кальций в костях. Соединения свинца могут вызвать мутации и репарации ДНК.
РТУТЬ (Hg).
ПДК ртути в атмосферном воздухе составляет 0,003мг/м, в воздухе рабочей зоны – 0,01мг/м, в воде – 0,0005мг/м. В пищевых продуктах содержание ртути не должно превышать: зерно, мука, крупы – 0,001; мясо и птица – 0,03;
Рыба океаническая – 0,4-0,7; рыба пресноводная – 0,3-0,6; молоко и молочные продукты – 0,005; продукты детского и диетического питания – 0,005.По данным ВОЗ, допустимое потребление ртути в неделю составляет 0,3мг, а метилртути – 0,2мг.
В воздухе обычно содержится до 0,05мкг/м ртути, в пресных водах – до 0,2мкг/л; в морской – до 0,3мкг/л.
Источником загрязнения окружающей среды соединениями ртути несколько:
- производство ртути (добыча, обогащение, получение, вторичной ртути, очистка);
- использование металлической ртути (электролитическое производство едкого натра и хлора, стоматология, электротехника, фармацевтическая промышленность, приборостроение, военная промышленность);
- использование соединений ртути (сельское хозяйство, производство красок, электротехника, изготовление зеркал, лампы дневного света, извлечение цинка, меди, свинца, полимерные материалы).
Мировое производство ртути составляет около 100 тыс.т в год, при этом потери ртути за всё время существования развитой промышленности составили около 1 млн.т. При сгорании угля, нефти и газа, а также при переработке минерального сырья в окружающую среду ежегодно попадает около 15 тыс.т. ртути. Работающая на угле электростанция мощностью 700МВт ежедневно выбрасывает в атмосферу 2,5кг ртути. Вследствие действия естественных геохимических процессов – выветривание горных пород, наземной и вулканической деятельности – высвобождается и поступает в атмосферу около 3 тыс. т. ртути в год.
Ещё один путь тотального загрязнения среды ртутью – это сброс сточных вод некоторыми промышленными предприятиями.
Повышение концентрации ртути в воздухе до 0,2- 1 мг/м вызывает у людей головную боль, провоцирует стоматит, нарушение органов пищеварения и печени, приводит к развитию анемии, повышению утомляемости. При концентрации выше 1 мг/м ртуть вызывает поражения нервной системы, увеличение щитовидной железы, снижение содержания гемоглобина; иногда стимулирует развитие туберкулёза и лейкопении.
При острой интоксикации ртутью наблюдаются серьёзные нервно-психические нарушения со слуховыми и обонятельными галлюцинациями и бредовыми идеями.
КАДМИЙ (Cd).
ПДК в атмосферном воздухе для оксидов кадмия составляет 0,001 мг/м, а в воздухе рабочей зоны – 0,1мг /м, в воде – 0,001мг/л, допустимая предельная доля кадмия в пищевых продуктах составляет 0,4-0,5 мг еженедельно.
Около 5% кадмия попадает в окружающую среду при сгорании и переработке металлов, его содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется для прочности, а также кадмиевых красителей.
Интоксикация кадмием вызывает головокружение, слабость, тошноту, желудочные боли, развития трахеита, бронхита, отёка лёгких, поражение печени, почек, сердца, нервной системы. Кадий способен стимулировать развитие практически всех форм рака.
Следует отметить, что кадмий повышает кровяное давление.
В организме человека кадмий накапливается в почках(33%), печени(14%), лёгких(2%), а также в костях, мозге, мышцах и коже.
ТАЛЛИЙ (Tl).
Основным источником таллия являются выбросы автотранспорта. Обследования детей, проживающих в г. Силламаэ в Эстонии и в г. Черновцы (на Украине), у которых выпадали волосы и появлялись галлюцинации, показали, что основной причиной этих массовых заболеваний был таллий.
ОЛОВО (Sn).
ПДК для хлорида олова в атмосферном воздухе – 0,05 мг/м, в воздухе рабочей зоны – 0,5 мг/м; в продуктах, законсервированных в жестяной таре, 100-200 мг/кг. Повышение концентрации олова в воздухе приводит к пневмокониозу. При перроральном попадании в организм человека появляется вялость, нарушение дыхания, некроз печени, нарушается или исчезает реакция на звук и механические раздражения. Органические соединения олова могут привести к нарушению обмена фосфора и развитию патологии нервной системы.
ВАНАДИЙ (V).
ПДК ванадия в дымах составляет 0,1 мг/м, в пыли – 0,5 мг/м.
Основным источником поступления в атмосферу ванадия являются отходы от сжигания бензина и других нефтепродуктах.
При интоксикации у людей сначала возникает острая аллергическая реакция – насморк, слезотечение, сухость в горле, приводящая к бронхиальной астме. На втором этапе отравления развиваются заболевания крови, наблюдаются нарушения психики, возникают экземы. Ванадий нарушает процессы кроветворения; концентрируется в основном в печени, почках и костях.
Соединения ванадия воздействуют на организм человека преимущественно ингаляционным путём.
АЛЮМИНИЙ(Al).
Многие годы считалось, что алюминий является одним из самых токсичных металлов. Однако в последнее время отмечено отрицательное влияние больших концентраций алюминия в питьевой воде на людей с хроническими заболеваниями.
Алюминий попадает в организм с пищевыми продуктами, хранимыми или приготовляемыми в алюминиевой посуде; с питьевой водой, обрабатываемой сульфатом алюминия, и с лекарствами, содержащими алюминий, в частности с препаратами, нейтрализующими повышенную кислотность желудочного сока. Избыток алюминия снижает содержание щелочной фосфатазы в кишечнике, кислотной фосфатазы и АТФ в сыворотке крови, что вызывает нарушение общих обменных процессов. ПДК алюминия в воде составляет 0,5 мг/л.
В производствах, где используется алюминий, его ПДК составляет 2мг/м. Увеличение концентрации его в воздухе в 2 раза вызывает у рабочих сильную утомляемость, одышку, боли в желудке, проявляются хрипы в лёгких. При превышении ПДК в пять раз развивается бронхиальная астма, лимфоцитоз, неврологические расстройства, экземы.
МЕДЬ (Cu).
ПДК для соединений меди в атмосферном воздухе – 0,001-0,002 мг/м, меди в воздухе рабочей зоны – 1 мг/м. В пищевых продуктах допускается соединение меди до 5 мг/м во фруктах, до 0,5 мг/м в животных жирах, до 30 мг/кг – в соевом белке. За последнее десятилетие во всем мире только за счёт потерь цветных металлов до поступления руды в металлургический передел в окружающей среде было рассеяно около 600 тыс. т меди.
Увеличение концентрации меди в воздухе до 0,14-0,22 мг/м вызывает раздражение слизистых оболочек, головную боль, боли в мышцах, повышение температуры, бронхит; при длительном воздействии – поражения желудочно-кишечного тракта, расстройство нервной системы, нарушения функций печени и почек. При повышении концентрации меди до 3,7-9,4 мг/м у человека появляется снижение иммунологической реактивности
Попадание в пищеварительный тракт человека свыше 3 мг/л меди вызывает тошноту, боли в желудке, желтуху, анемию, разрушение эритроцитов, дальнейшее увеличение концентрации меди может привести к гастроэнтериту.
ХРОМ (Cr).
ПДК в воздухе хрома составляет 0,01 мг/м. Основной источник поступления хрома в окружающую среду – это добывающие и перерабатывающие предприятия.
Непосредственный контакт человека с хромом возможен также в самых различных отраслях народного хозяйства, широко использующих хромовые соединения; металлургии, машиностроении, нефтеперерабатывающей, текстильной, лакокрасочной, кожевенной промышленности, а также в сельском хозяйстве.
При концентрации хрома в воздухе выше 0,025 мг/м возникают глубокие поражения дыхательных путей, рак лёгких, снижение чувствительности роговицы глаза, поражение желудочно-кишечного тракта, развитие гастрита и язвенных болезней. Особенно токсичен шестивалентный хром, соединения которого вызывают изъявления кистей рук, лица и век, серьёзные поражения центральной нервной системы.
Обычно хром накапливается в печени, лёгочной ткани, поджелудочной железе и костном мозге.
БЕРИЛЛИЙ (Be).
ПДК бериллия в воздухе составляет 0,001 мг/м, в воде – 0,0002 мг/л.
Загрязнение воздуха, воды и почв бериллием происходит за счет обогащенных этим элементов отходов производства при недостаточной эффективности очистных сооружений, а также с золой ископаемых углей.
При сжигании различного топлива в атмосферу ежегодно попадает около 8 тыс. т этого металла. Общий выброс за счёт растворения в природных водах и в результате процессов выветривания составляет около 6 тыс. т. в год. Ещё один существенный источник загрязнения бериллием окружающей среды – выбросы предприятий атомной энергетики. Особенно вредные последствия имеет загрязнение бериллием почв, поскольку растения, в том числе и злаковые, интенсивно его поглощают в кислотной или нейтральной среде.
Увеличение концентрации этого металла вызывает нарушения функций дыхания и сердечно-сосудистой системы. Он может вызвать резкую иммунную реакцию типа аллергической. При его попадании на кожу образуются язвы.
|
|
|
