Вредное воздействие тяжелых металлов на организм человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Свойства тяжелых металлов, их поведение в организме человека

2. Формы загрязнения пищевых продуктов тяжелыми и редкими металлами

3. Методы определения тяжелых и редких металлов

4. Тесты

1. Свойства тяжелых металлов, их поведение в организме человека

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами.

На сегодняшний день к числу токсичных относят кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны: ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.

При кажущейся ясности понятия "тяжелые металлы" его значение следует определить более четко из-за встречающихся в литературе неоднозначных оценок. Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность. В современной цветной металлургии различают тяжелые цветные металлы - плотность 7,14-21,4 г/см3 (цинк, олово, медь, свинец, хром и др.) и легкие цветные металлы - плотность 0,53-3,5 г/см3 (литий, бериллий и др.).

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин "тяжелые элементы", но в данной публикации мы будем пользоваться общепринятым в литературе термином "тяжелые металлы".

Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Кобальт. Малая концентрация кобальта в организме приводит к анемии, эндемическому зобу, недостаточному синтезу или отсутствию витамина В12. При высокой концентрации угнетается выработка витамина В12.

Медь. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной системы, а избыток меди поражает печень, вызывая желтуху. Цинк - «двуликий Янус». Он стимулирует деление клеток и заживление пораженных тканей, но в то же время способствует и образованию раковых клеток.

Сердечно-сосудистые заболевания могут развиваться из-за нарушения равновесия микроэлементов в организме. Цинк, магний, хром, ванадий снижают уровень холестерина в крови, кадмий повышает кровяное давление, а недостаток меди сказывается на эластичности сосудов.

Кадмий - бомба замедленного действия. В окружающую среду рассеивается вместе с суперфосфатом и фунгицидами. Он - спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. В атмосферу кадмий попадает при сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в составе красителей. В организме человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь «итай-итай». Это искривление и деформация костей, сопровождающиеся сильными болями, необычайная хрупкость и ломкость костей. Кадмий повышает кровяное давление и обладает канцерогенными свойствами. В течение жизни его содержание в почках может увеличиваться в 100-1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят курильщики. Курение приводит к нарушению функций почек, болезням легких и костей. К несчастью, растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Одна сигарета содержит 1,2-2,5 мкг кадмия, в организм с ней попадает 0,1-0,2 мкг.

Ртуть. В книге Гарсиласо де ла Вего есть строки: «Короли инков знали о ртути и восхищались ее подвижностью и движением, однако они не знали, что можно из нее и с ее помощью делать. Они не нашли полезного применения ей в своих службах, скорее они почувствовали, что ртуть причиняет вред жизни тех, кто ее добывал и занимался ею, ибо они видели, что она вызывала у них дрожь и потерю сознания. По этой причине... они запретили законом добывать и вспоминать о ней; и индейцы выполнили это столь усердно, что даже имя ее было стерто в их памяти и исчезло из языка». Ртутной интоксикации подвергались не только те, кто пребывал в вечной и бесплодной погоне за призрачным золотом, но и мастера, имеющие дело с золотом реальным, например, при огневом способе золочения церковных куполов и дворцовых шпилей. Подготовленные для сборки кровли медные листы покрывали тонким слоем раствора золота в ртути и затем медленно подогревали на жаровнях с раскаленными угольями. Ртуть отгонялась, а золото осаждалось на листах. Именно таким способом золотили кресты и купол Исаакиевского собора. Золочение было трехкратным. Оно проводилось на открытом воздухе, но, несмотря на это, ядовитыми испарениями ртути отравилось несколько десятков рабочих. При вдыхание паров ртути она концентрируется в мозге. Возникают нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, а также снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность.

В 1953 г. более ста жителей японского городка заболели странной болезнью. У них появились конвульсии, судороги сводили мышцы. Наиболее тяжелые случаи заканчивались полной слепотой, параличом, безумием, смертью. Оказалоcь, что они употребляли в пищу морскую рыбу, которая была напичкана ртутью, сбрасываемой химическим предприятием (ртуть в основном накапливается в голове рыбы).

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. Любители статистики подсчитали, что в США ежегодно в процессе использования теряется 60 т ртути.

Мировое производство ртути - 10 тыс. т в год. Ртуть также выделяется в атмосферу при выплавке руд цветных металлов, производстве цемента и сжигании угля.

К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц.

Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Группа "тяжелых металлов" во многом совпадает с понятием "микроэлементы". Отсюда свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий являются тяжелыми металлами.

Тяжелые металлы, попадая в наш организм, остаются там навсегда, вывести их можно только с помощью белков молока и белых грибов. Достигая определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие - вызывают отравления, мутации. Кроме того, что сами они отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его - ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки - за их выведение наружу. Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, движение транспорта, деятельность сельского хозяйства).

Часть техногенных выбросов, поступающих в природную среду в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и вызывает глобальное загрязнение.

Другая часть поступает в бессточные водоемы, где тяжелые металлы накапливаются и становятся источником вторичного загрязнения, т.е. образования опасных загрязнений в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в среде (например, образование из нетоксичных веществ ядовитого газа фосгена).

Тяжелые металлы накапливаются в почве, особенно в верхних гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции - выдувании почв. Период полуудаления или удаления половины от начальной концентрации составляет продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет, для кадмия - от 13 до 110 лет, для меди - от 310 до 1500 лет и для свинца - от 740 до 5900 лет. В гумусовой части почвы происходит первичная трансформация попавших в нее соединений.

Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит в значительной степени в виде органо-минеральной составляющей. Часть органических соединений, с которыми связываются металлы, представлена продуктами микробиологической деятельности. Ртуть характеризуется способностью аккумулироваться в звеньях «пищевой цепи». Микроорганизмы почвы могут давать устойчивые к ртути популяции, которые превращают металлическую ртуть в токсические для высших организмов вещества. Некоторые водоросли, грибы и бактерии способны аккумулировать ртуть в клетках.

Ртуть, свинец, кадмий входят в общий перечень наиболее важных загрязняющих веществ окружающей среды, согласованный странами, входящими в ООН.

2. Формы загрязнения пищевых продуктов тяжелыми и редкими металлами

токсичный металл пищевой продукт

Организм человека испытывает влияние факторов окружающей среды, причем загрязнение воздуха, водоемов, почв и растений представляет большую опасность для здоровья. В деле создания благоприятных условий для жизни и здоровья населения определенную роль должны сыграть санитарно-гигиенические нормативы и критерии. Так, для санитарной оценки степени загрязнения окружающей среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК). Есть несколько видов ПДК.

Предельно допустимые концентрации загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКр, мг/м3) -- концентрация вредного вещества в воздухе, не вызывающая у человека при ежедневном вдыхании в течение 8 ч или при другой продолжительности (не более 41 ч в неделю) в течение рабочего стажа заболеваний, отклонений в состоянии здоровья.

Предельно допустимая среднесуточная концентрация загрязняющего (вредного) вещества в воздухе населенных мест (ПДКсс, мг/м3) -- концентрация в воздухе населенных пунктов, не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании.

Предельно допустимая максимальная разовая концентрация загрязняющего (вредного) вещества в воздухе населенных мест (ПДК, р., мг/м3) -- концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека.

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ, мг/м3) -- максимально допустимые количества загрязняющих веществ, выделяемых источниками загрязнения в единицу времени, установленные с учетом, что они не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для человека, растений и животных.

В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие, добывающие свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и др. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.

Отравление свинцом (сатурнизм) - представляет собой пример наиболее частого заболевания, обусловленного воздействием окружающей среды. В большинстве случаев речь идет о поглощении малых доз и накопление их в организме, пока его концентрация не достигнет критического уровня необходимого для токсического проявления.

Существует острая и хроническая форма болезни. Острая форма возникает при попадании значительных его доз через желудочно-кишечный тракт или при вдыхании паров свинца, или при распылении свинцовых красок. Хроническое отравление наиболее часто возникает у детей, лижущих поверхность предметов, окрашенных свинцовой краской. Дети в отличие от взрослых гораздо легче абсорбируют свинец. Хроническое отравление может развиваться при использовании плохо обожженной керамической посуды, покрытой эмалью, содержащей свинец, при употреблении зараженной воды, особенно в старых домах, где канализационные трубы содержат свинец, при злоупотреблении алкоголем, изготовленным в перегонном аппарате, содержащим свинец. Проблема хронической интоксикации связана также с наличием паров свинца при применении тетраэтилсвинца при ожогах в качестве антишокового препарата.

Выбросы газа отравляют не только атмосферу, но и почву, и воду, и продукты питания. Только в Северной Америке такие выбросы в атмосферу составляют 200 тыс. тон свинца ежегодно. Отравление атмосферы повсеместно и в среднем взрослый человек получает примерно от 150 до 400 мгр свинца и его концентрация в крови и в тканях составляет до 25 мгр/100 мл. Для возникновения клинических признаков болезни необходимо около 80 мгр/100 мл.

Попадая оральным путем, свинец абсорбируется в кишечнике и достигает печени, откуда с желчью вновь попадает в 12-ти перстную кишку. Одна часть свинца реабсорбируется, другая удаляется с испражнениями. Если свинец попадает через дыхательные пути, он быстро достигает кровотока и тогда его действие максимально. Из крови свинец экскретируется почками, часть его депонируется в костях. 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 сатурнизм.

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. В капиллярах и артериолах отмечается пролиферация эндотелиоцитов. Мозговые поражения клинически сопровождаются конвульсиями и бредом, иногда приводят к сонливости и коме. Из периферических нервов чаще всего поражаются наиболее “активные” двигательные нервы мышц. Морфологически наблюдается их демиэлинизация с последующим повреждением осевых цилиндров. Тяжелее всего страдают мышцы - разгибатели кисти, которая приобретает вид “рогов оленя”. Паралич m. peroneus приводит к положению “согнутой ноги”.

Отравление ртутью, основные его проявления в качестве профессиональной болезни, описанные Льюисом Кэроллом как “безумие шляпника” и до настоящего времени остаются классическими. Раньше этот металл иногда применялся для серебрения зеркал и производства фетровых шляп. У рабочих часто наблюдались психические нарушения токсического характера, называвшиеся “безумием”. Хлористая ртуть когда-то “популярная” среди самоубийц до сих пор используется в фотогравюрах. Она также применяется в некоторых инсектицидах и фугицидах, что представляет опасность для жилых помещений. В наши дни отравления ртутью редки, но, тем не менее, эта проблема заслуживает внимания.

Питание - один из важнейших факторов, определяющий здоровье человека. Положение «здоровье есть функция питания» является базовым для современного человеческого общества.

Резкое ухудшение экологической ситуации практически во всех регионах мира, связанное с антропогенной деятельностью человека, повлияло на качественный состав потребляемой пищи. С продуктами питания в организм человека поступает значительная часть «химических и биологических веществ. Они попадают, и накапливается в пищевых продуктах по ходу как биологической цепи, обеспечивающей обмен веществ между живыми организмами, с одной стороны, и воздухом, водой и почвой - с другой, так и пищевой цепи, включающей все этапы сельскохозяйственного и промышленного производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, а также их хранение, упаковку и маркировку. В связи с этим обеспечение безопасности и качества продовольственного сырья и пищевых продуктов является одной из основных задач современного человеческого общества, определяющих здоровье населения и сохранение его генофонда.

Безопасными для здоровья потребителя принято считать продукты, которые или не содержат совсем токсических веществ, представляющих опасность для здоровья людей нынешнего и будущего полпенни, или содержат их в количествах, допустимых санитарными нормами и гигиеническими нормативами.

Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов оценивают по количественному или качественному содержанию в Их антипитательных веществ микробиологической, химической и биологической природы. Известно, что многие пищевые продукты имеют способность аккумулировать из окружающей среды экологически вредные вещества - контаминанты и концентрировать их в опасных количествах.

С пищей растительного и животного происхождения в организм человека попадает из окружающей среды до 70% токсинов различной природы. Продолжает расти по сравнению с 60-ми годами уровень радионуклидов в продуктах питания. Загрязнение продуктов питания нитратами и продуктами их распада также возросло за последние 5 лет почти в 5 раз. До 10% проб исследованных пищевых продуктов содержали тяжелые металлы и половина из них - в дозах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК). По отдельным видам продукции этот показатель еще выше. Так, в 52% исследованных образцов сливочного масла содержались токсические вещества - медь, цинк, железо, свинец в дозах, превышающих ПДК.

Проблема недоброкачественного питания имеет общемировое значение. Так, по оценкам американских исследователей, в США негодно заболевают от употребления недоброкачественных продуктов до 33 млн. человек, при этом в 9 тыс. случаях болезнь заканчивается смертью.

тяжелый токсичный редкий металл

Рис. 1. Накопление контаминантов в пищевых продуктах по ходу биологических и пищевых цепей

3. Методы определения тяжелых и редких металлов

Снизить содержание тяжелых металлов в пищевой продукции без ухудшения ее пищевой ценности практически невозможно. Это связано с тем, что, например, в пищевом сырье, богатом белками, большая часть тяжелых металлов соединена с металлотионеином, образуя прочные белковые комплексы.

Должны использоваться для изготовления кровяных зельцев, колбас и других пищевых продуктов.

Тропными органами рыб являются внутренние органы, жабры, чешуя, кости. Условно-годная рыба должна разделываться на спинку, тешу или филе с удалением и технической утилизацией внутренних органов и головы.

Для растениеводческой продукции характерно накопление тяжелых металлов в стеблях, листьях, оболочке и зародыше злаков. По этой причине условно-годное зерно может использоваться только для производства муки высшего сорта, где предусматривается максимальное удаление оболочек.

Наиболее эффективное снижение содержания тяжелых металлов достигается при производстве рафинированной продукции из условно-годного пищевого сырья - крахмала, спирта, сахара, безбелковых жировых продуктов. Не рекомендуется использовать условно-годное сырье для получения пищевого пектина и желатина.

4. Тесты

1. Эубиотики это: биологически активные добавки.

2. Эти вещества позволяют улучшить органолептические показатели и значительно расширить ассортимент продукции называются - ароматические вещества.

3. Эти вещества способствуют образованию или сохранению гомогенной смеси 2-х или более несовместимых фаз в продуктах питания называются - эмульгаторы.

4. К этим веществам относят добавки, которые изменяют кислотность или щелочность пищевых продуктов - регуляторы кислотности и щелочности.

5. Эти вещества, способствуют поддержке физико-химического положения продуктов питания. Обеспечивают сохранность в них гомогенной дисперсии 2-х или более компонентов, которые не смешиваются - стабилизаторы.

6. Эти природные фенольные водорастворимые соединения, уменьшают поступление токсичных веществ, проявляют противомикробный и антигистаминный эффект - растительные масла.

7. Эти вещества, способны увеличивать срок хранения пищевых продуктов путем защиты их от микробиологического повреждения - консерванты.

8. Вещества, которые при нанесении на внешнюю поверхность продуктов питания, придают им блеск или защитное покрытие называются - воск, парафин.

9. Вещества, содержание которых определяется тысячными долями процента называются - микроэлементами.

10. По данным Мировой организации охраны здоровья, суточная норма нитратов на 1 кг от массы тела человека составляет: 4,5 мг.

11. При кулинарной обработке продуктов содержание нитратов уменьшается.

12. Пищевые источники углеводов имеют растительное происхождение.

13. Эти биологически активные добавки к пище оказывают нормализующее воздействие на состав и биологическую активность пищеварительного тракта - эубиотики.

14. Витамин А называется ретинолом.

15. Суточная потребность организма в жирах составляет в среднем: 50 г.

16. Для профилактики цинги необходимо употреблять: овощи и фрукты.

17. Радиоактивные вещества поступают в организм человека при - всех перечисленных факторах.

18. Эти БАДы способны повышать адаптационные возможности организма в экстремальных условиях - парафармацевтики.

19. Функциональная пища - это пищевые продукты, которые подвергаются обогащению или замене по составу нутриентов и БАВ.

20. Продукты, способные аккумулировать радионуклиды это - кисломолочные.

21. Один литр питьевой воды может содержать нитратов до - 45 мг.

22. К пищевым волокнам относят: целлюлозу, гемицеллюлозу и пектиновые вещества.

23. Большое количество жиров содержится в семенах: пшеницы.

24. При нехватке витамина Д развивается - рахит.

25. В желудке происходит частичное всасывание жиров.

26. Витамин Д содержится в большом количестве в рыбьем жире.

27. В каскаде реакций свертывания крови принимает участие витамин: Д.

28. Витамин В1 называется - тиамин.

29. Основная функция этого витамина - способствовать усвоению организмом кальция, регулировать фосфорно-кальциевый баланс: Витамин Д.

30. Витамин Д называется: кальциферол.

31. Токсичная доза нитратов для взрослых составляет: 600 мг.

32. Токсичная доза нитратов для младенцев составляет: 10 мг.

33. Клетчатка, которая содержится в овощах и плодах, поступление нитрозоаминов в кровь - задерживает.

34. Этот антибиотик используется не только в животноводстве, но и как консервант, для производства овощных консервов, при производстве дозревающих и плавленых сыров - низин.

35. Этот синтетический подсластитель способствует образованию опухолей, может стать канцерогенным в соединениях - цикламаты.

36. К натуральным подсластителям относят - сорбит.

37. Суточная норма употребления селена в Украине составляет - 0,5 мг.

38. К одним из многих веществ противорадиационной защиты относятся: все выше перечисленные.

39. Практически отсутствуют радиоактивные элементы в - крахмале, сахаре и рафинированном растительном масле.

40. Температура хранения овощей и плодов, при которой невозможно превращение нитратов в нитриты составляет - 2 ⁰ С.

41. Термин «функциональная пища» был введен впервые в оборот специалистами-нутрициологами - в Японии, в 80-х годах XX в.

Размещено на Allbest.ru