Влияние токсичных микроэлементов на здоровье человека

       Министерство  образования и науки Республики Казахстан 

       Северо-Казахстанский  государственный университет им. М. Козыбаева 

       Кафедра органической химии и химии ВМС 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       РЕФЕРАТ

       На  тему: «Влияние токсичных микроэлементов на здоровье человека» 

       По  специальности 5В011600 – «География» 
 
 
 
 

Выполнил                                                                                    О. А. Симчич 

Проверил                                                                                     И. В. Голодова 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Петропавловск, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                  3

1. Краткая характеристика токсичных микроэлементов                                        4

2. Кадмий                                                                                                                      5

3. Свинец                                                                                                                      8

4. Ртуть                                                                                                                        13

5. Алюминий                                                                                                              16

6. Барий                                                                                                                      18

Заключение                                                                                                                 19

Список литературы                                                                                                    20                                                                                                                          
ВВЕДЕНИЕ 

     В результате научно-технической революции возросли и расширились взаимосвязи между населением и окружающей средой. Хозяйственная деятельность человека, особенно в последние десятилетия, привела к загрязнению окружающей среды отходами производства. Воздушный бассейн и воды содержат загрязняющие вещества, концентрация которых часто превышают предельно допустимую, что негативно отражается на здоровье населения. Загрязнение может оказывать разнообразное воздействие на организм и зависит от его вида, концентрации, длительности и периодичности воздействия.

     В свою очередь реакция организма  определяется индивидуальными особенностями, возрастом, полом, состоянием здоровья человека.

     Актуальность  проблемы определила цель данной работы - выявить группу токсических опасных  химических веществ, рассмотреть механизм их воздействия на человека и установить связь с заболеваемостью населения.

      1. Краткая характеристика токсичных микроэлементов 

     К общеизвестным токсичным микроэлементам относятся ртуть, свинец, фтор, кадмий, бериллий, мышьяк, хром и, как выяснилось в последние годы, алюминий. Специалисты по геохимическим загрязнениям техногенного происхождения |выделяют четыре основные группы химических элементов, которые различаются по типам создаваемой ими нагрузки на окружающую среду за счет выпадения из атмосферы и характеру формируемых аномалий.

     1. Элементы с невысокими содержаниями  в выпадениях, создающие повышенную  нагрузку на воздушный бассейн. Химических аномалий в почвах они не образуют. Сюда входят преимущественно так называемые литофильные элементы (титан, барий, цирконий, ниобий). Экологическая токсичность этой группы элементов невелика.

     2. Элементы с невысокими средними  содержаниями в выпадениях, но с отдельными (локальными) участками высоких и очень высоких (экстремальных) концентраций, которые создают очень большие нагрузки на воздушный бассейн и сравнительно небольшие по размеру аномалии в почвах. Сюда входят: стронций, серебро, кобальт, висмут, хром, ванадий, бериллий, литий, олово. Для некоторых из этих элементов характерны токсические эффекты даже при невысоких концентрациях.

     3. Элементы с высокими средними  концентрациями в выпадениях, сравнительно равномерно распределенными по территории урбанизированных зон. Участки с экстремальными содержаниями микроэлементов нехарактерны. Эти элементы формируют повышенную общую нагрузку на воздушный бассейн и обширные аномалии в почвах. Сюда входят свинец, сурьма, частично медь. Из них особо следует отметить свинец—элемент транс портных выбросов и один из опаснейших загрязнителей окружающей среды городов (входит в первый класс опасности по гигиеническим оценкам).

     4. Элементы с высокими средними концентрациями в выпадениях, на фоне которых распространены участки с очень высокими и даже экстремальными значениями. Эти элементы создают обширные аномальные поля и локальные экстремально-аномальные центры. К ним могут быть отнесены ртуть, молибден, цинк, никель, вероятно, кадмий. Из этих элементов наиболее опасны ртуть и кадмий.

     В 1978 г. Г. И. Сидоренко выдвинул концепцию  о максимально допустимой нагрузке на население с учетом всех факторов окружающей среды. В этих исследованиях широко изучается содержание химических элементов в диагностических биосубстратах человека (кровь, моча, слюна, желчь, волосы, ногти, зубы), а также в «критических» органах (печень, почки, костная ткань и др.). Эти показатели используются в качестве необходимых сведений о рекомендуемых и допустимых уровнях некоторых химических элементов.

      2. Кадмий

     Кадмий, цинк и медь являются наиболее важными  металлами при изучении проблемы загрязнений, так они широко распространены в мире и обладают токсичными свойствами. Кадмий и цинк (так же как свинец и ртуть) обнаружены в основном в сульфидных осадках. В результате атмосферных процессов эти элементы легко попадают в океаны. В почвах содержится приблизительно 4,5х10 -⁴ %. Растительность содержит различное количество обоих элементов, но содержание цинка в золе растений относительно высоко -0,14;, так как этот элемент играет существенную роль в питании растений.

     Около 1 млн. кг кадмия попадает в атмосферу ежегодно в результате деятельности заводов по его выплавке, что составляет около 45 % общего загрязнения этим элементом. 52 % загрязнений попадают в результате сжигания или переработки изделий, содержащих кадмий. Кадмий обладает относительно высокой летучестью, поэтому он легко проникает в атмосферу.

Попадание кадмия в природные воды происходит в результате применения его в  гальванических процессах и техники. Наиболее серьёзные источники загрязнения  воды цинком - заводы по выплавке цинка и гальванические производства.

     Потенциальным источником загрязнением кадмием являются удобрения. При этом кадмий внедряется в растения, употребляемые человеком  в пищу, и в конце цепочки  переходят в организм человека. Кадмий и цинк легко проникают в морскую воду и океан через сеть поверхностных и грунтовых вод.

Кадмий  накапливается в определённых органах  животных (особенно в печени и в  почках).

     Кадмий  и его соединения относятся к I классу опасности. Он проникает в  человеческий организм в течение продолжительного периода. Вдыхание воздуха в течение 8 часов при концентрации кадмия 5 мг/м³ может привести к смерти.

     При хроническом отравлении кадмием  в моче появляется белок, повышается кровяное давление.

     При исследовании присутствия кадмия в  продуктах питания было выявлено, что выделения человеческого организма редко содержат столько же кадмия, сколько было поглощено. Единого мирового мнения относительно приемлемого безопасного содержания кадмия в пище сейчас нет.

     Одним их эффективных путей предотвращения поступления кадмия в виде загрязнений состоит в введении контроля за содержанием этого металла в выбросах плавильных заводов и других промышленных предприятий.

Почки и кости являются целевыми органами, подвергающимися наибольшему воздействию  окружающей среды. В число основных видов критического воздействия входят:

     a) повышенное содержание белков  с низким молекулярным весом  в моче в результате повреждения  проксимальных тубулярных клеток  и

     b) увеличение опасности остеопороза.

     Сообщалось  также о повышенной опасности рака легких в результате воздействия через дыхательные пути в ходе осуществления профессиональной деятельности.

     Запас безопасности между содержанием  кадмия в суточном рационе, который  не оказывает какого-либо воздействия, и содержанием, которое может привести к возникновению последствий, является весьма малым, а для групп населения, подверженных высокому уровню воздействия, - практически нулевым. В группы населения, подверженные риску, входят престарелые лица, диабетики и курильщики. Женщины могут быть подвержены более высокой опасности ввиду того, что с учетом более низкого содержания железа в их организмах они поглощают по сравнению с мужчинами более значительные объемы кадмия при одинаковом уровне воздействия.

     Пища  является основным источников воздействия кадмия на все группы населения (более чем 90% общего объема поступления в организмы некурящих). В сильно загрязненных районах пыль, содержащаяся в окружающем воздухе, может в значительной степени загрязнять сельскохозяйственные культуры и оказывать воздействие через дыхательные и пищеварительные тракты.

     Ежегодные объемы поступления кадмия в верхние  слои почвы в результате ТЗВБР  и в связи с использованием минеральных и органических удобрений  имеют приблизительно одинаковый порядок  величины. Это поступление увеличивает уже имеющиеся и нередко относительно значительные объемы кадмия, содержащиеся в верхних слоях почвы.

Несмотря  на сокращение выбросов кадмия, его  концентраций в окружающем воздухе  и уровней его осаждения, недавно  опубликованные данные не свидетельствуют об уменьшении содержания кадмия в организмах некурящих в течение последнего десятилетия. Результаты исследований баланса кадмия в верхних слоях пахотной почвы свидетельствуют о том, что поступление кадмия по-прежнему превышает его удаление.

Кадмий  накапливается в почвах и водосборных  бассейнах при определенных условиях состояния окружающей среды и  тем самым увеличивает риск будущего воздействия через пищевые продукты. В этой связи с учетом малого запаса безопасности следует приложить все силы для дальнейшего сокращения атмосферных выбросов кадмия и других видов поступления кадмия в почву.

Разговор  о кадмии должен быть особым. Л.Г. Бондарев приводит тревожные данные шведского исследователя М. Пискатора о том, что разница между содержанием этого вещества в организме современных подростков и критической величиной, когда придется считаться с нарушениями функции почек, болезнями легких и костей, оказывается очень малой. Особенно у курильщиков. Табак во время своего роста очень активно и в больших количествах аккумулирует кадмий: его концентрация в сухих листьях в тысячи раз выше средних значений для биомассы наземной растительности. Поэтому с каждой затяжкой дымом вместе с такими вредными веществами, как никотин и окись углерода, в организм поступает и кадмий. В одной сигарете содержится от 1,2 до 2,5 мкг этого яда. Мировое производство табака, по данным Л.Г. Бондарева, составляет примерно 5,7 млн. т в год. Одна сигарета содержит около 1 г табака. Следовательно, при выкуривании всех сигарет, папирос и трубок в мире в окружающую среду выделяется от 5,7 до 11,4 т кадмия, попадая не только в легкие курильщиков, но и в легкие некурящих людей.

Заканчивая  краткую справку о кадмии, необходимо отметить еще и то, что это вещество повышает кровяное давление. Относительно большее количество кровоизлияний в мозг в Японии, по сравнению с другими странами, закономерно связывают в том числе и с кадмиевым загрязнением, которое в Стране восходящего солнца является очень высоким.

      3. Свинец

     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. Острые свинцовые отравления встречаются редко. Их симптомы - слюнотечение, рвота, кишечные колики, острая форма отказа почек, поражение мозга. В тяжёлых случаях - смерть через несколько дней.

     Ранние  симптомы отравления свинцом проявляются  в виде повышенной возбудимости, депрессии и раздражительности. При отравлении органическими соединениями свинца его повышенное содержание обнаруживают в крови.

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 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 мг свинца и его концентрация в крови и в тканях составляет до 25 мг/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”.

     При хроническом сатурнизме характерно появление кислотоустойчивых внутриядерных включений в эпителиальных клетках проксимальных канальцах нефрона. Эти включения содержат магний, кальций, свинец и протеины. Каково бы ни было их происхождение, выявление этих включений является важным морфологическим признаком сатурнизма. У некоторых больных может наблюдаться развитие хронического тубуло-интерстициального нефрита и хронической почечной недостаточности.

     Интоксикация  свинцом может быть, по большей  части предупреждена, особенно у  детей. Законы запрещают использовать краски на основе свинца, равно как и его присутствие в них. Соблюдение этих законов может хоть частично решить проблему этих “тихих эпидемий”.

Свинец  является металлом, оказывающим хорошо известное нейротоксическое воздействие. Нарушение процесса развития нервной  системы детей является наиболее важным воздействием свинца. Эти нарушения могут объясняться его воздействием на эмбрионы, а также в период грудного вскармливания и в раннем детском возрасте.

     Свинец  накапливается в скелете, и его  поступление из костей в период беременности и грудного кормления вызывает воздействие на эмбрионы и детей, вскармливаемых грудью. В этой связи важное значение имеет воздействие свинца на организм женщин до беременности.

В последние  десятилетия во многих районах отмечено значительное сокращение уровней Pb-B, главным образом, в результате постепенного прекращения использования этилированного бензина, а также в связи с уменьшением воздействия других источников. Существующий в настоящее время самый низкий средний уровень Pb-B в ряде европейских стран составляет около 20 мкг/л; однако в отношении многих районов

Европы  отсутствует надежная информация об уровнях Pb-B.

Относительный вклад источников зависит от местных  условий. Пища является доминирующим источником поступления свинца в организм человека во всех группах населения. Важным источником поступления свинца в организм младенцев и детей младшего возраста может быть также попадание в организм через их руки пищи, содержащей частицы загрязненной почвы, пыли и свинцовой (старой) краски. При использовании водопроводных систем со свинцовыми трубами поступление свинца в организм через питьевую воду может быть также важным источником, в особенности для детей. Воздействие свинца в результате вдыхания может быть также значительным в тех случаях, когда концентрации свинца в окружающем воздухе являются высокими.

     В последние десятилетия концентрации свинца в окружающем воздухе сократились: в период 1990-2003 годов уровни содержания свинца в воздухе сократились  на 50-70% в Европе. Аналогичным образом сократились уровни атмосферного осаждения.

     Ежегодные объемы поступления свинца в верхние  слои почвы в результате ТЗВБР  и в связи с использованием минеральных и органических удобрений  имеют практически одинаковый порядок  величины и изменяются между странами, а также в зависимости от объема сельскохозяйственной деятельности. Это поступление является относительно небольшим в сравнении с уже накопленными запасами свинца, поступающими из природных источников и в результате ресуспендирования. Однако ТЗВБР может в значительной степени повышать содержание свинца в сельскохозяйственных культурах в результате непосредственного осаждения. Хотя объемы его поглощения через корни растений являются относительно небольшими, в долгосрочной перспективе особую озабоченность вызывает рост концентраций свинца в почве, которому следует препятствовать ввиду возможной опасности воздействия низких концентраций свинца на здоровье человека. Поэтому объемы атмосферных выбросов свинца следует поддерживать на максимально возможном низком уровне.

     Содержание  свинца в магматических породах  позволяет отнести его к категории  редких металлов. Он концентрируется  в сульфидных породах, которые встречаются  во многих местах в мире. Свинец легко  выделить путем выплавки из руды. В природном состоянии он обнаруживается в основном в виде галенита (РbS).

     Свинец, содержащийся в земной коре, может  вымываться под воздействием атмосферных  процессов, переходя постепенно в океаны. Ионы Рb ²⁺довольно нестабильны, и содержание свинца в ионной форме составляет всего 10 -⁸ %. Однако он накапливается в океанских осадках в виде сульфитов или сульфатов. В пресной воде содержание свинца гораздо выше и может достигать 2 х 10 -⁶ %, а в почве примерно такое же количество, что и в земной коре (1,5 х 10 -³ %) из-за нестабильности этого элемента в геохимическом цикле.

     Свинцовые руды содержат 2-20 % свинца. Концентрат, получаемый флотационным способом, содержит 60-80 % Рb. Его нагревают для удаления серы и выплавляют свинец. Такие  первичные процессы крупномасштабны. Если же для получения свинца используют отходы, процессы выплавки называют вторичными. Ежегодное мировое потребление свинца составляет более 3 млн. т, из них 40 % используют для производства аккумуляторных батарей, 20% -для производства алкила свинца - присадки к бензину, 12% применяют в строительстве, 28 % для других целей.

Ежегодно  в мире в результате воздействия  атмосферных процессов мигрирует  около 180 тыс. т свинца. При добыче и переработке свинцовых руд  теряется более 20 % свинца. Даже на этих стадиях выделение свинца в среду обитания равно его количеству, попадающему в окружающую среду в результате воздействия на магматические породы атмосферных процессов.

Наиболее  серьезным источником загрязнения  среды обитания организмов свинцом  являются выхлопы автомобильных двигателей. Антидетонатор тетраметил - или тетраэтилсвинеп - прибавляют к большинству бензинов, начиная с 1923 г., в количестве около 80 мг/л. При движении автомобиля от 25 до 75% этого свинца в зависимости от условий движения выбрасывается в атмосферу. Основная его масса осаждается на землю, но и в воздухе остается заметная ее часть.

     Свинцовая пыль не только покрывает обочины  шоссейных дорог и почву внутри и вокруг промышленных городов, она  найдена и во льду Северной Гренландии, причем в 1756 г. содержание свинца во льду составляло 20 мкг/т, в 1860 г. уже 50 мкг/т, а в 1965 г. - 210 мкг/т.

     Активными источниками загрязнения свинцом  являются электростанции и бытовые  печи, работающие на угле.

Источниками загрязнения свинцом в быту могут быть глиняная посуда, покрытая глазурью; свинец, содержащийся в красящих пигментах.

     Свинец  не является жизненно необходимым элементом. Он токсичен и относится к I классу опасности. Неорганические его соединения нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов (подобно большинству тяжелых металлов). Одним из наиболее коварных последствий действия неорганических соединений свинца считается его способность заменять кальций в костях и быть постоянным источником отравления в течение длительного времени. Биологический период полураспада свинца в костях - около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30-40 лет у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинца, составляет 80-200 мг.

     Органические  соединение свинца считаются ещё более токсичными, чем неорганические.

     Вдыхаемая пыль примерно на 30-35 % задерживается  в легких, значительная доля её всасывается  потоком крови. Всасывания в желудочно-кишечном тракте составляют в целом 5-10 %, у  детей - 50 %. Дефицит кальция и витамина Д усиливает всасывание свинца.

     Вследствие  глобального загрязнения окружающей среды свинцом он стал вездесущим компонентом любой пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.

      4. Ртуть 

     Кроме свинца наиболее полно по сравнению с другими микроэлементами изучена ртуть. 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.

     Несколько лет тому назад в г. Минимата (Японии) была зарегистрирована эпидемия отравления ртутью. Ртуть была обнаружена в консервированном тунце, который в качестве пищи употребляли жертвы этого отравления. Выяснилось, что один из заводов сбрасывал в Японское море отходы ртути как раз в том районе, откуда появились отравленные люди. Поскольку ртуть использовалась в краске для судов, ее и раннее постоянно обнаруживали в мировом Океане в небольших количествах. Однако японская трагедия позволила привлечь внимание общественности к этой проблеме. Маленькие дозы, которые и сейчас обнаруживаются в рыбе, в расчет не принимались, так как в маленьких концентрациях ртуть не аккумулируется. Она выделяется через почки, толстую кишку, желчь, пот и слюну. Между тем ежедневное поступление этих доз может иметь токсические последствия.