CC BY
9УДК 504.054:574.24
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
ИСАКОВА ДИЛНОЗА ТОШЕВНА
ассистент Узбекско-Финнского педагогического института
ХАФИЗОВА НИГИНА РАХМАТИЛЛОЕВНА
магистрант I года обучения, Институт биохимии Самаркандского государственного университета
АРОНБАЕВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ
д. х. н., профессор Института биохимии Самаркандского государственного университета им.Ш.Рашидова
АРОНБАЕВ ДМИТРИЙ МАРКИЭЛОВИЧ
к. х. н., доцент Института биохимии Самаркандского государственного университета
им.Ш.Рашидова Самарканд, Узбекистан
Аннотация: Данная статья посвящена вопросу влияния тяжелых металлов на организм человека. Приводятся источники загрязнения тяжелыми металлами и пути попадания их в организм человека. Подробно рассматривается влияние особо токсичных металлов: ртути, свинца, мышьяка, хрома и никеля. Помимо высокой токсичности эти элементы обладают способностью к биоаккумуляции, что позволяет отнести их к приоритетным загрязнителям окружаюшей среды. Содержание этих элементов не должно превышать 1 ppb, т.е. одной части на миллиард, что в свою очередь требует высокочувствительных методов аналитического контроля. Делается заключение о необходимости систематического проведения экологического и санитарно-гигиенического мониторинга загрязнения окружающей среды и изучение цепей миграции тяжелых металлов в биологических средах, характеризующие уровень антропогенной нагрузки и риск здоровью населения.
Ключевые слова: тяжелые металлы, окружающая среда, загрязнение, организм человека, влияние.
Введение
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами пагубно влияет на здоровье человека и в настоящее время стало глобальной проблемой. Широкое распространение тяжелых металлов является результатом, как природных явлений, так и деятельности человека. Тяжелые металлы, включая ртуть, мышьяк, свинец, хром, никель и железо, являются лишь несколькими примерами. Широкая распространенность этих потенциально опасных экотоксикантов создает серьезные риски для здоровья отдельных лиц и сообществ во всем мире [1, с.38-40].
В течение последних десятилетий ученые, законодатели и специалисты в области охраны окружающей среды и общественного здравоохранения уделяют все большее внимание масштабам отравления тяжелыми металлами и его последствиям. Тревожные цифры подчеркивают настоятельную необходимость решения этой проблемы. Например, по данным ВОЗ, около двух миллиардов человек во всем мире потребляют загрязненную воду [2,с.759-761], что подвергает их риску воздействия различных тяжелых металлов. Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) также сообщает, что почти 200 миллионам человек угрожает воздействие тяжелых металлов на рабочем месте.
Свинец, мышьяк, ртуть, кадмий, цинк, хром и никель — это лишь некоторые из тяжелых
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
металлов, которые могут содержаться в водопроводной воде и других источниках воды, включая грунтовые и поверхностные воды. Тяжелые металлы могут попадать в окружающую среду различными путями и оказывать даже опосредованное действие на живые организмы.
Особо токсичные металлы, как правило, обладают биоаккумулирующим действием, нарушающим метаболические процессы и усугубляющие токсикацию организма, приводя его к серьезным дисфункциям, а порой и к гибели [3, с.49-62; 4,с.49].
Тяжелые металлы попадают в организм человека вместе с вдыхаемым воздухом, перорально, контактом с кожей, что отражает естественные процессы жизнедеятельности и взаимодействие между людьми, включая промышленные процессы, добычу полезных ископаемых, строительство, сельское хозяйство и неправильное обращение с отходами способствуют загрязнению тяжелыми металлами.
Накопление тяжелых металлов в организме вредно для здоровья человека. Такие элементы, как кадмий, свинец, кобальт, никель и серебро, были связаны с нарушением роста клеток крови. Повреждение печени и почек, а также проблемы с системой кровообращения и передачей нервных импульсов - все это было связано с накоплением тяжелых металлов. Кроме того, некоторые виды рака связаны с воздействием определенных тяжелых металлов.
Целью настоящей работы является сбор и обобщение научной информации, связанной с влиянием тяжелых металлов на здоровье человека.
Обсуждение и комментарии
На рисунке 1 приводится традиционная схема миграции тяжелых металлов в окружающей среде и пути воздействия на организм человека
Морепродукты
1 орно-доОываюшаи промышленное I I»
Большая рыба, оелаюшаи мелкую
Пищевая не почка......Биоаккумулнция
Рис.1. Схема миграции тяжелых металлов в окружающей среде.
Как видно из рисунка1. Главным звеном попадания тяжелых металлов в организм человека является пищевая цепочка.
В связи с этим представляет практический интерес изучения источников загрязнения и воздействие на здоровье живых организмов тяжелых металлов.
Ниже приводится информация о тяжелых металлах, обладающих особо токсичным и аккумулирующим действием.
Ртуть
Источники загрязнения:
Ртуть, благодаря ее удивительным физическим свойствам нашла свое применение во многих измерительных приборах: термометры, барометры, термореле, медицинская аппаратура. Еще сохранились технологии применения амальгамирования, извлечения драгоценных металлов, электрохимических процессов, например, при получении хлора в хлорокалиевой промышленности.
Исследования показали, что большая часть населения подвергается воздействию ртути преимущественно через свой рацион питания, при этом рыба является основным источником поступления в организм метилртути [5, с.105].
Воздействие на здоровье: Первыми признаками отравления ртутью является покалывание или онемение в конечностях тела. Несколько позже наблюдаются проблемы с координацией и сужение поля зрения с ухудшением слуха. В крайних случаях смерть может наступить через 2-4 недели после появления первых признаков болезни.
Различные случаи широко распространенного отравления ртутью были отмечены во многих исследованиях.
Так, например, кризис Минамата 1950-х годов в Японии был связан с острым отравлением метилртутью, при котором ртуть из зараженной рыбы, попадала в окружающую водную среду [3,с.54-56;6, с.6-8].
Потребление хлеба, приготовленного из зерна, загрязненного ртутью, привело к отравлению более 10 000 иракцев в 1970-х годах, что привело к смерти нескольких тысяч человек. Также было высказано предположение о влиянии ртути на развитие ишемической болезни сердца.
Недавние исследования также показали, что инфаркт миокарда ассоциируется с более высоким скорректированным коэффициентом риска на 2,16 (95% доверительным интервалом (ДИ) 1,09-4,29; Р для тренда = 0,006) среди лиц с самым высоким квинтилем магния по сравнению с лицами с самым низким квинтилем магния. У пациентов с 95% доверительным интервалом (ДИ) уровень ртути был на 15% выше, чем в контрольной группе [7, с.127-130].
Свинец
Источник загрязнения: Согласно метаанализу многих исследований, воздействие свинца чаще всего происходит как в воздухе помещений, так и в поступающей в организм пище. Кухонная утварь, используемая для приготовления и хранения продуктов питания, исторически были источником свинца в продуктах питания, а ацетат на основе свинца ранее использовался для обогащения портвейна. Легкие могут поглощать до 50% вдыхаемого неорганического свинца. Шахты, плавильные заводы, сварка металла, свинец содержащих краски (белила), и аккумуляторные установки - все это сопряжено с риском промышленного воздействия неорганического свинца. Производство стекла может подвергать работников низкому или умеренному уровню риска. Было показано, что в то время, как взрослые усваивают только около 10% свинца, содержащегося в пище, дети могут усваивать до 50%.
Воздействие на здоровье. Многочисленные исследования показали, что связывание эритроцитов со свинцом в крови является механизмом, посредством которого происходит отравление свинцом. Скелет является основным местом аккумуляции свинца, и металл выводится оттуда лишь постепенно. Период полураспада свинца в крови составляет один месяц, а в скелете - от двадцати до тридцати лет.
Недавно было установлено, что даже низкие концентрации свинца способны оказывать снижение умственных способностей детей. При этом отмечалось некоторое повышение уровня гемоглобина в крови на 0,48 моль/л (10 г/дл), что было связано со средневзвешенным снижением IQ на 2 балла (95% доверительный интервал, от 0,3 до 3,6). [8, с.1-5].
Во всех исследованиях отмечается, что головная боль, повышенная раздражительность, дискомфорт в желудке и другие симптомы со стороны нервной системы неизменно идентифицируются как признаки острого отравления свинцом. Бессонница и возбуждение являются характерными симптомами свинцовой энцефалопатии. Вполне возможно, что в результате этого у детей возникнут проблемы с концентрацией внимания и обучением. Свинцовая энцефалопатия может вызвать внезапный психоз, дезориентацию и потерю сознания у людей с тяжелыми заболеваниями. Длительное воздействие свинца было связано с когнитивными нарушениями, включая потерю памяти, замедление рефлексов и ухудшение понимания.
Согласно нескольким исследованиям крови и неврологической системы, связанным с
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
отравлением свинцом, даже при типичном уровне свинца в крови ниже 3 мкмоль /л у людей могут проявляться симптомы со стороны периферической нервной системы, включая замедление скорости нервной проводимости и меньшую чувствительность кожи.
Тяжелые случаи невропатии могут привести к пожизненному повреждению нервов. Десневой край на классическом изображении зубов пациентов с признаками хронического свинцового отравления имеет темно- синюю линию сульфида свинца. Изменение синтеза гемоглобина является наиболее заметным симптомом отравления свинцом, и длительное воздействие может вызвать анемию.
Новый метаанализ данных об отравлениях свинцом демонстрирует, что свинец является одним из наиболее опасных металлов как с точки зрения экологии, так и с точки зрения здоровья человека.
Мышьяк
Новый метаанализ данных об отравлениях мышьяком свидетельствует о его потенцирующем действием на канцерогенез [9, с.128; 10, с.138840].
Относясь к полуметаллам по своей природе, мышьяк наряду с очень высокой токсичностью широко распространен в природе. При этом токсичны все соединения мышьяка, как сам мышьяк, так, и его оксиды, и соли. Случайное, непреднамеренное или техногенное воздействие мышьяка может вызвать проблемы со здоровьем [11, с.5-8;12, с.116153].
Во многих исследованиях изучалось воздействие мышьяка на здоровье и было установлено, что попытки самоубийства или случайное употребление мышьяка детьми также могут привести к случаям острого отравления [13, с.138840].
Из-за его воздействия на дыхание внутри клеток, ферменты и митоз, особенно при накоплении сульфгидрила внутри клеток, мышьяк классифицируется как протопластический яд.
Никель и хром
Источники: Согласно исследованию, легированные сплавы, никелирование в качестве средства предотвращения коррозии и производители аккумуляторных батарей являются тремя наиболее распространенными видами использования никеля. Чрезмерное количество может быть опасным для здоровья человека, несмотря на то, что никель относится к необходимым микроэлементам.
Как сельскохозяйственные, так и промышленные предприятия способствуют загрязнению воды хромом и никелем в исследуемых районах. Присутствие металлов, включая кобальт, медь, железо и цинк, может повысить токсичность воды и сделать ее непригодной для потребления. Было опубликовано несколько исследований, посвященных восприимчивости людей к отравлению никелем [14, с. 1714].
Воздействие: Многочисленные исследования связывают выпадение волос у пациентов с потреблением питьевой воды, загрязненной солями никеля и хромом. Хроническое отравление никелем и хромом приводит к раковым заболеваниям различной этиологии.
Было проведено много дополнительных исследований, направленных на то, чтобы определить, связано ли раздражение кожи с воздействием никеля или нет. Это первое исследование, выявившее связь между никелем и облысением. Согласно некоторым исследованиям, высокий уровень содержания никеля был связан с увеличением тяжести экземы у людей. Никель связан с кожной токсичностью у сенсибилизированных лиц и является возможной причиной выпадения волос у пациентов, подвергающихся воздействию загрязненной питьевой воды^^^^]. Напротив, хром необходим для нормального функционирования организма, как животных, так и человека.
Шестивалентный хром, присутствующий в достаточно высоких концентрациях, может представлять опасность. Пигменты, изготовленные из хрома, используются в самых разнообразных средах, включая краски, строительные растворы, бумагу, резину и многое другое.
Предполагается, что пыль Cr является возможной причиной рака легких, а аэрозоль
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
хромовой кислоты, выделяющийся во время нанесения гальванических покрытий, может привести к прямому повреждению кожи и легких. Дерматит и перфорация кожи были связаны с субхроническим и хроническим употреблением оксида хрома (Агентство по охране окружающей среды США, 1999). Хроническое воздействие может привести к повреждению почек и печени, а также кровеносных сосудов и нервов. Поскольку хром имеет тенденцию накапливаться в водных организмах, существует повышенный риск, связанный с потреблением рыбы, которая, возможно, недавно подверглась воздействию токсичных количеств этого элемента [16, с.6].
Важно отметить, что воздействие на здоровье может варьироваться в зависимости от уровня и продолжительности воздействия этих тяжелых металлов. Хроническое воздействие даже низких концентраций может иметь серьезные последствия для здоровья.
Осуществление мер по сокращению выбросов тяжелых металлов, совершенствование методов обращения с отходами и поощрение потребления незагрязненных продуктов питания и воды имеют решающее значение для минимизации рисков для здоровья человека, связанных с загрязнением тяжелыми металлами.
Все вышесказанное настоятельно требует осуществления строгого мониторинга тяжелых металлов в объектах природной среды, почве, питьевых источниках, воздухе, продуктах питания [17, 188
Заключение
Вследствие интенсивного роста и развития промышленности, транспортной инфраструктуры, индустриализации и химизации сельского хозяйства, а также ускорения научно-технического прогресса, за последние годы значительно увеличилось и продолжает расти поступление в окружающую среду тяжелых металлов техногенного происхождения. Загрязнение биосферы, включая пищевые продукты растительного и животного происхождения, солями тяжелых металлов, которые обладают высокой токсичностью и способностью накапливаться в организме человека, даже в сравнительно низких концентрациях представляет серьёзную угрозу здоровью. Это может привести к развитию заболеваний, обусловленных экологическими факторами.
Неконтролируемое загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами представляет значительную опасность для здоровья человека. Поступление токсичных веществ вызывает необратимые изменения в организме, что ведёт к развитию тяжёлых заболеваний, таких как нарушения функций желудочно-кишечного тракта, печени, почек и другим заболеваниям, что в ряде случаев заканчивается летальным исходом.
В свете этого, необходимо проводить экологический мониторинг содержания тяжёлых металлов в воздухе, воде и почве, а также санитарно-гигиенический контроль пищевых продуктов на их присутствие. Необходимо дальнейшее изучение путей миграции тяжелых металлов от источников к организму человека, разработка допустимых пределов их концентраций в биосредах, чтобы оценить антропогенную нагрузку и риски для здоровья населения. Важно включить оценку содержания тяжёлых металлов в биосредах человека в систему социально-гигиенического мониторинга.
Снижение воздействия тяжелых металлов на здоровье населения возможно при выполнении следующих задач:
• организация точного и оперативного контроля за выбросами тяжелых металлов в атмосферу и водные объекты;
• отслеживание путей миграции тяжелых металлов от их источников до человека;
• обеспечение широкого и эффективного контроля (на всех уровнях, включая бытовой) содержания тяжелых металлов в продуктах питания, воде и напитках;
• проведение выборочного, а в дальнейшем и массового обследования населения для выявления уровня содержания тяжёлых металлов в организме (в крови и моче).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Prakash S., Verma A.K. Arsenic: It's Toxicity and Impact on Human health // International Journal of Biological Innovations, IJBI. - . 2021. - V.3(1).- P. 38-47.
2. Sankhla M.S., Kumari M., Nandan M., Kumar R., Agrawal P., 2016. Heavy Metals Contamination in Water and their Hazardous Effect on Human Health-A Review // Int.J .Curr. Microbiol. App.Sci. - 2016.- 5(10). -Р.759-766. doi: http://dx.doi.org/ 10.20546/ijcmas.2016.510.082
3. Khanna-Chopra R. Heavy Metal Toxicity to Plants: From Molecular to Ecosystem Responses. Springer, 2013. -P. 49-70.
4. Sall ML., Diaw A.K.D., Gningue-Sall D., Efremova Aaron, S. and Aaron, J.J., 2020. Toxic heavy metals: impact on the environment and human health, and treatment with conducting organic polymers, a review // Environmental Science and Pollution Research. -2017. - Vol.27. -P.29927-29942.
5. Sundseth K., Pacyna J.M., Pacyna E.G., Pirrone N., Thorne R.J. Global sources and pathways of mercury in the context of human health // International journal of environmental research and public health. -2017. - V.14(1). - P.105.
6. Борисов П.О. Влияние тяжелых металлов на организм человека //Международный научный журнал «Вестник науки» .- 2019.- Т.3.-№ 12 (21). -С.6-8
7. Шачнева Е.Ю.. Воздействие тяжелых токсичных металлов на окружающую среду //Научный потенциал регионов на службу модернизации. Астрахань : АИСИ, 2012. № 2 (3).- С.127-134
8. Sharma S., Prasad F.M. Accumulation of Lead and Cadmium in Soil and Vegetable Crops along Major Highways in Agra (India) // Journal of Chemistry. - 2010. - V. 7. Article ID 678589. - P. 1-10. https://doi.org/ 10.1155/2010/678589.
9. Soza-Ried C., Bustamante E., Caglevic C., Rolfo C., Sirera R., Marsiglia H. Oncogenic role of arsenic exposure in lung cancer: A forgotten risk factor // Critical reviews in oncology/hematology.- 2019. - V.139. - P.128-133.
10. Xue L., Zhao Z., Zhang Y., Liao J., Wu M., Wang M., Sun J., Gong H., Guo M., Li S., Zheng Y. Dietary exposure to arsenic and human health risks in western Tibet // Science of the Total Environment. -2020. -V. 731. - P.138840.
11. Ozturk M., Metin M., Altay V., Bhat R.A., Ejaz M., Gul A., Unal B.T., Hasanuzzaman M., Nibir L., Nahar K. and Bukhari A., 2022. Arsenic and human health: genotoxicity, epigenomic effects, and cancer signaling. Biological trace element research, pp.1-14.
12. Zhu Y., Yang Q., Wang H., Yang J., Zhang X., Li Z., Martin, J.D. A hydrochemical and isotopic approach for source identification and health risk assessment of groundwater arsenic pollution in the central Yinchuan basin // Environmental Research. - 2023. - P.116153.
13. Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы) // Астраханский вестник экологического образования . -2013.-№ 1 (23) - С. 182-192.
14. Zambelli B., Uversky V.N., Ciurli S. Nickel impact on human health: An intrinsic disorder perspective // Biochimica et Biophysica Acta (BBA).Proteins and Proteomics. -2016.-V. 1864 (12). -P.1714-1731.
15. Мудрый И.В. Влияние химического загрязнения почвы на здоровье населения // Гигиена и санитария. -2008. №4. - С. 32-37.
16. Махниченко А. С., Махниченко А. С. Влияние тяжелых металлов на организм человека // SCIENCE TIME. - 2019. - С.395 - 401.
17. Якунина И.В., Попов Н.С. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг: учебное пособие. -Тамов:Изд-во Тамб.гос.техн.ун-та, 2009. -188 с. /https://www.tstu.ru/book/elib/pdf/2009/Popov-Yakunina-1.pdf. Дата обращения.5.01.2022.
