Исследовательский реферат "Тяжелые металлы"

Аннотация

Иванова Виктория

Шарыповский район, МОУ Гляденская ООШ №11, 9 класс

«Медико – биологические аспекты загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами»

Руководитель: Рассохина Татьяна Геннадьевна, учитель химии и биологии

Цель исследования: изучить роль тяжелых металлов в этиологии заболеваний человека и животных.

Задачи исследования:

1. Подобрать необходимую литературу и интернет - ресурсы по данной теме.
2. Провести исследования по теме, используя подобранные источники информации.
3. Представить результаты своей работы с использованием информационных технологий.

Этапы работы по исследованию:

1. Обсуждение планируемой работы с руководителем, формулирование целей и задач - 1 час
2. Работа с различными источниками информации и отбор необходимого материала - 60 часов
3. Работа по созданию доклада и презентации, буклетов - 5 часов
4. Защита полученных результатов (конференция) - 1 час

Организм человека представляет собой чрезвычайно сложную систему, в которой все взаимосвязано, и изменение состояния одного органа приводит к дисбалансу всего организма. В свою очередь функционирование органов в значительной степени зависит от веществ, поступающих в организм человека из окружающей среды. Их можно условно разделить на необходимые, инертные и токсичные. Однако при избытке потребления даже полезные вещества могут причинить вред, стать токсичными.

В связи с интенсивным развитием промышленности, транспорта, индустриализацией и химизацией сельского хозяйства, ускорением научно- технического прогресса за последние годы значительно увеличилось и продолжает нарастать поступление в окружающую среду тяжелых металлов (ТМ) техногенного происхождения.

Загрязнение ТМ объектов биосферы (воздуха, воды, почвы) является причиной накопления их в пищевом сырье растительного и животного происхождения в количествах, порой превышающих санитарно-гигиенические нормы.

Большое число публикаций последних лет посвящено изучению различных аспектов, связанных с поступлением ТМ в объекты окружающей среды, в том числе и продукты питания, и разработкой рекомендаций, направленных на предупреждение неблагоприятного воздействия этих токсикантов на организм человека и животных. Остается не изученным механизм действия ТМ на структуры и функции организма.

Целью моего исследования явилось изучение роли ТМ в этиологии заболеваний человека и животных.

Общая характеристика ТМ

В группу тяжелых металлов включают металлы с плотностью большей, чем у железа, а именно: свинец РЬ, медь Си, цинк Zл, никель Ni, кадмий Сd, кобальт Со, сурьму Sr, олово Sп, висмут Вi и ртуть Hg (И. Д.Гадаскина, 1976).

Таблица 1. Биогеохимичсские свойства ТМ

Примечание: В-высокая, Н-низкая, У-умеренная

В организм животных и человека с продуктами питания поступает от 65,3% до 99,79%, с питьевой водой-до27,1% и наименьшее количество ТМ поступает с атмосферным воздухом- до 9,61% (НМ.Паранько,1999).

Свинец - наиболее распространенный экотоксичный ТМ с соднржанием в земной коре 16 мг/кг и периодом полувыведения около 30 лет (Т.И. Григорьева, 1978; АИ. Летувнинкас,2002).

Свинец, кадмий и ртуть являются представителями так называемой «мрачной тройки» и представляют наибольшую опасность для здоровья человека и животных (Ю.В.Алексеев, 1987; ПФ.Забродский, 1998).

Постановка РЬ на первое место в этой тройке не случайна. Относительная простота получения РЬ и большая распространенность в земной коре (16 мг/кг) сделали свинец классическим промышленным ядом и глобальным токсикантом окружающей природной среды. Антропогенная свинцовая нагрузка, в 16 раз превышающая геогенную, способна индуцировать нарушения практически на всех уровнях биологической организации, включая экосистемы (В.С. Савенко, 1991)

Свинец применяется для изготовления химической аппаратуры, аккумуляторов, свинцовых пигментов, бронз, латуни, припоев, типографского сплава хрусталя, спичек, пиротехнических изделий, пластмассы (в качестве стабилизатора), для покрытия электрических кабелей и защиты от ионизирующего излучения. Объем современного производства РЬ составляет более 2,5 млн. т в год. В гидросферу ежегодно попадает 500 - 600 тыс. т РЬ, а через атмосферу на поверхность Земли оседает около 400 тыс. т (АЛ. Пурмаль., 1998).

Опасность представляет не только свинец, но и его соединения: свинцовый глёт РЬО, закись РЬ2О, двуокись РЬО2, четырехокись свинца РЪзОч, являющаяся основой пигмента для сурика, сульфат свинца, используемый для приготовления свинцовых белил и др. (ВВ. Устенко, 1982).

Литосферный и почвенный кларки Cd в десятки раз меньше чем РЬ - соответственно 0,2 и 0,5 мг/кг. Кларк биомассы суши в пересчете на золу составляет 0,1 мг/кг (А. Кабата-Пендаас, 1989; А.И. Летувнинкас, 2002).

Основным источником загрязнения почв кадмием являются фосфатные удобрения, отходы цветной металлургии, осадки сточных вод.. Кадмий широко используется для зашиты от коррозии и декоративного покрытия изделий из стали, в производстве антисептических средств, никель-кадмиевых и серебро-кадмиевых аккумуляторов, бытовых батареек, аварийных и регулирующих сгержней для атомных реакторов, в самолетостроении и других отраслях. Как составная часть кадмий входит в износоустойчивые сплавы с медью (троллейбусные и трамвайные провода), припои, фотоэлементы, люминофоры катализаторы, лазерные материалы, красители, стабилизаторы.

Концентрации кадмия велики в районах транснортно-промышленных загрязнений (до 10 мг/кг - у обочин дорог, до 160 мг/кг - в районах металлообработки и до 500 мг/кг - в горнорудных районах), что является причиной увеличения содержания этого металла в пастбищных травах и овощах (Е.А. Карпова, 1990).

70% кадмия растения получают из почв и только 30% - из воздуха. У животных усвоение кадмия, поступающего алиментарным путем, находится на уровне 5%, а аэрозольным - 80% (А.П. Пурмаль, 1990; С.Л. Давыдова, 2002).

Воздействие ТМ на здоровье человека и животных

Как следует из данных рисунка 1, негативное влияние ТМ на организм разнообразно и многогранно.

Соединения ТМ избирательно токсичны в основном для специфического эпителия почек, печени, кишечника, эритроцитов и нервных клеток, где наблюдается повышенная концентрация этих веществ, поэтому нефропатия, гепатопатия, выраженная невралгическая симптоматика

часто    преобладают    в    клинической    картине    этих    отравлений (ЕА Лужников. ООО).

Высокой нефротоксичностыо обладают такие металлы, как кадмий, ртуть, свинец, хром, висмут, что связано с их способностью депонироваться в паренхиматозных органах, особенно в Рис. 1. Общее действие ТМ на организм

корковом веществе почки и медленным выведением из организма. Период полувыведения для кадмия составляет более 10 лет, для свинца -около 30 лет, для хрома - около 1 месяца.

Основными путями поступления свинца считаются ингаляционный и алиментарный. В наибольших количествах свинец накапливается в печени, почках, поджелудочной железе, костях и волосах (В.В. Ермаков, 1989; Рабинович ЛА., 1999).

Всасывание кадмия происходит в двенадцатиперстной кишке и тонком отделе кишечника. Для накопления кадмия характерен тендерный диморфизм: уровень кадмия в мужском организме выше, чем в женском (АА. Жаворонков,).

Свинец выделяется в основном через кишечник и почки, но его можно обнаружить в слюне, молоке и других экскретах (О.Г.АрхиповаД984; Ш.М.Трахтенберг, 2000). Действие ТМ на почки

Высокий уровень кровоснабжения и большая протяженность тубулярного аппарата обуславливают длительность контакта токсических веществ и их метаболитов с почками. Это приводит к отложению незаряженных токсинов в почках, с последующей активацией медиаторов воспаления и развитием иммуновоспалительного процесса.

Токсический эффект действия свинца на почки проявляется в виде хронической нефропатии, которая может привести к почечной недостаточности. Клинические признаки повреждения - повышение уровня мочевины в крови или креатинина в сыворотке (Н.Ф.Измеров,2000).

Выявляются нарушения канальцевого отдела нефрона с переходом в тубулярный нефроз при отравлении средней тяжести (В.И.Дынник,1964).

Изменяются сосуды микроциркуляторного русла, разрастается соединительная ткань, что приводит к нарушению клубочковой фильтрации (А.Г.Козловская,1991).

Морфологические изменения в почках выражаются в воспалении, затем, по мере нарастания интоксикации, дегенеративно-некротическом воспалении (Р.Г. Исаков, 1968). Отмечается выраженное и стабильное снижение тканевого гемоглобина (В.П.Верболович,1967).

Морфологические изменения структуры почек являются одной из причин нарушения белкового и азотистого обмена (В.Н.Афонова,1959).

Изменение функций почек в результате токсического воздействия свинца на сосуды почек и на структуру эпителия канальцев является одной из причин снижения выведения свинца из организма (К.К.Макашев,1976).

Действие ТМ на сердечно-сосудистую систему (ССС)

Тетраэтилсвинец, вызывает гипотоническое состояние в ССС (И.Д.Гадаскина,1990).

В зависимости от степени нарушения проницаемости сосудов происходят более глубокие дистрофические изменения тканевых структур и изменение основного вещества с дезорганизацией коллагеновых и эластических волокон (К.К.Макашев,1976).

Т.А. Масич (1970) установил, что для больных сатурнизмом характерно развитие вегетативно-сосудистых нарушений с наличием ангиоспазма.

Действие ТМ на систему крови

Свинец может вызывать медленно развивающееся хроническое отравление (сатурнизм), характеризующееся разнообразной симптоматикой и полисиндромностью течения. Характерным проявлением свинцового токсикоза является микроцитарная анемия, морфологически неотличимая от железодефицитной, повышенное выделение ко-пропорфирина с мочой, появление в крови и моче предшественников гема (А.А. Жаворонков, 1999).

Гематологические сдвиги при свинцовой интоксикации в основном происходят в красной крови, так как 95% РЬ связывается с эритроцитами. Вначале появляется ретикулоцитоз и базофильная зернистость эритроцитов, затем - гипохромная анемия (О.П. Кулиш, 1974; Б.А. Раевич, 1986; Сает,1990).

Понижение общего количества белков крови, альбуминов, увеличение содержания глобулинов, падение числа эритроцитов и гемоглобина выявлено при интоксикации свинцом (Т.Х. Айтбаев,1967;В.Н. Афонова,1959), цинком (А.Е, Климентовская,1963), ртутью (П.Н. Олейник, 1967).

А.И. Котляров (1969) показал, что у отравленных сульфатом цинка животных повышается содержание гемоглобина и общего белка плазмы (сыворотки) крови.

Ионы цинка блокируют сульфгидрильные, аминные и карбоксильные группы белков (АХ. Климентовская,1963).

Понижение количества общего белка крови, гемоглобина, альбуминов, а также увеличение остаточного азота крови свидетельствует об усилении распада тканевых белков и подавлении биологического синтеза белков в организме (В.Н. Афонова,1959; А.Е, Климентовская,1963).

В.С.Коняевой (1989) показано, что оксигемоглобин способен коагулировать под воздействием тяжелых металлов (ртути, свинца и кадмия).

У лиц, имеющих контакт на производстве со свинцом, имеются явления гиперкоагуляции крови и понижение активности системы противосвёртывания (А.А. Николаева,1969; П.Е. Илюхина,1987).

Действие ТМ на нервную систему и на зрительный анализатор

Изменения в нервной системе при свинцовом отравлении первоначально характеризуются астеническим синдромом. При более выраженных стадиях отравления возникает полиневропатия, возможна энцефалопатия. Иногда развивается полиневрит с парализацией разгибателей пальцев и кистей рук (Н.Ф. Измеров, 2000).

При концентрации свинца в крови более 0,5 мг/л из-за нарушения проводимости в нейронах, возникают периферические невропатии. Свинцовая энцефалопатия сопровождается нарушениями памяти, головными болями, галлюцинациями, заторможенностью, раздражительностью и тремором (АЛ Авцин, 1991).

В основе энцефалопатий при хроническом отравлении свинцом может лежать атеросклероз артерий головного мозга (Д.Д. Зердино,1990).

Как показали исследования Э.А.Дорогиной (1966), ртуть, наряду с влиянием на сульфгидрильные группы белков, является раздражителем хеморецепторов сосудов, а также хеморецепторов внутренних органов, что создает усиленный приток импульсаций, поступающих в ЦНС.

Как показал А.А. Егубаев (1975), повышенное содержание никеля в кормах является причиной массового заболевания глаз (до 30 %) у молодняка крупного рогатого скота. При гистологическом исследовании поражённых глаз, в сопоставлении с нормальными, отмечены утолщения роговичного эпителия в 2-3 раза.

Действие ТМ на эндокринную и репродуктивную системы

Свинец может нарушать функцию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (Л.С. Хибин,1969).

При действии свинца на организм животных в течение 20-30-ти дней отмечается гиперактивность клеток коры надпочечников. В ней встречается множество клеток с некротическими, некробиотическими изменениями и участки жирового перерождения (Е.К. НурмагабентовД962).

Изменение минералокортикоидной функции коры надпочечников у больных хронической ртутной интоксикацией выражается в увеличении коэффициента Натрия/Калия мочи (В.В. Гуричев,1970).

Нарушение функции щитовидной железы при интоксикации ртутью идёт преимущественно в сторону гиперфункции, при интоксикации свинцом - в сторону гипофункции (А.М.Монаенкова,1959).

Ртуть блокирует тиреоглобулин. Возникающая в связи с этим «гормональная недостаточность», возможно, стимулирует повышение синтеза гормона щитовидной железы (И.М. Трахтенберг,1969).

Функциональная активность щитовидной железы снижается при воздействии хлорида кадмия. Наблюдается увеличение интенсивности гибели тироцитов, тканевых базофилов, кровеносных сосудов (А.Г. Козловская,1991).

Влияние свинца на эндокринную систему может заключаться в поражениях поджелудочной железы, что может приводить к развитию сахарного диабета, панкреатита и склероза (НА Павловская.1998).

Свинец обладает выраженным токсическим действием на половые клетки, что обуславливает высокую эмбриональную смертность, нарушение гаметообразования и гаметогенез и мугагенез (Т.И. Герасименко,1996).

В результате проведенных исследований Л.И. Губарева (2001) делает вывод о том, что ведущую роль в снижении репродуктивной функции и патогенезе невынашивания плода при воздействии сульфидом кадмия играет не только непосредственно оказываемый им эмбриотоксический эффект, а также и обусловленные им изменения функционального состояния гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы.

А.Б. Касохов (1999) указывает, что кадмий не способен проходить через плацентарный барьер.

Проникать через плаценту и вызывать внутриутробно интоксикацию у зародыша способны органические соединения ртути, подобно солям и парам ртути (Э,А.Дорогина,1966).

Действие ТМ на пищеварительную систему

Поражение ЖКТ при свинцовом отравлении проявляется диспепсией (плохой аппетит, тошнота, изжога) и усилением секреции желудочного сока. В наиболее тяжелых случаях возникает свинцовая колика Поражение печени протекает по типу токсического гепатита. Возможно развитие билирубинемии вследствие изменения активности фермента трансферазы в микросомах печеночных клеток.

Помимо функциональных нарушений желудка, у страдающих хроническим меркуализмом и хроническим манганизмом складываются морфологические изменения слизистой оболочки этого органа: в виде различных типов хронического гастрита (поверхностного, умеренно-выраженного и выраженного атрофического (Л.С. Хибин,1969).

Исследования ТЛ. Надировой (1967) свидетельствуют о нарушении пристеночного переваривания дисахаридов в кишечнике у крыс со свинцовой интоксикацией.

В результате непосредственного токсического влияния ионов свинца на выделительную, секреторную и моторную функции кишечника, выведение свинца может замедляться (К.К. Макашев,1976).

Со стороны печени у различных подопытных животных отмечено паралитическое расширение кровеносных капилляров, склероз междольковой соединительной ткани, набухание и перерождение печёночных клеток и др. (В.Н.Афонова,1959).

По данным Л.Н.Окшиной (1989), у рабочих свинцовых заводов выявляются существенные изменения со стороны внутри- и внешнесекреторной функции поджелудочной железы, проявляющиеся в снижении инсулина, повышении содержания глюкозы крови, в снижении скорости секреции панкреатических ферментов в дуоденальном содержимом и повышении их активности в крови и моче.

 Влияние ТМ на обмен веществ

Кадмий нарушает обмен Zn, Са, Р, Fе и Си, а это ведет к потере аппетита, снижению прироста, анемии, разрушеншо костной ткани, изменению простаты (С.Л. Давыдова, 1990).

По мнению ряда авторов, одним из основных элементов-синергистов свинца является цинк. Поэтому свинцовый токсикоз протекает более тяжело при высоком содержании цинка в рационе (НА. Уразаев,1990; Т.И. Герасименко, 1996).

Одним из возможных механизмов антагонизма между свинцом и цинком является изменение кинетических параметров металлов: выведение свинца с экскрементами протекает значительно интенсивнее при комбинированном отравлении, чем при отравлении каждым из ядов раздельно (Т.И. Герасименко, 1996).

Избыток РЬ и цинка в рационе отрицательно влияет на депонирование Са и Р в организме (Д.Ф. Парк, 1976; В.А Палесский, 1979)

Канцерогенное и мутагенное действие ТМ

Доказано канцерогенное действие кадмия на организм путем прямого повреждения генетического аппарата и действия на нуклеиновые кислоты (ДА. Уразаев, 1990).

Длительное воздействие аэрозоля оксида кадмия, поступающего в альвеолы с табачным дымом, повышает вероятность заболевания раком легких, на долю которого приходится более четверти летальных исходов онкологических больных. До 90% заболевших - курильщики, концентрация токсиканта в организме которых в 2 раза выше, чем у некурящих (А.Л. Пурмаль, 1998).

А.Б. Бигалиев (1986) в обзоре литературе показал, что кадмий, кобальт, хром, марганец, никель, свинец, медь относятся к потенциальным мутагенам. Кариодогические и цитологические нарушения возникают, как правило, в результате блокирования деления. Способность канцерогенов подавлять синтез ДНК является одной из причин цитотоксической активности, которая проявляется при действии на пролиферируюшую ткань, будь она нормальная или опухолевая.

Заключение

Проведённый обзор литературы показал, что ТМ при попадании в организм аккумулируются в органах и тканях, существенно влияя на иммунный статус и здоровье животных и человека.

ТМ способны вызывать сенсибилизацию и аллергические реакции, аутоиммунные расстройства, угнетать антителообразование и активность Т- и В-лимфоцитов. В период иммунизации отмечается положительное влияние ТМ на титр агглютининов. Несмотря на наличие данных фактов, воздействие ТМ на иммунитет требует более тщательного изучения.

ТМ при интоксикациях негативно воздействуют на ССС и систему крови, нервную, эндокринную и репродуктивную системы, ЖКТ. ТМ обладают высокой нефротоксичностью, канцерогенным и мутагенным действием. Собраны сведения о механизмах токсического действия ТМ.

Таким образом, ТМ угнетают отдельные звенья иммунной системы на молекулярном уровне, а также многие функции организма животных и человека, вызывая развитие различных патологий, как при хронической, так и при острой интоксикации.

Литература

1. Абдулина Г.А. Применение низкомолекулярной РНК для коррекции нарушений иммунитета и аутомикрофлоры у рабочих свинцового производства: Автореф. дисс. ... канд мед. наук / ГА. Абдулина. - Челябинск, ЧГМИ, 1986. - 20с.

2.   Авцин АЛ. Микроэлементозы человека / АЛ. Авцин, А.А. Жаворонков,М.А. Риш, Л.С. Строчкова. -М: Медицина, 1991. - 496 с.

3. Айтбаев Т.Х Изменения некоторых белковых компонентов сыворотки крови при свинцовой интоксикации: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук / Т.Х. Айтбаев. - Алма-Ата, 1967. - 23с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях /Ю.В.Алексеев. -Л.:Агропрамиздат, 1987. 142с.

5.  Алексеенко В.А. Цинк и кадмий в окружающей среде /В.ААлексеенко - М.: Наука, 1992-200с.

6. Атчабаров Б.А. Поражения нервной системы при свинцовой интоксикации /Б.А. Атчабаров. - Алма-Ата: Наука, 1966. - 286 с.

7. Афонова В.Н. Изменение белков крови и их реактивных групп при хронической свинцовой интоксикации: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук / В Л. Афонова. - Рязань, РМИ им. ак, И-ПЛядпова, 1959. - 18с.

8. Балабанова Л.В. Влияние кадмия на ультраструктуру иммунокомпетентных клеток мазамбикской тилампии /Балабанова Л.В.// Цитология. - 1997. - №8- С 677-680.

9. Балабанова Л.В. Влияние тяжелых металлов на ультраструктуру иммунокомпетентных клеток селезенки и почек осетра /Балабанова Л.В.// Биол.внугр.вод. - 1998. -№2- С 80-85.

10.     Виталиев А_Б. Генетические эффекты ионов металлов /АЛ. Виталиев. - Алма-Ата: Изд-во «Наука», 1986, - 146с.

11. Велиев Б.А, Некоторые иммунологические сдвиги у больных рабочих свинцового завода с хронической свинцовой интоксикацией в период обострения: Автореф. дисс.... вэялз.ед._наук /Б.АВелиев. - Ташкент, ТГМИ, 1966. -27с.

12. Верболович ДП. Миоглобин, гемоглобин, цитохромоксидаза и сукцинатдегид-рогеназа при экспериментальной свинцовой интоксикации: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук / В Л. Верболович. - Алма-Ата, 1967. - 31 с.

13. Герасименко ТЛ Гигиеническая оценка комбинированного действия на организм неорганических соединений свинца и цинка : Автореф. дисс. ... канд. мед. наук / Т.Л. Герасименко. -М„1996. -23 с.

14.     Григорьева   Т Л   Свинец   в   окружающей   среде   /   Т.Н.   Григорьева, С.Н-Храмова.. М, 1978. - С 22 -25.

15. Губарева Л.И. Экологический стресс: Монография / Л.И. Губарева. - Ставрополь: Изд-во Ставропольсервисшкола, 2001. - 448с.

16. Гуричев В.В. Изменение функций коры надпочечников при хронической ртутной интоксикации: Автореф. дисс.... канд. мед. наук / В.В. Гуричев. - Л,, ЛСГМИ, 1970.

-17с.

17. Давыдова С.Л. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века / СЛДавыдов^ВЛ. Тагасов. - М: Изд-во РУДН, 2002. -140 с.

18. Длин В.В. Роль тяжелых металлов в формировании заболеваний у детей / В.В. Длин, Османов И.М.//Росс.медж.-1997.-№б -С48-51.

19. Дынник В.И. Функциональное состояние почек при хроническом свинцовом отравлении: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук / В.И. Дынник. - Харьков, ХМИ, 1964. -

14с.