Курсовая работа Тяжелые металлы, как один из важных социальных и медицинских аспектов окружающей среды

Хром

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей микрограмма в литре до нескольких микрограммов в литре, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в литре. Средняя концентрация в морских водах - 0.05 мкг/дм³, в подземных водах - обычно в пределах n^.10 - n^.10² мкг/дм³.

Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr(VI) являются более опасными. 

Содержание их в водоемах санитарно-бытового использования не должно превышать ПДК_в для Cr(VI) 0.05 мг/дм³, для Cr(III) 0.5 мг/дм³. ПДК_вр для Cr(VI) - 0.001 мг/дм³, для Cr(III) - 0.005 мг/дм³.

Тяжелые металлы как биогенные элементы

В ряду тяжелых металлов одни крайне необходимы для жизнеобеспечения человека и других живых организмов и относятся к так называемым биогенным элементам. Другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели. Эти металлы относят к классу ксенобиотиков, то есть чуждых живому. Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны.

Попав в организм, металлы-токсиканты чаще всего не подвергаются каким-либо существенным превращениям, как это происходит с органическими токсикантами, и, включившись в биохимический цикл, они крайне медленно покидают его.

В течение достаточно длительного времени существовало твердое убеждение, что важные биологические функции выполняют только натрий, калий, магний, железо и кальций, которые в целом дают почти 99% всех атомов металла в организме человека и (кроме железа) также относятся к группе макроэлементов. Гидратированные атомы четырех из этих металлов, а именно: натрия, калия, магния и кальция, участвуют в процессах осмоса и передачи нервных сигналов, а также обусловливают прочность костной ткани скелета. Железо входит в состав молекулы гемоглобина - важнейшего белка, участвующего в связывании кислорода атмосферы и переносе его клеткам органов и тканей, то есть в процессе дыхания. Интерес к функциям переходных элементов, которые (в том числе железо) относятся к тяжелым металлам и содержатся в организме в следовых количествах, проявился сравнительно недавно. Сформировался новый раздел науки - бионеорганическая химия, изучающая структуру, свойства и реакции соединений биогенных элементов in vivo. Из-за низкого содержания в живом организме их стали называть микроэлементами.

Важность микроэлементов в осуществлении жизненных функций человека в отношении многих элементов уже доказана (марганец, цинк, молибден, фтор, иод и селен), в отношении других (хром, никель, ванадий, олово, мышьяк, кремний) вероятна. Главный критерий, по которому отличают макроэлементы от микроэлементов - потребность организма в элементе, определяемая в мг/кг массы в сутки. Все перечисленные микроэлементы в организме функционируют либо в форме гидратированных ионов, либо, подобно железу, в виде координационных соединений.

Известно также, что в теле человека содержится большинство непереходных металлов, причем именно в следовых количествах, например: ртуть из зубных пломб, свинец, сурьма и мышьяк из типографской краски газет и книг, медь, олово, марганец и алюминий из кухонной посуды. Однако в первую очередь будут рассмотрены не эти металлы, а жизненно важные, то есть биогенные. В организме человека и животных в процессе осуществления жизнедеятельности протекает множество ферментативных химических реакций, сопровождающихся разрывом весьма прочных связей, то есть таких, которые в лабораторных установках могут быть осуществлены только в жестких условиях, например при высоких давлении или температуре.

Хотя молекула металлсодержащего фермента способна выдержать многие тысячи каталитических циклов, все-таки метаболические процессы, происходящие в живом организме, могут привести к разрушению части ферментов и выводу из организма соответствующего количества металлов. Поэтому появляется необходимость возмещать эти потери, поскольку недостаток микроэлементов приведет к нарушению жизнедеятельности организма, что может выразиться в различных заболеваниях. Вводимое количество микроэлементов можно регулировать диетой, а в случае необходимости, например для профилактики заболевания, приемом специальных препаратов, выпускаемых, как правило, в форме добавок к пищевым продуктам. В качестве примера можно привести хорошо известные комплексы витаминов и микроэлементов, применяемые в питании спортсменов и профессиональных групп, работающих в экстремальных условиях внешней среды.

Среднее содержание металлсодержащих соединений в организме человека сохраняется приблизительно постоянным. Например, концентрация цинксодержащих компонентов (этот элемент входит в структуру активного центра важнейшего гормона инсулина, регулирующего уровень сахара в крови) составляет ~138 мкМ. В сыворотке их содержание больше и равно ~ 226 мкМ, в плазме ~ 47 мкМ. Медьсодержащие соединения в крови присутствуют при концентрации ~15 мкМ, в сыворотке - 16-18 мкМ, в плазме - 18 мкМ. Медь входит в состав некоторых ферментов, например фенолазы и гемоцианина, способных, подобно гемоглобину, переносить кислород. Кроме того, медь как химический элемент необходима при биосинтезе самого гемоглобина.

Следует отметить, что прочность химических связей белков и других биологически важных компонентов крови с ионами любого металла достаточна для того, чтобы значительную часть времени своего пребывания в организме металл находился в виде комплекса с белками, аминокислотами и другими биологически активными соединениями. Поэтому при попадании в организм избытка металлов последние могут вызвать нарушение его функций, отравление или гибель. Степень такого воздействия зависит не только от концентрации, превышающей некоторый уровень, но и от природы металла, прежде всего его комплексообразующей способности. Так, если комплексообразующая способность металла-токсиканта достаточно велика, то он может вытеснить биогенный металл-катализатор из активного центра в результате конкурентного взаимодействия или же связать с собой подавляющую часть биологически активных соединений, используемых для синтеза того или иного жизненно важного фермента.

Следует обратить внимание и на то, что биологической ценностью обладают лишь доступные биогенные элементы, содержащиеся в пищевых продуктах в виде солей органических кислот и других растворимых химических соединений, чаще всего комплексных. В литературе, посвященной оценке качества пищевых продуктов, приводятся сведения о содержании тех или иных микроэлементов во фруктах, овощах, мясе, молоке и т.д.

Понятия макро- и микроэлементов не всегда четко различимы, если это разделение применять по отношению к разным группам организмов. Например, для растений набор жизненно необходимых микроэлементов явно отличен от такового для высших животных. Однако и для растений требуется определенный уровень содержания микроэлементов в почве, что обычно достигается внесением так называемых микроудобрений, по сути дела представляющих собой набор биогенных микроэлементов: цинка, ванадия, молибдена, меди, кобальта, железа, марганца [6, 8, 10, 12, 16, 20].
Влияние тяжелых металлов на здоровье

Обычные здоровые люди должны быть способны регулярно выводить из организма определенное количество этих токсичных элементов. Однако иногда организм оказывается настолько перегруженным ими, что уже не может сопротивляться. Особенно чувствителен к токсическому воздействию тяжелых металлов и их производных детский развивающийся организм.

Генетический фактор обусловливает уровень биологической чувствительности и уязвимости человеческого организма к тоусическому воздействию тяжелых металлов. Сколько ртути или мышьяка, или чего-либо другого достаточно, чтобы отравить организм, зависит от уникальной биохимии каждого конкретного индивида.

И даже если тяжелые металлы не являются основной причиной патологических изменений, они, наряду с другими токсинами, могут, по крайней мере, быть сопутствующим фактором, вызывающем лавину эффектов приводящих к нарушениям функционирования практически всех жизнеобеспечивающих систем организма индивида.

Спровоцированная металлами имунная недостаточность может просто давать возможность одному из вирусов остаться активным или неконтролируемым. Корь, вирусы-невидимки, герпес или другой вирус так же как и дрожжи получают прочного союзника в лице тяжелых металлов. Отравленная токсинами ртути имунная система может спровоцировать выраженные аллергические реакции на пыльцу, пыль или продукты питания, при этом не реагируя на болезнетворные организмы, с которыми ей следовало бы вести борьбу.

Кроме ртути, многие другие тяжелые металлы хорошо известны своим нейротоксическим действием, вызывающие неврологический нарушения и дисфункции. К ним относятся свинец, кадмий, сурьма и алюминий (алюминий считается так же провокатором болезни Альцгеймера). Нейротоксичные химикаты могут накапливаться и из окружающей среды. Часто организм, особенно организм ребенка, просто не может выводить больше, чем получает.

Из-за ослабленной способности к детоксикации людям, генетически и биологически уязвимым в отношении тяжелых металлов, очень нелегко избавиться от всех полученных химикатов, металлов или других токсинов. Причиной такой ограниченной детоксикации может быть дисфункция печени, нарушения в кишечнике, истощение имунной системы или генетический фактор. Именно этим можно объяснить, почему лишь у некоторых детей появляется выраженная неблагоприятная реакция на определенные факторы и воздействия окружающей среды.

Доктор Билл Уолш и Pfeiffer Treatment Center установили, что специальный протеин, известный как металлофионеин (МТ), играет важную роль в нейромедиаторной системе человеческого организма. А его дисфункция, которая наблюдается у многих людей, выражается в неврологических расстройствах с детства. Причина подобной дисфункции металлофионеин (МТ) не известна. Основная функция МТ-протеина – детоксикация организма, особенно в цикле дезактивации тяжелых металлов. Кроме того, МТ-протеин участвует в развитии нервных волокон, мозга и желудочно-кишечного тракта.

Определение времени каких бы то ни было внешних воздействий (environment attacs) на организм человека чрезвычайно важно для понимания причин биологического ответа, который приводит к неврологической дисфункции. Эти биологические системы должны быть развиты к трехлетнему возрасту так, что токсины окружающей среды уже не влекут за собой серьезного подрыва здоровья. Это вполне согласуется с наблюдением, что дети старше 3-х лет редко «заболевают» аутизмом (хотя они могут обнаруживать рассредоточение внимания, небольшие сенсорные нарушения и др.).

Доктор Уолш также определил, что большинство его пациентов, страдающих аутизмом или СГДВ, имеют намного большее соотношение меди к цинку, чем обычные дети. Цинк необходим для укрепления стенок кишечника и важен для серотонина (хороший сон и уравновешенность). Дефицит цинка приводит к ухудшению усвоения пищи, снижению иммунитета и затормаживанию роста. Низкий уровень цинка делает детей более восприимчивыми к различным инфекциям и болезням, таким образом, цинк может уменьшить проблему воспаления ушей и действия антибиотиков. Добавление цинка в рацион ребенка может быть очень полезным для повышения уровня цинка, снижения уровня меди и восстановления функционирования МТ-протеина. Употребление цинка 2 или 3 раза в день, а не один, должно быть более эффективным.

Тяжелые металлы могут сделать неактивными или снизить активность пищеварительных энзимов любого происхождения. Сейчас уже не должно подвергаться сомнению, насколько важно хорошее пищеварение для сохранения здоровья и предотвращения массы проблем. Тяжелые металлы могут также способствовать укреплению и, в случае необходимости, стимулированию роста дрожжевых и бактериальных микроорганизмов, тем самым способствую восстановлению кишечного биоценоза. Излечение или коррекция дисбиоза в организме практически не возможна в случае если имеется интоксикация тяжелыми металлами. То же касается попыток избавиться от проблем с пищеварением. Очищение организма от металлов может помочь избавиться от многих видов непереносимости пищи – еще одна причина улучшить ситуацию с токсинами вместо того, чтобы затратить огромное количество времени, выискивая иллюзорно-проблематичные продукты.

Существует ряд симптомов, вызванных токсичными металлами. Эти симптомы схожи с проявлениями аутоиммунных заболеваний, дисбиоза, аллергических состояний и пищевых непереносимостей, желудочно-кишечной и неврологической дисфункции, как уже было сказано. В этот список входят также некоторые психические заболевания, мигрени и сенсорная дисфункция. Ртуть влияет на энзимы, жирные кислоты, аминокислоты, функции мозга, уровень глюкозы, вырабатывание серотонина, баланс минералов, детоксикацию и практически на все остальное, что было упомянуто выше, и ряд других аспектов, которые не обсуждались. Использование энзимов может быть полезным как до, так и во время и после выведения токсинов. Во-первых, энзимы нужны для лучшего усвоения пищи, устраняя многие проблемы уже на этом этапе. Они так же поддерживают имунную систему, хорошее здоровье и способности бороться с болезнетворными микроогранизмами [6, 8, 10, 12, 16, 20].

Выведение металлов из организма является довольно дорогостоящим и стрессовым мероприятием для человеческого организма.

Одним из наиболее эффективных методов дезактивации и элиминирования тяжелых металлов из организма – является хелирование, которое может быть очень трудным для организма. В связи с этим одним из принципиальных условий проведения хелирования является нормализация деятельности кишечника, коррекция кишечного биоценоза и рационализация питания. Однако следует учесть возможность проведения хелирования и до достижения этих условий, поскольку многие из них являются следствием интоксикации тяжелыми металлами. Выведение металлов часто решает остальные проблемы. Самый сильный аргумент в пользу раннего хелирования – это попросту то, что очистка детского организма проходит быстрее и эффективнее. Год или два задержки процедуры хелирования могут иметь громадное значение и отразиться на эффективности процедуры и результатах.

Вообще, практически не существует взаимодействия между приемом энзимов и хелированием как таковыми. Хелирование имеет ряд возможных неблагоприятных побочных эффектов, поэтому иногда сложно разграничить, что вызвано процессом хелирования, а что возникло по какой-то другой причине [18].