Определение содержания тяжелых металлов в прудовой рыбе, выращенной в различных районах Липецкой области

Среди соединения свинца наиболее пагубное воздействие на рыб оказывают его растворимые соли. Нитрат свинца оказывает гибельное действие на рыб в концентрации 0,1–0,16 мг/л, на водные бактерии – 0,5 мг/л, на дафнии – 5,0 мг/л; хлорид свинца – на рыб в концентрации 0,33–1,0 мг/л, на простейшие водные организмы – 0,01–0,5 мг/л, на дафнии – 0,5 мг/л; сульфат свинца – на рыб в концентрации 25,0 мг/л, на простейшие водные организмы – 0,5 мг/л; ацетат свинца – на рыб в концентрации 0,4–2,8 мг/л.

Токсическое действие свинца на организм человека

Соединения свинца усваиваются организмом очень легко. Вскоре после всасывания свинец обнаруживается в печени и почках, а затем продвигается в кости, откуда выводится с трудом. При хроническом отравлении значительно повышается содержание свинца в слюне, кале, моче, поте, волосах, ногтях, зубах.

Попадая в организм человека, свинец, как и другие тяжелые металлы, взаимодействует с сульфгидрильными группами белков, блокирует различные ферментные системы, такие как ферменты детоксикации ксенобиотиков [5,19]. Воздействие свинца приводит к биохимическим сдвигам, в частности, к нарушению функции ряда митохондриальных или цитозольных ферментов (гемосинтетазы, копропорфирина, геноксидазы, w-аминолевулинатдегидратазы); свинец угнетает образование цитохрома P-450 и цитохромоксидазы.

При хроническом отравлении свинцом наблюдается ряд симптомов, которые впервые описал за 150 лет до н. э. Греческий врач Никандр Колофонский. В картине свинцового отравления можно выделить следующие клинические синдромы:

1. Изменение со стороны нервной системы (головные боли, утомляемость, ухудшение памяти, нарушение речевой и слуховой функций, «свинцовые менингиты», парезы и параличи, атрофия зрительного нерва). Отмечается, что повышение содержания свинца вызывает ухудшение сумеречного зрения, что делает положение водителя автотранспорта вдвойне опасным и может иметь катастрофические последствия.

Некоторые исследователи склонны объяснять свинцовыми отравлениями агрессивность и преступность, столь характерные в наши дни для отдельных жителей крупных городов.

2. Изменение состава крови (вплоть до свинцовой анемии).
3. Эндокринные и обменные нарушения (ферментативные расстройства, нарушение обмена порфиринов, менструальной и детородной функций).
4. Изменения со стороны желудочно-кишечного тракта (от тошноты, изжоги до свинцовых колик).
5. Изменения со стороны сердечно-сосудистой системы (аритмия, тахикардия, вазоневроз).
6. Нарушения функции почек (поражение почечных канальцев; нефропатии, ведущие к почечной недостаточности).

Эксперименты на крысах и мышах дали убедительные доказательства канцерогенности свинца и его неорганических соединений. В культурах клеток лейкоцитов мышей свинец вызывал хромосомные аберрации [18]. В ряде исследований подобные изменения были обнаружены и в крови людей, профессионально контактирующих с солями свинца.

На основании наблюдений, проводимых в течение 12 лет, было установлено, что в одном индустриальном районе Швейцарии смертность от онкологических заболеваний среди людей, живших около шоссе с интенсивным автомобильным движением, была в 9 раз выше, чем среди живущих вдали от дорог [5,18]. Вероятно, это связано не только со свинцом; выхлопные газы автомашин содержат также хорошо известный канцероген – бензпирен.

Роль свинца в возникновении раковых заболеваний связывают с тем, что он усиливает действие других вызывающих рак соединений: в присутствии свинца достаточно в 5 раз меньшего количества канцерогенных углеводородов, чтобы вызвать рак.

Повышенной чувствительностью к свинцовым отравлениям отличаются дети, которые значительно легче, чем взрослые аккумулируют свинец. При этом накопление в организме свинца приводит к ухудшению умственных способностей детей.

При свинцовых отравлениях наблюдается ряд симптомов: появляется характерное серое окрашивание слизистой оболочки десен, металлический привкус во рту. Отмечаются нарушения работы кишечника: схваткообразные боли в животе, запоры. Повышается артериальное давление. Отмечаются упорные головные боли, бессонница, в особо тяжелых случаях – эпилептические припадки, острая сердечно-сосудистая недостаточность. При хроническом течении заболевания наблюдаются нарушения функций печени.

 

1.4. Мышьяк и его соединения

 

Источники поступления мышьяка в окружающую среду

Источники загрязнения мышьяком могут быть как природные, так и антропогенные. В естественных условиях соединения мышьяка поступают в окружающую среду при извержении вулканов, ветровой эрозии почвы, лесных пожарах (табл. 4) [5,19].

Таблица 4

Глобальные выделения мышьяка из природных источников

(в тысячах тонн в год)

№ п/п	Природные источники	Диапазоны величин	Среднее значение
1	Переносимые ветром частицы почвы	0,30 – 5,0	2,6
2	Аэрозоль морской соли	0,19 – 3,1	1,7
3	Вулканы	0,15 – 7,5	3,8
4	Лесные пожары	0 – 0,38	0,19
5	Биогенные континентальные частицы	0,20 –0,5	0,26
6	Биогенные континентальные летучие вещества	0,3 – 2,5	1,3
7	Биогенные морские источники	0,16 – 4,5	2,3
8	Общая эмиссия	0,86 – 23,0	12

Антропогенное загрязнение в значительной степени возникает как при производстве мышьяка в результате переработки мышьякосодержащих руд, так и при получении его в качестве побочного продукта в производстве цветных металлов. Мышьяк – один из самых несамостоятельных элементов. Его попутно добывают вместе с сырьем для производства меди, свинца, цинка, золота и других цветных металлов. Можно отметить следующие антропогенные источники поступления мышьяка в окружающую среду [20]:

• добыча и переработка мышьякосодержащих руд и минералов;
• пирометаллургия и получение серной кислоты, суперфосфата;
• сжигание каменного угля, нефти, торфа, сланцев;
• синтез и использование мышьяксодержащих ядохимикатов, препаратов-антисептиков, реагентов.

Загрязнение природных вод  мышьяком

В грунтовых водах фоновый уровень мышьяка широко варьирует (0,1 – 200 мг/л), что обусловлено его содержанием в водопроводящих геологических слоях. В районах, где имеются залежи мышьякосодержащих руд, As присутствует и в природных водах. Например, анализ речных систем, состояния воды и почв в Бангладеш и Камбодже, где расположены месторождения мышьяксодержащих руд, показал, что на уровне нескольких метров от поверхности земли мышьяк высвобождается из минералов, а затем проникает в воду и в водоносный пласт почвы без какого-либо воздействия со стороны человека, причем этот процесс происходит уже на протяжении тысячелетий. Водоносные горизонты являются источником питьевой воды для людей, которые используют колодцы. Виновниками широкого распространения мышьяка в воде оказались бактерии, находящиеся в почве и отложениях речных бассейнов. Таким образом, благодаря действию бактерий мышьяк легко растворяется в воде, откуда легко попадает в организм рыб.

В поверхностных водах среднее содержание этого элемента – 0,01 мг/л, в океанических – 1,77 × 10–8 – 0,6 × 10–6 %. В природе в водной среде мышьяк присутствует обычно в форме арсенитов и арсенатов. Постоянный выпуск сточных вод, содержащих мышьяк, приводит к загрязнению водоемов. Установлено, что концентрация мышьяка в воде ниже спуска сточных вод мышьяковых и медных заводов достигает 0,6 – 6 мг/л, в то время как выше спуска она не превышает фоновых значений. В стоках кожевенных заводов уровень мышьяка достигает 300 мг/л, азотно-туковых комбинатов – 0,8 мг/л, свинцово-цинковых предприятий – 0,15 – 0,22 мг/л, рудообогатительных фабрик – 0,8 мг/л, молибденово-вольфрамовых заводов – 0,9 мг/л, никелевых заводов – 1,4 мг/л, свинцовых комбинатов – 0,06 мг/л, гидрометаллургических цехов оловозавода – 634 мг/л, горнообогатительных комбинатов – 0,5 мг/л, обогатительных фабрик – 400 мг/л. Загрязнение водной среды мышьяком возможно также при длительном контакте природных вод с отвалами на основе неутилизированных твердых мышьяксодержащих отходов.

Загрязнение мышьяком продуктов питания

В пищевых продуктах обнаружено пять химических видов мышьяка: арсенит-ионы AsO33–, арсенат-ионы AsO43–, триметиларсин As(CH3)3, метиларсиновая кислота CH3As(OH)2 и диметиларсиновая кислота (CH3)2AsOH.

Американские исследователи установили, что в среднем человек потребляет 4,8 мкг мышьяка в день с водой и напитками (из которых абсорбируется 4,1 мкг), с пищей – 21,7 мкг (14,7 мкг абсорбируется) [5,19].

Наибольшая концентрация мышьяка регистрируется в пищевых продуктах морского происхождения, меньшая – в продуктах наземного происхождения.

Соединения мышьяка попадают в пищевые продукты в следующих случаях: при использовании загрязненной соединениями мышьяка упаковки, перемалывание в муку протравленных соединениями мышьяка семян, позднее опрыскивание мышьякосодержащими химикатами плодовых деревьев, кустарников и овощных культур, окрашивание пищевых продуктов синтетическими красителями, содержащими мышьяк.

Действие мышьяка на рыб

Мышьяк – медленно действующий протоплазматический яд. В тело рыбы мышьяк проникает осмотически и может быть обнаружен аналитически. При отравлении рыбы становятся апатичными, стадии возбуждения обычно не наблюдается, и лишь перед самой смертью возникают сильные судороги. Арсениты для рыб токсичнее арсенатов. Они могут применяться и в качестве гербицида – для уничтожения высших водных растений. ПДК мышьяка для рыб – 0,05 мг/л.

Токсическое действие мышьяка на организм человека

Токсичность соединений мышьяка является их наиболее известным свойством. Для них характерна многогранность токсических проявлений – действие на центральную и периферическую нервную систему, кардиотоксические свойства, поражения периферических сосудов, печени, верхних дыхательных путей, кожи, желудочно-кишечного тракта, влияние на кроветворную систему, хромосомы [7]. Таким образом мышьяк и его соединения влияют на все системы органов.

Прежде всего они оказывают токсическое действие на клетки и ткани, вызывая нарушение тканевого дыхания и снижение энергетических ресурсов клетки в результате метаболического разобщения окислительного фосфорилирования. В местах контакта тканей с мышьяком возникает дегенеративное и некротическое их поражение.

Под влиянием соединений мышьяка возникает общий ацидоз (закисление организма), развивающийся вследствие угнетения окислительных процессов и накопления в тканях молочной, пировиноградной и других кислых продуктов обмена.

Опасным является действие соединений мышьяка на кровеносную систему.

Эпидемиологически давно уже показана связь между воздействием мышьяка и повышенной заболеваемостью человека раком кожи, лимфатической и гематопоэтической систем. В малых дозах соединения мышьяка действуют на кровеобразовательную функцию организма, способствуя увеличению количества гемоглобина, эритроцитов, лейкоцитов. Однако при длительном воздействии и острой интоксикации может быть нарушен эритропоэз. Под влиянием соединений мышьяка возникают расстройства желудочно-кишечного тракта.

Страдает и дыхательная система от токсического действия соединений мышьяка, которые вызывают раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей, уменьшение вентиляционной способности и емкости легких.

Ослабление функции почек приводит к значительному обезвоживанию организма, потере солей, то есть нарушается водно-солевой обмен.

Также соединения мышьяка можно отнести к бластомогенным или онкогенным веществам, то есть вызывающим злокачественные и доброкачественные опухоли.

При отравлении мышьяком увеличивается чувствительность кожи к ультрафиолетовой радиации. Даже неоднократное поступление в организм небольших количеств трехокиси мышьяка (0,59 – 1,36 мг) с пищей увеличивает частоту возникновения эпителиом кожи при условии ее сильного ультрафиолетового облучения в последующие годы, например в результате пребывания в южных широтах.

Все вышесказанное ярко отражает чрезвычайную токсичность соединений мышьяка, которые обладают высокой биологической активностью.

К настоящему времени выделено три основных типа превращений соединений мышьяка в организме человека – 1) блокирование сульфгидрильных групп, 2) биологическое метилирование и 3) окислительно-восстановительные процессы. В биотрансформациях, кроме указанных превращений, важная роль отводится процессам арсенолиза, влияющим на окислительное фосфорилирование [5,7,19].

В последние годы появились работы, указывающие на участие мышьяка в процессах метаболизма аргинина.

Взаимодействие  с  SH-группами

Арсеноксиды реагируют с соединениями, содержащими SH-группы, такими, например, как глутатион, цистеин, соли тиогликолевой кислоты:

Образующиеся при этом продукты циклического строения являются более стабильными, чем продукты ациклического строения. Следовательно, взаимодействие арсеноксидов с дитиолами более эффективно, чем с монотиолами.

Даниэл и Зингаро предложили схему, согласно которой соединения мышьяка (V) могут дезактивировать SH-группы ферментов [5,19]: