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

У рыб, содержащих наибольшее количество ртути, нарушена координация движения при плавании, они отстают от косяка и легче становятся добычей, например, птиц.

Загрязнение ртутью продуктов питания

Ртутью загрязняются как продукты питания растительного происхождения, так и животного. Загрязнение ртутью растительных продуктов питания связано прежде всего с применением протравленного соединениями ртути семенного материала, что приводит к накоплению ртути в почве, попаданию её в растения, а затем и в пищу человека и животных.

Значительные количества ртути могут накапливаться в организмах рыб и моллюсков, а также в печени и почках млекопитающих [1]. Загрязненность ртутью продуктов питания растительного и животного происхождения отражена в таблице 1 [2].

Таблица 1

Содержание ртути в продуктах питания (в мг/кг или мг/л)

Продукты питания	Пределы содержания	Норма
Яйца	0,0008–0,24	0,03
Свинина	0,001–0,18	0,05
Свиная печень	0,001–1,434	0,1
Пресноводная рыба	0,0005–2,74	1,0
Морская рыба	0,0035–1,78	1,0
Зелень	0,00025–0,033	0,02
Корнеплоды	0,00025–0,0125	0,02
Зерно	0,0005–0,642	0,03
Картофель	0,0005–0,0154	0,02
Питьевая вода	0,00002–0,002	0,004

Токсическое действие ртути на организм человека

Как уже отмечалось, ртуть является чрезвычайно токсичным элементом. Механизм ее действия обусловлен блокадой сульфгидрильных, аминных и других активных групп молекул белка. Соединяясь с SН-группами клеточных белков и прочно удерживаясь в образовавшихся комплексах, ртуть нарушает активность ферментов. Ионы ртути могут реагировать с ДНК, включаться в транспортную РНК и нарушать тем самым биосинтез белков. Ингибирование синтеза белка наблюдалось в клеточных системах при концентрациях ртути 2 × 10–5 моль/л. Воздействие ртути приводит к биохимическим сдвигам, в частности, к нарушению окислительного фосфорилирования в митохондриях почек и печени [15]. Ртуть может нарушать мембранную структуру за счет гидролиза определенных липидов и путем снижения синтеза липидов в нервных клетках.

Все действие ртути в организме млекопитающих и человека можно свести к трем основным эффектам: нейротоксическому, нефротоксическому и иммунотоксическому [7,15].

Нейротоксический эффект связан с воздействием ионов двухвалентной ртути, образовавшихся при окислении в ткани головного мозга. Как было показано на опытах с лягушками, ионы Hg2+ проникают через мембрану нервных клеток сквозь натриевые и кальциевые каналы, вызывая необратимую деполяризацию и увеличение выделения медиатора.

При хронических отравлениях страдает центральная нервная система. Вначале возбудимость коры больших полушарий повышается, что связано с ослаблением процесса внутреннего активного торможения, а затем возникает инертность корковых процессов. В дальнейшем нарушаются нормальные силовые взаимоотношения (возникают фазовые состояния) и развивается запредельное торможение.

Нефротоксическое действие ртути изучалось на опытах с крысами и проявлялось в образовании антител к почечным и внепочечным базальным мембранам. Это приводило к появлению гломерулярного нефрита, протеинурии и нефротического синдрома. Другой вид нарушений работы почек – повреждение почечных канальцев и аккумуляция ртути в почечных клетках. В результате этого теряются ферменты почечных канальцев и лизосомные ферменты, уменьшается реабсорбция и повышается секреция таких эндогенных элементов, как цинк и медь. В начальной стадии происходит ингибирование синтеза белка, а в конечном итоге развивается тубулярный некроз почки и почечная недостаточность.

Иммунотоксическое действие ртути недостаточно выяснено, но отмечается, что ртуть является сильнодействующим стимулятором T-лимфоцитов человека.

Достаточно интенсивно изучались генотоксические эффекты ртути и ее соединений. В опытах in vitro были выявлены аномальные митозы и хромосомные поломки в клетках при обработке их метилртутью, при этом эффект от метилртути превышал в тысячу и более раз действие классического митогенного агента – колхицина. У японских детей, родившихся после трагедии у р. Минамата, была выявлена необычайно высокая частота уродств [2]. Шведскими учеными было доказано, что у людей, которые питались рыбой, отравленной метилртутью, повышены хромосомные аберрации. В клинике ртутного отравления различают две формы: хронический нервный меркуриализм, вызываемый постепенным длительным поступлением ртути в организм, и ртутную интоксикацию, вызываемую отравлением большим количеством солей ртути. При хроническом меркуриализме происходит поражение нервной системы, нарушение двигательных функций, секреций желудочно-кишечного тракта, костного мозга, эндокринной системы. Отравление ртутью проявляется повышенной утомляемостью, слабостью, сонливостью, головными болями, тошнотой, эмоциональной неустойчивостью, раздражительностью, плаксивостью, ослаблением памяти и зрения, дрожанием рук, век, ног, а затем и всего тела. Одновременно возможны катаральные явления в области верхних дыхательных путей, воспаление и кровоточивость десен.

Меры по снижению содержания ртути в пищевых продуктах

Снижает содержание ртути в продуктах питания их кулинарная обработка. При обжаривании, отваривании рыбы количество ртути уменьшается в среднем на 20%, а при горячем копчении – на 30 – 40%. Аналогичное снижение достигается и при кулинарной обработке растительных продуктов питания.

Предварительное вымачивание почек животных в течение 2 – 3 часов со сменой воды и двойное вываривание приводят к снижению содержания ртути в 2 раза.

 

1.2. Кадмий и его соединения

 

Источники поступления кадмия в окружающую среду

Антропогенное загрязнение окружающей среды кадмием значительно превышает его поступление через систему природных процессов (извержение вулканов, дым лесных пожаров, космическая пыль, выветривание, испарение с поверхности морей и океанов и др.). Имеются указания на то, что в воздушную среду в результате деятельности человека поступает 7000–11000 тонн/год кадмия, что составляет от 54 до 95% его суммарного потока [4,6].

Основными антропогенными источниками загрязнения окружающей среды кадмием являются предприятия цветной металлургии, сжигание твердых отходов, особенно пластмасс, каменного угля, сточные воды горнометаллургических комбинатов, производство минеральных удобрений, красителей [13].

Загрязнение кадмием природных вод

В незагрязненных речных водах содержание кадмия по разным источникам составляет от 0,01 до ~1 мкг/л, в озерной воде – примерно в 10 раз меньше.

В воде морей и океанов концентрация кадмия равна 0,11 мкг/л. В маломинерализованных водах кадмий присутствует преимущественно в виде катиона Cd2+ (до рН = 8); при рН = 9 кадмий гидролизуется, образуя частицу Cd(OH)+. Незначительная часть кадмия может образовывать комплексные соединения с органическим веществом и переносится в этих формах.

ПДК кадмия в воде общественно-бытового использования составляет 0,001 мг/л, рыбохозяйственных водоемов – 0,005 мг/л.

Основные источники поступления кадмия в водную среду – рудники цветных металлов, шахтные воды, сточные воды после обработки руд, сбросы различных промышленных предприятий, производящих или использующих кадмий; атмосферные осадки, вымывающие кадмий из сельскохозяйственных угодий и просачивающихся вод из хранилищ отходов (свалок). Только в Балтийское море ежегодно поступает 200 т кадмия.

Как и в случае атмосферы, самым значительным антропогенным источником поступления кадмия в водную среду является выплавка руд цветных металлов. Сточные воды даже после специальной очистки содержат значительное количество кадмия, т.к. эффективность очистки в среднем составляет 91%.

Производство фосфатных удобрений приводит к перераспределению кадмия, присутствующего в фосфатных горных породах, между продуктом – ортофосфорной кислотой и отходами гипса. Во многих случаях, избавляясь от гипса, его сбрасывают в прибрежные воды, что приводит к значительному загрязнению их кадмием.

Подкисление почв и озер может привести к увеличению подвижности кадмия из почв и отложений, что в конечном счете скажется на увеличении его концентрации в поверхностных и грунтовых водах. В поверхностных водах кадмий содержится преимущественно в веществах, адсорбированных на взвешенных в воде частицах, и лишь 25–30% его растворены в воде. До 30–60% поступающего в реки кадмия остается на донном иле. На расстоянии 50 м по течению реки от предприятий, перерабатывающих кадмий, содержание кадмия в речных отложениях может более, чем в 100 раз превышать его количество в незагрязненных донных осадках, в то время как в воде – лишь в 4 раза.

Осаждение кадмия из жидкой фазы происходит главным образом на глинистых минералах, а также за счет соосаждения с гидроксидами Fe3+ и Mn4+ и нерастворимыми фосфатами. Изменение свойств водных растворов может привести к растворению кадмия. Так, при увеличении кислотности среды нерастворимые карбонаты и гидроксиды кадмия переходят из донных отложений в водную фазу.

При увеличении содержания в воде органических веществ значительно снижается количество кислорода, расходуемое на их окисление, что приводит к повышению восстановительных свойств среды и восстановлению оксидов железа и марганца, а адсорбированный на них кадмий переходит в раствор.

С некоторыми компонентами синтетических моющих средств (например, нитрилотриацетатом) или органическими продуктами разложения кадмий образует водорастворимые комплексы, что также способствует вымыванию его из донных осадков.

В воде океана обнаружено заметное обогащение кадмием на средних глубинах. Предполагается, что водные организмы включают его в свои ткани и Cd переносится в глубокие слои воды при опускании на дно их остатков.

Поступая в водоемы, кадмий тормозит процессы их самоочищения, оказывает угнетающее действие на рост фитопланктона, что отражается на суммарной величине биологической продукции Мирового океана.

Загрязнение кадмием рыбы

Пресноводные рыбы обычно содержат меньше кадмия, чем морские виды. При этом в пресной воде кадмий в основном поглощается за счет абсорбции или адсорбции непосредственно из воды, в то же время морские организмы поглощают кадмий главным образом из пищи.

Из рыб наиболее чувствительными к кадмию оказались лососевые. Как и в случае почвенных растворов, снижение жесткости воды, концентрации растворенного кислорода и рН среды вызывает снижение концентрации кадмия, при которой наблюдается ее токсический эффект. Установлено, что токсическому действию Cd наиболее подвержены водные организмы в эмбриональной стадии развития. Исследование на гольянах, а затем и на других видах рыб показали тератогенное действие соединений кадмия, выражающееся в разнообразных спинальных уродствах.

Концентрация кадмия в теле рыб в среднем ниже 0,02 мг/кг, однако у рыб в Средиземном море вблизи берегов Франции обнаружено 0,11–4,02 мг/кг Cd. Кадмий накапливается в тканях рыб, причем степень его аккумуляции по сравнению с водой может доходить до 1000. Если таких рыб поместить в чистую воду, то они постепенно выделяют накопленный ранее кадмий в воду. Постоянное накопление кадмия в организме рыб объясняется непрерывным образованием белковых серусодержащих производных кадмия – металлотионинов. Регулирующие стандарты ограничивают употребление рыбы с содержанием кадмия более 0,5 мг/кг сухого веса. Особенно опасна печень, в которой концентрация кадмия может быть выше в 10 раз по сравнению с другими органами.

Загрязнение кадмием продуктов питания

Продукты питания являются основным источником поступления кадмия в организм человека. Таким путем поступает 200 мкг/сутки кадмия, но лишь 6–10% его ресорбируется, т.е. переносится с желудочно-кишечного тракта во внутренние органы. Употребление небольших количеств зараженных продуктов в течение длительного времени может привести к тем или иным формам Cd-интоксикации. Поэтому разработаны ПДК кадмия в пищевых продуктах, которые составляют в мг/кг:

– для рыбных продуктов – 0,10;

– для мясных продуктов – 0,05;

– для молочных продуктов – 0,01;

– для хлеба и зерна – 0,02;

– для овощей – 0,03;

– для фруктов – 0,03;

– для соков – 0,02.

Загрязненность кадмием продуктов питания растительного и животного происхождения отражена в таблице 2 [2].

Таблица 2

Содержание кадмия в продуктах питания (в мг/кг или мг/л)

Продукты питания	Пределы содержания	Норма
Яйца	0,0005–0,0871	0,05
Свинина	0,001–0,099	0,1
Свиная печень	0,0025–1,61	0,8
Пресноводная рыба	0,0005–0,8035	0,05
Зелень	0,001–0,3875	0,1
Корнеплоды	0,0005–0,116	0,05
Зерно	0,004–0,8	0,1
Картофель	0,001–0,202	0,1
Вино	0,0005–0,03	0,1
Питьевая вода	0,0004–0,0044	0,006
Молоко	0,001–0,007	0,0025