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

Действие кадмия на рыб

Наиболее токсичны для рыб и других гидробионтов растворимые соединения кадмия. Среднесмертельные концентрации кадмия для лосося, форели и карпа в мягкой воде составляют от 0,05 до 0,24 мг/л (экспозиция 96 ч). Соответствующие концентрации для кумжи и щуки примерно в 2 раза, а для окуня и гольяна в 5 раз выше, чем для форели. В жесткой воде токсические концентрации увеличиваются в 20–30 раз, а с повышением температуры, снижением содержания кислорода и рН воды токсичность кадмия усиливается. Хроническое отравление форели, сопровождающееся накоплением кадмия в жабрах, печени и почках до 3–16 мг/кг, наступает при концентрациях более 0,01 мг/л в течение 10–20 недель. Установлен синергизм кадмия и меди, суммирование действия кадмия и цинка. Токсические границы кадмия для гаммарусов и дафний 0,5 мг/л. В концентрации 0,1 мг/л он задерживает самоочищение воды.

Симптомы и патоморфологические изменения. Кадмий обладает местно-раздражающим и резорбтивным действием. При остром отравлении хлористым кадмием обнаруживают гиперплазию и распад респираторного эпителия жабр, эпидермиса кожи, некробиоз кишечника и проксимальных канальцев почек, гемопоэтической ткани. Хроническая интоксикация выражается замедлением роста, некробиотическими изменениями в жабрах, почках, печени, гемопоэтической ткани, отмечены образование доброкачественной опухоли в почках и деформация позвоночника.

Токсическое действие кадмия на организм человека

Кадмий чрезвычайно опасен для человека в любой форме и относится к веществам первого класса опасности. Он оказывает негативное воздействие на живые организмы даже в следовых количествах. Согласно данным Института продуктов питания Австрии именно кадмий, а не ртуть и свинец, является самым опасным тяжелым металлом [9]. Он проявляет сильно выраженные токсические свойства в очень низких концентрациях.

Кадмий – биологический конкурент цинка. Он может также замещать в организме кальций, нарушая тем самым физиологические процессы поглощения кальция [16]. Блокада кальциевой проводимости мембраны нейронов кадмием приводит к снижению электронной возбудимости нейронов, вызывает дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом в печени и почках) и нарушает кальциево-фосфорный обмен. Кадмий способен ингибировать ионный транспорт, индуцировать синтез металлотионинов – низкомолекулярных белков, в состав которых входит цистеин. Это своеобразная ответная реакция организма на токсическое действие Cd2+ [печень и почки увеличивают синтез металлотионинов, которые связывают ионы кадмия в прочные комплексные соединения]. Ионы кадмия соединяются с карбоксильными, аминными и сульфгидрильными группами, имеющимися в молекулах белков, и таким путем задерживаются в организме. Аккумуляция кадмия резко усиливается при недостатке железа. Поэтому женщины, которые в результате менструаций регулярно теряют вместе с кровью железо, более подвержены отравлению кадмием, чем мужчины. Особой опасности подвергаются беременные, у которых потребность в железе еще выше из-за того, что плод накапливает в своей печени запасы железа, необходимые ему для первых месяцев жизни после рождения.

Наиболее чувствительным и поражаемым органом являются почки. После достижения пороговой концентрации – около 0,2 мг Cd на 1 г массы почек – появляются симптомы тяжелого отравления и почти неизлечимого заболевания, сопровождающегося повышенным выделением белка с мочой, почечной недостаточностью, одышкой и малокровием. При накоплении в почках избыточный кадмий выступает в конкуренцию с цинком, тормозя действие цинксодержащих ферментов и нарушает нормальное функционирование почек.

В печени кадмий блокирует ферментные системы, содержащие сульфгидрильные группы. На опытах с животными было показано, что воздействие кадмия приводит к гепатиту и циррозу печени.

Наряду с поражением почек и печени, повышение содержания кадмия в организме приводит к поражению нервной системы, нарушению функции поджелудочной железы и половых органов; позже возникают острые боли в костях скелета и ногах.

В Японии у людей, длительно получавших повышенные количества кадмия с пищей, была обнаружена болезнь, получившая название «итай-итай» или «ох-ох» [2]. Заболело около 3 тысяч человек, в основном болели женщины в возрасте после 40 лет, особенно много рожавшие, в организме которых наблюдался дефицит кальция. Это заболевание характеризовалось сильными болями в пояснице, мышцах ног, нарушением функции почек, деформацией скелета, переломами костей при самых незначительных напряжениях, например, переломами ребер при кашле. Спустя несколько лет более 150 человек умерли. Как было установлено, причиной этого заболевания явилось загрязнение рисовых полей сточными водами цинкового рудника, содержащими значительное количество кадмия. В рисе, являющемся основным продуктом питания японцев, концентрация кадмия составляла от 0,6 до 1 мг/кг продукта. Накапливаясь в организме человека, кадмий, замещая в костях кальций, нарушает фосфорно-кальциевый обмен, и кости размягчаются иногда настолько, что лопаются от глубокого вздоха. Страх перед кадмием привел к резкому уменьшению его использования в Японии.

В США случаи заболевания болезнью «итай-итай» были зарегистрированы при употреблении в пищу сахарного горошка, загрязненного значительными количествами кадмия.

Хроническая кадмиевая интоксикация часто сопровождается нарушением углеводного обмена и гипергликемией, снижением содержания в крови железа, кальция, фосфора.

Постоянное вдыхание кадмия приводит к эмфиземе легких. Действуя на кожу, кадмий вызывает дерматит. Замечено, что в городах, атмосфера которых содержит относительно больше кадмия, выше смертность среди страдавших сердечно-сосудистыми заболеваниями. Кадмий способен повышать кровяное давление – увеличивается число инсультов.

В зоне влияния металлургического комбината, где происходит загрязнение атмосферы кадмием и другими тяжелыми металлами, выявлены значительные нарушения репродуктивной функции (самопроизвольные аборты, токсикозы беременности, осложнения при родах, врожденные уродства и т.п.) [13].

В других случаях у работниц, подвергшихся воздействию кадмия, не обнаружено каких-либо уродств у новорожденных, хотя в среднем вес младенцев оказался ниже, чем у контрольной группы матерей, не подвергавшихся воздействию кадмия. В отдельных случаях, однако, у детей наблюдался рахит.

При небольших концентрациях кадмия плацента играет роль своеобразного барьера и не пропускает кадмий. Высокие же концентрации кадмия разрушают плаценту и металл может свободно попадать в эмбрион.

Имеются достоверные доказательства канцерогенной опасности кадмия. Люди, работающие в контакте с кадмием, чаще умирали от рака легкого и простаты.

Повсеместное загрязнение окружающей среды кадмием требует особого внимания к мерам по предупреждению попадания в организм человека этого весьма опасного ксенобиотика.

Подсчитано, что примерно у 5% населения таких промышленно развитых стран, как США и Япония, концентрация кадмия достигла уже критического уровня.

Признаками отравления кадмием являются: сладковатый вкус во рту, сухость, боль в горле, кашель, желтая кайма на зубах, головная боль с головокружением, лихорадочное состояние, слабость, боль в подложечной области,. Симптомы острого отравления солями кадмия – рвота и судороги.

1.3. Свинец и его соединения

Источники поступления свинца в окружающую среду

Из природных источников в окружающую среду ежегодно поступает до 230 тысяч тонн свинца. Это вулканическая деятельность, переносимые ветром частицы почвы, морские солевые аэрозоли, лесные пожары, биогенные континентальные частицы и летучие вещества [17].

Основными антропогенными источниками загрязнения окружающей среды являются: выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (до 260 тыс. тонн в год), на долю которых в США приходится более 90% всех антропогенных выбросов свинца; металлургические предприятия (ежегодный выброс до 90 тысяч тонн); высокотемпературные технологические процессы, среди которых сжигание каменного угля поставляет в окружающую среду 27,5 – 35 тыс. тонн, а нефти и бензина почти 50% всего антропогенного загрязнения этим металлом [5]. Загрязнение окружающей среды происходит и от огромного числа содержащих свинец красителей. Около 50% краски с поверхности, покрытой свинцовым красителем, осыпается и выветривается приблизительно за 7 лет. В связи с этим вокруг домов и других предметов, окрашенных такими красителями, отмечается сильное загрязнение почвы и воды свинцом. Бытовые отходы городов, содержание свинца в которых составляет около 450 мг на человека в сутки, в связи с использованием их в качестве удобрений также являются источником загрязнения окружающей среды этим металлом.

Загрязнение природных вод свинцом

Среднее содержание свинца в речной воде составляет 1 – 10 мкг/л. В морской воде концентрация свинца меньше (0,08 – 0,4 мкг/л) и убывает с глубиной. Свинец присутствует в воде в виде тонкой взвеси. Невысокое содержание свинца в природных водах связано с его осаждением и комплексообразованием с органическими и неорганическим лигандами и возвращением в земную кору. Значительное количество реакционноспособной формы свинца возникает за счет биохимического фактора, в частности, деятельности микроорганизмов.

Аномально большое содержание свинца отмечается в природных водах вблизи полиметаллических месторождений (более 100 мкг/л) и крупных промышленных центров. В Балтийское море ежегодно поступает 5400 тонн Pb, причем 75% этого количества попадает из воздуха. В реках, протекающих через крупные города, содержание свинца часто превышает ПДК, которое составляет 0,03 мг/л. Общее содержание свинца в атмосферных осадках в районах интенсивного промышленного производства иногда достигает 1 мг/л, приводя к серьезному загрязнению снежного покрова, почв и природных вод. Все это сказывается и на качестве питьевой воды. Так, по данным ВОЗ, концентрация свинца в системах водоснабжения крупных городов США изменяется от следов до 0,062 мг/л при считающейся безвредной для человека концентрации 0,05 мг/л.

Растворимость свинца в воде резко возрастает при повышении кислотности (примерно в 4 раза при уменьшении рН от 6 до 4), несколько меньше – при повышении щелочности, а также при увеличении температуры и снижении концентрации кальция. Зарегистрировано также повышение количества свинца в воде после длительного пребывания в некоторых видах пластиковых изделий. Источником этого металла в данном случае может быть стеарат свинца, используемый в качестве стабилизатора при производстве поливиниловых пластмасс.

Загрязнение свинцом продуктов питания

Исследованиями установлено, что в организм человека свинец поступает с продуктами растительного и животного происхождения, с водой, а также при дыхании. Среднее поступление свинца в организм взрослого человека с пищей составляет от 113 до 505 мкг/сут., причем около 2/3 всего поглощаемого количества человек получает с растительной пищей, прежде всего с листовыми и стеблевыми овощами и корнеплодами. Свинец обнаружен в молочном порошке (до 2 мг/кг при ПДК в пищевых продуктах от 0,4 до 1,0 мг/кг) [5]. Кроме этих источников, дети могут получать свинец также с грудным молоком.

Согласно одной из теорий, объясняющих упадок могущества Древнего Рима, использование свинцового водопровода, кухонной посуды и сосудов для питья привело к хронической свинцовой интоксикации знати и интеллигенции, что подтверждается обнаружением большого количества свинца в скелетах из захоронений того времени [1]. Опыты с керамическими сосудами, покрытыми свинцовой глазурью, показали, что один литр фруктового сока или вина, находящегося в таком сосуде в течение одного дня, содержал столько свинца, что маленький ребенок, выпив этот сок, мог бы получить смертельное свинцовое отравление. По данным ВОЗ, в пробах некоторых вин содержание свинца составляло от 60 до 299 мкг/л.

Свинец в пищевых продуктах может появиться при хранении продуктов в металлической таре, в которой использован свинцовый припой, а также в пластмассовой посуде, не предназначенной для пищевых продуктов и в производстве которой применялись свинцовые стабилизаторы. В соответствии с санитарными нормами при лужении пищевой металлической посуды содержание свинца в олове не должно превышать 1 %, что гарантирует отсутствие вследствие миграции из внутренних швов посуды свинца даже в виде следов.

Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной.

В таблице 3 показаны пределы и норма содержания свинца в основных продуктах питания [2].

Таблица 3

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

Действие свинца на рыб

Рыбы высоко чувствительны к загрязнению свинцом воды, особенно такие, как радужная форель, минога, трехиглая колюшка. Они реагируют на присутствие свинца в минимальном количестве и поэтому могут служить индикатором загрязнения свинцом водной среды.