«Химия и здоровье человека»

«Химия и здоровье человека»

Элементы главной подгруппы IV группы (подгруппа углерода) Свинец и здоровье человека.

Содержание свинца в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 120–400 мг.

Источники поступления свинца в организм человека

Органические соединения свинца поступают в организм человека через кожу и слизистые оболочки с пищей и водой, неорганические (например, содержащиеся в выхлопных газах) – через дыхательные пути и пищеварительный тракт.
1. Больше половины всего поступающего в организм свинца приходится на воздух. Ежедневно житель города вдыхает 20 м³ воздуха с содержанием свинца 2•10–3 мг/м³. 

Немалый вред приносит автотранспорт. Быстрый рост числа автомобилей в последние годы привел к тому, что в некоторых городах, где нет ни обогатительных комбинатов, ни металлургических заводов, за год в воздух выбрасывается до 8 тыс. т свинца, что превышает допустимый уровень. Анализ атмосферного воздуха в 100 городах нашей страны в 1993 г. показал, что средняя концентрация свинца составила 0,08 мкг/м³, причем в 80% взятых проб она превышала предельно допустимые значения (например, в воздухе кварталов вблизи аккумуляторного завода в Санкт-Петербурге в 10 раз). В волосах детей, проживающих около такого завода в Курске, концентрация свинца составила 48 мкг/г.
Основные растения – индикаторы на содержание в воздухе свинца: тсуга канадская, вяз гладкий, боярышник обыкновенный, овсяница, орхидеи, растения семейства бромелиевых.
2. С ежедневным приемом пищи в организм поступает свинца 0,06–0,5 мг. В продуктах растительного и животного происхождения естественное содержание свинца не превышает 0,5–1,0 мг/кг. В больших количествах он содержится в хищных рыбах, например в тунце (до 2,0 мг/кг), в моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг). Токсическая доза свинца – 1 мг, летальная – 10 г.
3. Свинец попадает в организм при употреблении консервов, помещенных в сборную жестяную тару, которую спаивают припоем, содержащим определенное количество свинца. Это может произойти, когда пайка некачественная (образуются брызги припоя). И даже специальный лак, которым покрывают консервные банки, тоже не помогает. Имеются случаи, когда в консервах из этой тары свинец накапливается до 3 мг/кг и даже выше, особенно при длительном хранении, что представляет опасность для здоровья. Поэтому продукты в жестяной таре следует хранить не более 5 лет. Анализы отечественных консервов показали превышение в них допустимого уровня свинца.
4. Много свинца в пищевых продуктах, выращенных вдоль автомагистралей. Свинец образуется при сгорании этилированного бензина (бензина, содержащего тетраэтилсвинец¹) и легко проникает в почву. Соединения свинца добавляют к бензину для улучшения работы двигателя. Вдоль дорог следует сажать лесные полосы, а не плодовые деревья. Например, в Дании после запрещения использования в автомобилях этилированного бензина естественный уровень свинца в основных овощах (картофель, морковь, лук) сократился в 2–3 раза.
Организм получает с пищей до 45 мкг свинца, в организме задерживается 16 мкг (что составляет 40% всего количества свинца, поступающего в организм человека за день). У взрослых усвояемость свинца до приема пищи составляет 60–80%, после еды – 6%, а у детей – до 50% даже после еды.
Поглощенный свинец проникает в кровь, распределяется в костных (до 90%) и мягких (печень, почки, мозг) тканях, а также в волосах, ногтях и зубах. Более активно свинец усваивается при дефиците в организме соединений железа, кальция, цинка и при повышенном поступлении витамина D.
Для связывания и быстрого выведения свинца желательно использовать продукты, богатые пектином (овощи и фрукты), которые не подвергались термической обработке. Специфическое средство для снижения содержания свинца – кисломолочные продукты. Они связывают свинец и препятствуют его накоплению в крови и костной ткани. После попадания свинца в организм человека часть его выводится с мочой, а часть (в зависимости от возраста, рациона питания и ряда других факторов) остается в организме.
Биологический период его полувыведения из костей – 20 лет.
По данным недавних обследований, почва большинства российских городов содержит свинца в среднем 30 мг/кг. Содержание свинца в почве значительно выше там, где расположены предприятия, связанные с его использованием.

Токсические свойства свинца

Неорганические соединения свинца (Рb²⁺) нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов, вызывая у детей умственную отсталость и заболевания мозга. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. Органические соединения свинца еще более токсичны. Степень отравления свинцом определяют по уровню его содержания в крови. Безопасным уровнем считается (0,2–0,8)•10–4%. Свинец оказывает необратимое воздействие на нервную и репродуктивную системы, вызывает анемию. В высоких концентрациях (80–100 мкг/100 дл крови) он приводит к разрушению эритроцитов и ухудшению работы почек у детей.
При отравлениях, особенно сильных, свинец из организма выводят методами хелатотерапии (введение хелатных соединений, избирательно связывающих свинец).
В компонентах трофической цепи происходит сильное возрастание концентрации этого элемента. Человек, представляющий собой одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического воздействия тяжелых металлов вследствие возрастания биологической аккумуляции вдоль пищевой цепи.

Применение соединений свинца в медицине

«Свинцовая вода», или свинцовая примочка – 2%-й водный раствор основного ацетата свинца Рb(ОН)(СН₃СОО), – наиболее распространенное средство при ушибах. Она оказывает охлаждающее действие и предотвращает образование кровоподтеков, т. к. обладает высокой теплопроводностью. Однако применять ее нельзя, если на коже образовались ссадины и порезы.
Знаете ли вы, что...

• В штате Виргиния (США) исследовали захоронения 2000-летней давности. Оказалось, что скелеты рабовладельцев содержат значительно больше свинца, чем кости рабов. Это объясняется тем, что рабы пользовались дешевой деревянной посудой и воду пили прямо из колодцев, а рабовладельцы – из свинцовых сосудов.
• Существует мнение, что упадок Римской империи произошел из-за массового отравления людей свинцом. Известно, что водопроводы Древнего Рима были сделаны из свинца. Свинец использовали и для изготовления чанов, в которых хранили вино. Для улучшения вкуса плохого вина также добавляли свинец.
• Рабочих, занятых на производстве в ХVII–XVIII вв., называли обреченными. Свинцовые белила 2PbCO₃•Pb(OH)₂ – токсичное соединение². Кроме того, пыль свинца, попадая в организм человека через легкие и кожу, вызывает смертельное отравление. Один-два года непрерывной работы в таких условиях заканчивались смертельным исходом.
• Из летописи Киево-Печерской лавры известно, что инок Алимний, первый из прославившихся художников (умер в 1114 г.), применял свинцовые белила не только как краску, но и как мазь для лечения кожных болезней.
• Во время охотничьих сезонов в реки и озера попадает большое количество свинца в виде свинцовой дроби. Свинец накапливается в простейших микроорганизмах, вместе с кормом попадает в желудки рыб и птиц, а потом и на наш обеденный стол. 20–30% уток страдают свинцовым отравлением, мясо их ядовито.
• Грибы обладают способностью к накоплению опасных для здоровья людей соединений металлов. Свинца в грибах может быть в 30–50 раз больше, чем в почве под ними.
• Чеснок используется как профилактическое и лечебное средство при хроническом свинцовом отравлении.

Знаете ли вы, что...

• Титан и цирконий действуют на систему верхних дыхательных путей и могут снижать содержание гемоглобина.

_________________

Элементы побочной подгруппы II группы (окончание)

Ртуть и здоровье человека

Ртуть – яд кумулятивного действия, способна накапливаться в организме, главным образом в жировых тканях, вызывает уродства у детей. Токсическая доза составляет 0,4 мг, летальная – 150–300 мг.

Токсические свойства ртути

В отличие от многих веществ, которые в газовой фазе находятся в форме двух-, трех- и четырехатомных молекул, ртуть существует в виде атомов Нg. Попадая в легкие, пары ртути проникают в кровеносную систему и вступают в химическое взаимодействие с белками-ферментами, биокатализаторами, которые осуществляют в нашем организме тысячи химических процессов. Одни ферменты, связавшись атомами ртути, теряют свои каталитические свойства, а другие – начинают ускорять реакции, продуктами которых являются вещества, отравляющие организм.
Так или иначе, каждый из нас имеет дело c ртутью. Всем нам приходится измерять температуру тела. Возможна такая ситуация, когда при измерении температуры градусник выпадает у вас из рук и... разбивается. Мельчайшие капельки ртути рассыпаются по полу. Обстоятельства осложняются, если это происходит в помещении, где паркетный пол: тогда капельки попадают в щели между планками. Концентрация ртути становится больше ПДК примерно в 100 раз. В этом случае необходимо выполнить ряд действий для предотвращения хронического отравления обитателей комнаты:
1. Собрать с помощью медной (латунной) проволоки (пластинки) или листочков фольги («серебряной», оловянной бумажки от конфет) вытекшую ртуть. К медной и оловянной поверхности жидкая ртуть, смачивая ее, прилипнет. Для этого также можно воспользоваться обыкновенной медицинской грушей. После сбора капель места, где могла задержаться ртуть, надо засыпать порошком серы или алюминиевой пылью или же залить раствором хлорида железа (III).
2. Поместить в стеклянную баночку все собранные шарики и отвезти на ближайшую санитарно-эпидемиологическую станцию.
3. Место, где находилась ртуть, протереть влажной тряпкой, после чего тщательно вымыть руки (а тряпку выбросить).
Опасность хронического отравления ртутью заключается в том, что человек в течение длительного времени не обнаруживает признаков расстройства здоровья. В это время и происходит развитие тех биологических изменений, результатом которых становятся тяжелые последствия, а именно: повышенная возбудимость, острые головные боли, общая слабость, повышенная утомляемость, прогрессирующее ослабление памяти, обмороки. Позже начинают дрожать руки, веки, в тяжелых случаях – ноги. Эти признаки хронического отравления ртутью могут сопровождаться разрыхлением десен, выпадением зубов и волос, расстройством пищеварительного тракта.
Организм детей и женщин более чувствителен к воздействию ртути, чем организм мужчин.
Арабские алхимики и врачи, не знавшие о пагубных последствиях нахождения в помещении со ртутью, заметили, что скорпионы покидают жилище, в котором разлита ртуть. Это происходит потому, что ферментные белки скорпиона отличаются от человеческих. Молекулы тканей скорпиона немедленно «ощущают» действие атомов ртути, например, на ферменты, обеспечивающие процесс дыхания. Было бы неплохо иметь и человеку такую «сигнальную систему раннего реагирования» на наличие в воздухе паров ртути. А пока ничтожное содержание ртути в воздухе лабораторий и промышленных предприятий химики определяют на основе чувствительных цветовых реакций.
Ртуть – единственный (в природных условиях) жидкий металл, который испаряется даже при комнатной температуре. Ее пары имеют свойство равномерно распространяться по всему объему, сорбируясь тканями, деревянными изделиями и материалами различных конструкций. При температуре выше 28 °С ртуть начинает испаряться и ее пары снова попадают в воздух. Поэтому ее действие всеобъемлюще: она загрязняет почву, воздух и воду.
Если металлическая ртуть по разным причинам попадает в организм человека, отравляющего эффекта не наблюдается. В литературе описывается случай, когда в кровь человека попало несколько миллилитров ртути. Жидкая ртуть в течение девяти лет обнаруживалась при рентгеноскопии в желудочке сердца и на поверхности легких. Но признаков ртутного отравления не наблюдалось.
Известно, что в старину заворот кишок лечили, давая больному выпить стакан ртути. Основная масса ртути, пройдя через кишечник, выводится из организма, но капельки ее задерживались в организме, не вызывая негативных последствий.
Возникает вопрос: как объяснить то обстоятельство, что инертный металл, встречающийся в природе в самородном виде, который в обычных условиях не окисляется кислородом, не взаимодействует с водой и щелочами, не растворяется в большинстве кислот (растворяется только в царской водке, горячей концентрированной H₂SO₄ и HNO₃), вдруг проявляет ядовитые свойства?
Необходимо различать действия металлической ртути, ее паров и солей.
Наиболее токсичны соли Hg²⁺, например сулема HgCl₂. Если в организм попадают соли Hg²⁺, то немедленно возникает рвота и наступает упадок сердечной деятельности, резкое понижение температуры тела и обморок.
Металлическая ртуть практически безвредна для живых существ, т. к. в организме процесс образования иона двухвалентной ртути Hg – 2e = Hg²⁺, который и может вызвать отравление, не происходит.
Токсичность паров ртути объясняется изменением химических свойств вещества при его измельчении, в предельном случае – атомизации вещества, которая является очень эффективным способом повышения его химической активности.
Соединения одновалентной ртути менее токсичны, чем соединения двухвалентной ртути.
Наиболее опасны для живого органические соединения ртути, например ионы метилмеркулхлорида CH₃HgCl.
Соединения одновалентной ртути обладают низкой растворимостью в воде, соединения двухвалентной ртути, напротив, водорастворимы. Ртутьорганические соединения хорошо растворяются в жирах. Диметилртуть (СН₃)₂Hg летуча и легко впитывается кожей.

Нахождение ртути в живых организмах

В молодых животных ртути меньше, чем в старых. В хищниках больше, чем в объектах, которыми они питаются. Особо «отличившиеся» рыбы – тунец – содержат до 0,7 мг/кг и более. Отсюда следует, что в питании не следует злоупотреблять хищной рыбой. В Японии сброс отходов промышленности в р. Агано и залив Минамата привел в 1960-х гг. к обогащению ртутью рыб, крабов и устриц. Употребление их в пищу вызвало сильнейшее отравление местных жителей. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен, поскольку на дне моря лежит ~600 т ртути. «Накопителем» ртути являются почки животных (до 0,2 мг/кг). Но если при приготовлении почек их неоднократно вымачивать, меняя воду, и дважды их выварить, то можно снизить содержание ртути примерно в 2 раза.
В растительных продуктах ртуть больше всего содержится в орехах, в какао-бобах и шоколаде (до 0,1 мг/кг). В большинстве остальных продуктов содержание ртути не превышает 0,01–0,03 мг/кг. С пищей человек в сутки получает ее 20 мкг. Ртуть, попав в организм, сосредоточивается в почках и нарушает их нормальную деятельность.
С 1819 г. амальгаму (сплав ртути с каким-либо металлом, чаще всего с серебром, оловом или медью) применяют для пломбирования зубов. И до сих пор она остается лучшим материалом для лечения некоторых случаев кариеса. Немецкие стоматологи выяснили, каким образом она влияет на организм человека. Оказалось, что в день из пломбы в организм просачивается ~5 мкг ртути. Это количество безопасно в сравнении с тем, сколько ее поступает в организм при активном и пассивном курении.
При приеме препаратов ртути внутрь возникает острое отравление. Симптомы отравления обусловлены:
а) раздражающим и прижигающим действием соединений ртути на желудочно-кишечный тракт;
б) всасыванием (резорбцией) ионов ртути;
в) действием ртути на органы выделения.
Раздражающее и прижигающее действия препаратов ртути на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта развиваются вскоре после приема препаратов внутрь. При этом появляются металлический вкус и чувство жжения во рту, боли в животе, тошнота и рвота (нередко с примесью крови), усиливается слюноотделение. В первые часы отравления в связи с резким раздражением желудочно-кишечного тракта и возникновением в нем острых болей может развиться шок.
Всасывание ионов ртути происходит уже в первые часы отравления и влияет на центральную нервную систему (вначале происходит ее возбуждение, судороги, затем ее угнетение), наблюдается нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы (сердечная слабость, падение артериального давления, слабый и частый пульс) и функции почек (вначале усиление, затем уменьшение мочеотделения). Ионы ртути всасываются преимущественно слизистыми оболочками пищеварительного тракта и почками, в связи с чем у пострадавших развиваются стоматит, язвенный колит и поражение почек.
Действие ионов ртути на органы выделения развивается на 2-е–3-и сутки от момента приема яда.

Помощь при острых отравлениях препаратами ртути

1. Предпринять меры к удалению яда и предупреждению его всасывания из желудочно-кишечного тракта. Для этого пострадавшему необходимо дать внутрь молоко, яичный белок (для связывания ртути с белком).
2. Осторожно промыть желудок водой с активированным углем.
3. Принять внутрь активированный уголь и солевое слабительное (сульфат магния).
4. Для предупреждения всасывающего действия ионов ртути рекомендуется как можно раньше начать парентеральное (например, посредством инъекции) введение антидотов (противоядие). В качестве антидотов при отравлении ртутью используют унитиол и тиосульфат натрия. Принцип действия унитиола заключается в том, что этот антидот, являясь веществом, содержащим SH-группы (сульфгидрильные группы), связывает ионы ртути. Тем самым предупреждают блокирование ртутью SH-групп белков и ферментов организма. Действие тиосульфата натрия сводится к тому, что ионы ртути образуют с этим веществом неядовитые соли.
Знаете ли вы, что...

• В прошлом веке около 120 человек, производивших золочение Исаакиевского собора в Петербурге, получили смертельные отравления. Купола золотили, натирая металлическую кровлю амальгамой золота – раствором золота в ртути. Смертельное отравление было вызвано парами ртути, которыми ежедневно дышали рабочие. Это произошло потому, что рабочие и руководство плохо знали токсические свойства ртути и не обратили внимание на симптомы начавшегося отравления: отсутствие аппетита, головные боли и желудочные расстройства.
• В средние века отравление ртутью получило название «болезнь сумасшедшего шляпочника», т. к. заболевали мастера, применявшие ртутные препараты при изготовлении фетровых шляп.
• В 140 г. н. э. китайский алхимик Вый Поян занимался изготовлением «пилюль бессмертия». Их состав – сульфид ртути. Эти пилюли он принимал сам, давал их ученикам и своей любимой собаке. Все они, конечно, умерли.
• С увеличением кислотности воды в озере на 1 единицу рН концентрация ртути в тканях рыб повышается в среднем на 0,14 мг/кг. В Швеции и США рыболовам рекомендовано возвращать в озеро пойманную рыбу, если ее возраст более трех лет.
• Одним из широко распространенных источников ртути являются всем известные люминесцентные лампы. Одна такая лампа дневного света содержит ~150 мг ртути и, выброшенная на свалку и лишившаяся герметичности, способна загрязнить ртутью 500 тыс. м³ воздуха на уровне ПДК. Только московский завод ЗИЛ ежегодно отправлял на свалки 200 тыс. отработанных ртутных ламп.