Токсиколого-гигиеническая характеристика химических элементов

Свинец– яд высокой токсичности.В земной коре содержится в незначительных количествах. Мировое производство свинца составляет более 3,5 • 10⁶ т в год, и только в атмосферу поступает в переработанном и мелкодисперсном состоянии 4,5 • 10⁵ т свинца в год.

ГОСТ 2874-82 предусматривает содержание свинца в водопроводной воде не выше 0,03 мг/кг, в атмосферном воздухе — 1,5 мкг/м³. Его естественное содержа­ние в растительных и животных продуктах обычно не превышает 0,5 — 1 мг/кг. Больше свинца обнаруживают в хищных рыбах (тун­це—до 2 мг/кг), моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг). Чаще всего повышенное содержание свинца наблюдается в консервах, хранящихся в сборной жестяной таре. Жестяные банки спаивают сбоку и к крышке припоем, содержащим определенное количе­ство свинца. Продукты в такой таре не рекомендуется хранить бо­лее 5 лет. Сильное загрязнение свинцом происходит от сгорания этилированного бензина. Тетраэтилсвинец, добавляемый в коли­честве около 0,1 % в бензин для повышения октанового числа, весьма летуч и более токсичен, чем сам свинец и его неорганичес­кие соединения. Тетраэтилсвинец легко попадает в почву и загряз­няет пищевые продукты. Поэтому продукты, выращенные вдоль автострад, содержат повышенное количество свинца.

В организме взрослого человека усваивается в среднем 10% поступившего свинца, у детей — 30-40 %. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где депонируется (накапливается) в виде трифосфата, который вызывает расстройство желудка.

90 % поступившего свинца выводится из организма с фекалиями, остальное с мочой и другими биологическими жидкостями. Биологический период полувыведения свинца из мягких тканей и органов составляет около 20 дней, из костей — до 20 лет.

Механизм токсического действия свинца определяется по двум основным направлениям:

1) блокада функциональных групп белков, что приводит к ингибированию торможению (активаторы – ускоряют, ингибиторы – тормозят скорость реакции) многих жизненно важных ферментов;

2) проникновение свинца в нервные и мышечные клетки, образование лактата свинца путем взаимодействия с молочной кислотой, затем фосфатов свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения в нервные и мышечные клетки ионов кальция. Развивающиеся на основе этого параличи служат признаками свинцовой интоксикации.

Избыточное содержание свинца в пищевых продуктах отрицательно влияет на кроветворную, нервную, пищеварительную, половую системы организма и почки.

Дефицит в рационе кальция, железа, пектинов, белков или повышенное поступление кальциферола увеличивают усвоение свинца, а следовательно, его токсичность, что необходимо учитывать при организации диетического и лечебно-профилактического питания.

Мероприятия по профилактике загрязнения свинцом пищевых продуктов должны включать государственный и ведомственный контроль за промышленными выбросами свинца в атмосферу, водоемы, почву. Необходимо снизить или полностью исключить при­менение тетраэтилсвинца в бензине, свинцовых стабилизаторах, изделиях из поливинилхлорида, красителях, упаковочных материалах. Немаловажное значение имеет гигиенический контроль за использованием луженой пищевой посуды, а также глазурованной керамической посуды, недоброкачественное изготовление которых ведет к загрязнению пищевых продуктов свинцом.

Кадмий.В природе в чистом виде не встречается, это сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди.

Кадмий широко применяется в различных отраслях промышленности в качестве компонента защитных гальванических покрытий при производстве пластмасс, полупроводников. В некоторых странах соли кадмия используются в ветеринарии как антигельминтные и антисептические препараты. Фосфатные удобрения и навоз также содержат кадмий.

Все это определяет основные пути загрязнения окружающей среды, а, следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Его естественный уровень в пищевых продуктах в 5 – 10 раз ниже, чем свинца.

В нормальных геохимических регионах с относительно чистой экологией содержание кадмия в растительных продуктах составляет, мкг/кг: зерновые — 28-95; горох — 15-19; фасоль — 5-12; картофель — 12-50; капуста — 2-26; помидоры — 10-30; салат — 17-23; фрукты — 9-42; растительное масло — 10-50; сахар — 5-31; грибы — 100-500. В продуктах животного происхождения, в среднем, мкг/кг: молоко — 2,4; творог — 6; яйца — 23-250.

Установлено, что примерно 80 % кадмия поступает в организм человека с пищей, 20'% — через легкие из атмосферы и при курении.

С рационом взрослый человек получает в сутки до 150 и более мкг кадмия на 1 кг массы тела. В одной сигарете содержится 1,5-2,0 мкг кадмия, поэтому его уровень в крови и почках у курящих в 1,5-2,0 раза выше по сравнению с некурящими.

92-94 % кадмия, попавшего в организм с пищей, выводится с мочой, капом и желчью. Остальная часть находится в органах и тканях в ионной форме или в комплексе с низкомолекулярным белком — металлотионеином. В виде этого соединения кадмий не токсичен, поэтому синтез металлотионеина является защитной реакцией организма при поступлении небольших количеств кадмия. Здоровый организм человека содержит около 50 мг кадмия. (Интересно отметить, что в организме новорожденных он отсутствует и появляется к 10 месяцу жизни). Кадмий, как и свинец, не является необходимым элементом для организма млекопитающих.

Попадая в организм в больших дозах, кадмий проявляет сильные токсические свойства. Главной мишенью биологического действия являются почки. Механизм токсического действия кадмия связан с блокадой сульфгидрильных групп белков. Кроме этого, он является антагонистом цинка, кобальта, селена, ингибирун активность ферментов, содержащих указанные металлы. Известна способность кадмия в больших дозах нарушать обмен железа и кальция. Все это приводит к возникновению широкого спектра заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, снижение иммунитета и др. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты кадмия.

Допустимое суточное потребление (ДСП) кадмия составляет 70 мкг/сутки, ДСД (допустимая суточная доза) — 1 мкг/кг массы тела. ПДК кадмия в питьевой воде — 0,01 мг/л. Концентрация кадмия в сточных водах, попадающих в водоемы, не должна превышать 0,1 мг/п. Учитывая ДСП кадмия, его содержание в 1 кг суточного набора продуктов не должно превышать 30-35 мкг.

Важное значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание: преобладание в рационе растительных белков, богатое содержание серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, меди, селена, кальция. Целесообразно исключить из рациона продукты, богатые кадмием. Белки молока способствуют накоплению кадмия в организме и проявлению его токсических свойств.

Ртуть.Один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающий способностью накапливаться в организме растений, животных и человека.

Благодаря своим физико-химическим свойствам — растворимости, летучести — ртуть и ее соединения широко распространены в природе. В земной коре ее содержание составляет 0,5 мг/кг, морской воде — около 0,03 мкг/кг. В организме взрослого человека — около 13 мг, однако необходимость ее для процессов жизнедеятельности не доказана.

Распределение и миграция ртути в окружающей среде осуществляются в виде круговорота двух типов:

1) перенос паров элементной ртути от наземных источников в мировой океан;

2) циркуляция соединений ртути, образуемых в процессе жизнедеятельности бактерий.

Загрязнение пищевых продуктов ртутью может происходить в результате:

1) естественного процесса испарения из земной коры (в количестве 25-125 тыс. т ежегодно);

2) использования ртути в народном хозяйстве — производство хлора и щелочей, металлургия, электротехническая промышленность, медицина и стоматология, сельское хозяйство.

Второй тип круговорота, связанный с метилированием неорганической ртути, является наиболее опасным, поскольку приводит к образованию метилртути, диметилртути, других высокотоксичных соединений, поступающих в пищевые цепи. Метилирование ртути осуществляют аэробные и анаэробные микробы, а также микромицеты, обитающие в почве, в верхнем слое донных отложений водоемов. Предполагают, что метилирование ртути микроорганизмами может осуществляться при определенных условиях в кишечнике животных и человека.

Фоновое содержание ртути в съедобных частях сельскохозяйственных растений составляет от 2 до 20 мкг/кг, редко до 50-200 мкг/кг. Среднее содержание в овощах — 3-59, фруктах — 10-124, бобовых — 8-16, зерновых — 10-103 мкг/кг. Наибольшая концентрация ртути обнаружена в шляпочных грибах — 6-447 мкг/кг, в перезрелых — до 2000 мкг/кг. В отличие от растений, в грибах может синтезироваться метилртутъ.

Фоновое содержание в продуктах животноводства составляет, мкг/кг: мясо — 6-20, печень — 20-35, почки — 20-70, молоко — 2-12, коровье масло — 2-5, яйца — 2-15. С увеличением количества ртути в корме и питьевой воде ее концентрация в органах и тканях существенно возрастает.

Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, которые активно аккумулируются в организме из воды и корма, содержащих другие гидробионты, богатые ртутью. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накап­ливается в печени при достаточном содержании в корме цианкобаламина (витамина В12). У некоторых видов рыб в мышцах содержится белок металлотионеин, с которым ртуть и другие металлы образуют комплексные соединения и накапливаются в организме. При загрязнении рек, морей и океанов ртутью ее уровень в гидробионтах (организмы, постоянно обитающие в воде) намного увеличивается и становится опасным для здоровья человека.

При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов — остается без изменений. Это различие объясняется тем, что в грибах ртуть связана с аминогруппами азотсодержащих соединений, в рыбе и мясе — с серосодержащими аминокислотами.

Токсичность ртути зависит от вида ее соединений, которые по-разному всасываются, метаболизируются и выводятся из организма.

Неорганические соединения выделяются преимущественно с мочой, органические — с желчью и калом. Период полувыведения из организма неорганических соединений — 40 суток, органических — 76.

Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают 50-100 мкг/л, волосах — 30-40 мкг/г, моче — 5-10 мкг/сут. Человек получает с суточным рационом 0,05-0,060 мг ртути. ПДК ртути в водопроводной воде, идущей для приготовления пищи, составляет 0,005 мг/л, международный стандарт — 0,01 мг/л (ВОЗ, 1974).

Мышьяк.Природный мышьяк содержится во всех объектах биосферы: морской воде, земной коре, рыбах и ракообразных — в наи­больших количествах. Фоновый уровень мышьяка в продуктах питания из нормальных геохимических регионов составляет в среднем 0,5-1 мг/кг: в овощах и фруктах — 0,01-0,2, зерновых — 0,006-1,2, говядине и свинине — 0,005-0,05, яйцах — 0,003-0,03, коровьем молоке и кисломолочных продуктах — 0,005-0,01, твороге — 0,003-0,03 мг/кг. Высокая концентрация мышьяка, как и других химических элементов, отмечается в печени, пищевых гидробионтах, в частности морских. В организме человека обнаруживается около 1,8 мг мышьяка.

По данным экспертов ФАО/ВОЗ, суточное поступление мышьяка в организм взрослого человека составляет в среднем 0,05-0,42 мг, т. е. около 0,007 мг/кг массы тела, и может достигать 1 мг в зависимости от его содержания в потребляемых продуктах питания и проникновения из других объектов окружающей среды. ФАО/ВОЗ установила ДСД мышьяка 0,05 мг/кг массы тела, что составляет для взрослого человека около 3 мг/сутки.

Мышьяк, в зависимости от дозы, может вызывать острое и хроническое отравление. Хроническая интоксикация возникает при длительном употреблении питьевой воды с повышенным (0,3-2,2 мг/л) содержанием мышьяка. Разовая доза мышьяка в 30 мг смертельна для человека. Механизм токсического действия мышьяка связан с блокированием тиоловых групп ферментов, контролирующих тканевое дыхание, деление клеток, другие жизненно важные функции. Специфическими симптомами интоксикации считают утолщение рогового слоя кожи ладоней и подошв. Неорганические соединения мышьяка более ток­сичны, чем органические. После ртути мышьяк является вторым по токсичности контаминантом пищевых продуктов. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищевом тракте.

90 % поступившего в организм мышьяка выделяется с мочой. Биологическая ПДК мышьяка в моче равна 1 мг/л, а концентрация 2-4 мг/л свидетельст­вует об интоксикации. В организме он накапливается в эктодермальных тканях — волосах, ногтях, коже, что учитывается при биологическом мониторинге. Биологический период полужизни мышьяка в организме — 30-60 часов. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности организма человека не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения. Терапевтические свойства мышьяка известны более 2000 лет.

Загрязнение продуктов питания мышьяком обусловлено его использованием в сельском хозяйстве в качестве:

1) родентицидов (средства от грызунов),

2) инсектицидов (средства для борьбы с сосущими насекомыми и растительноядными клещами),

3) фунгицидов (химические препараты для уничтожения или предупреждения развития патогенных грибов - возбудителей болезней сельскохозяйственных растений.),

4) древесных консервантов (p-p химикатов, используемый для обработки древесины, после чего она становится более устойчивой к воздействию микроорганизмов и вредителей, а также воздействию влаги.),

5) стерилизатора почвы (химические вещества, применяемые для обеззараживания почвы. Уничтожают почвенных вредителей /проволочников, ложнопроволочников, личинок майского жука и др./, возбудителей болезней /патогенных бактерий, грибов/, семена сорняков).

Мышьяк находит применение в производстве полупроводников, стекла, красителей.

Бесконтрольное использование мышьяка и его соединений приводит к его накоплению в продовольственном сырье и пищевых продуктах, что обусловливает риск возможных интоксикаций и определяет пути профилактики.

Медь.Медь, в отличие от ртути и мышьяка, принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность — 4-5 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях — к смертельному исходу.

В организме присутствуют механизмы биотрансформации меди. При длительном воздействии высоких доз меди наступает «поломка» механизмов адаптации, переходящая в интоксикацию и специфическое заболевание. В этой связи является актуальной проб­лема охраны окружающей среды и пищевой продукции от загрязнения медью и ее соединениями. Основная опасность исходит от промышленных выбросов, передозировки инсектицидами, другими токсичными солями меди, потребления напитков, пищевых продуктов, соприкасающихся в процессе производства с медными деталями оборудования или медной тарой.

Цинк.Содержится в земной коре в количестве 65 мг/кг, морской воде — 9-21 мкг/кг, организме взрослого человека — 1,4-2,3 г/кг.

Цинк как кофактор (вещество, необходимое для каталитического действия того или иного фермента) входит в состав около 80 ферментов, участвуя тем самым в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными симптомами недостаточности цинка являются замедление роста у детей, половой инфантилизм (недоразвитие) у подростков, нарушение вкуса (гипогезия) и обоняния (гипосмия) и др.

Суточная потребность в цинке взрослого человека составляет 15 мг, при беременности и лактации — 20-25 мг. Цинк, содержащийся в растительных продуктах, менее доступен для организма, поскольку фитин (улучшающий питание тканей) растений и овощей связывает цинк (10 % усвояемости). Цинк из продуктов животного происхождения усваивается на 40 %. Содержание цинка в пищевых продуктах составляет, мг/кг: мясо — 20-40, рыбопродукты — 15-30, устрицы — 60-100$ яйца — 15-20, фрукты и овощи — 5, картофель, морковь — около 10, орехи, зерновые — 25-30, мука высшего сорта — 5-8, молоко — 2-6 мг/л.

В суточном рационе взрослого человека содержание цинка составляет 13-25 мг. Цинк и его соединения малотоксичны. Содержание цинка в воде в концентрации 40 мг/л безвредно для человека.

Вместе с тем возможны случаи интоксикации при нарушении использования пестицидов, небрежного терапевтического применения препаратов цинка. Признаками интоксикации являются тошнота, рвота, боль в животе, диарея. Отмечено, что цинк в присутствии сопутствующих мышьяка, кадмия, марганца, свинца в воздухе на цинковых предприятиях вызывает у рабочих «металлургическую» лихорадку.

Известны случаи отравления пищей или напитками, хранившимися в железной оцинкованной посуде. Такие продукты содержали 200-600 мг/кг и более цинка. В этой связи приготовление и хранение пищевых продуктов в оцинкованной посуде запрещено. ПДК цинка в питьевой воде — 5 мг/л, для водоемов рыбохозяйственно-го назначения — 0,01мг/л.

Олово.Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем пищевые продукты содержат этот элемент до 1-2 мг/кг, организм взрослого человека — около 17 мг олова, что указывает на возможность его участия в обменных процессах.

Количество олова в земной коре относительно невелико. При поступлении олова с пищей всасывается около 1 %. Олово выводится из организма с мочой и желчью.

Неорганические соединения олова малотоксичны, органические — более токсичны, находят применение в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов, в химической промышленности — как стабилизаторы поливинилхлоридных полимеров. Основным источником загрязнения пищевых продуктов оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы, другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации. Активность перехода олова в пищевой продукт возрастает при температуре хранения выше 20 °С, высоком содержании в продукте органических кислот, нитратов и окислителей, которые усиливают растворимость олова.

Опасность отравления оловом увеличивается при постоянном присутствии его спутника — свинца. Не исключено взаимодействие олова с отдельными веществами пищи и образование более токсичных органических соединений. Повышенная концентрация олова в продуктах придает им неприятный металлический привкус, изменяет цвет. Имеются данные, что токсичная доза олова при его однократном поступлении — 5-7 мг/кг массы тела, т. е. 300-500 мг. Отравление оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота и др.), отрицательно влияет на активность пищеварительных ферментов. Действенной мерой предупреждения загрязнения пищи оловом является покрытие внутренней поверхности тары и оборудования стойким, гигиенически безопасным лаком или полимерным материалом, соблюдение сроков хранения баночных консервов, осо­бенно продуктов детского питания, использование для некоторых консервов (в зависимости от рецептуры и физико-химических свойств) стеклянной тары.

Железо.Занимает четвертое место среди наиболее распространенных в земной коре элементов (5 % земной коры по массе).

Этот элемент необходим для жизнедеятельности как растительного, так и животного организма. У растений дефицит железа проявляется в желтизне листьев и называется хлорозом, у человека вызывает железодефицитную анемию, поскольку двухвалентное железо — кофактор в гемсодержащих ферментах, участвует в образовании гемоглобина. Железо выполняет целый ряд других жизненно важных функций: перенос кислорода, образование эритроцитов, обеспечивает активность некоторых ферментов.

В организме взрослого человека содержится около 4,5 г железа. С одержание железа в пищевых продуктах колеблется в пределах 0,07-4 мг/100 г. Основным источником железа в питании являются печень, почки, бобовые культуры (6-20 мг/100 г). Потребность взрослого человека в железе составляет около 14 мг/сут, у женщин в период беременности и лактации она возрастает.

Железо из мясных продуктов усваивается организмом на 30 %, из растений — 10%. Последнее объясняется тем, что растительные продукты содержат фосфаты и фитин, которые образуют с железом труднорастворимые соли, что препятствует его усвояемости. Чай также снижает усвояемость железа в результате связывания его с дубильными веществами в труднорастворимый комплекс.

Несмотря на активное участие железа в обмене веществ, этот элемент может оказывать токсическое действие при поступлении в организм в больших количествах. Так, у детей после случайного приема 0,5 г железа или 2,5 г сульфата железа наблюдали состояние шока. Широкое промышленное применение железа, распространение его в окружающей среде повышает вероятность хронической интоксикации. Загрязнение пищевых продуктов железом может происходить через сырье, при контакте с металлическим оборудованием и тарой, что определяет соответствующие меры профилактики.

Лекция 4