Воздействие загрязняющих веществ (ионов металлов) на человека и животных (распределение в организме и токсичность)
Геохимия окружающей среды связана с распределением химических элементов в атмосфере, гидросфере и литосфере Земли. Особый интерес представляет мониторинг металлов, содержание которых во всех средах увеличивается в результате добычи минералов и полезных ископаемых из литосферы, а также благодаря технологическим процессам. Подобное изменение подвергает локальную биосферу риску дестабилизации, а также опасно для здоровья людей, поэтому эти металлы классифицируют как потенциально опасные.
Обнаруживается двойственная роль ионов металлов, которую они играют в физиологии: некоторые из них необходимы для нормального течения жизни, в то время как большинство из них токсичны при повышенных концентрациях и, следовательно, вредно влияют на активность живых организмов.
Металлы легко реагируют с биологическими молекулами, особенно с белковыми макромолекулами. Это обусловлено тем, что ионы металлов высоко реакционоспособны, а в белковых макромолекулах имеются многочисленные функциональные группы.
Металлы обнаруживают широкое токсичное действие. Некоторые из них оказывают явно выраженное действие на многочисленные органы-мишени примерно в одинаковых дозах; в других случаях наиболее чувствительный орган бывает трудно идентифицировать.
Проанализировать абсорбцию, распределение и токсичность иона металла (на примере цинка) в организме человека и животных.
Цинк - элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк при нормальных условиях - хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).
Цинк относят к тяжёлым металлам. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность. В современной цветной металлургии различают тяжелые цветные металлы - плотностью 7,14 - 21,4 г/см3 в их число входит цинк (плотность -7,133 г/см3). Представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относится и цинк. В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей. Аэрозоли цинка состоят преимущественно их субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии. Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте. В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки.
Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде газов и аэрозолей (возгона металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полуудаления цинка - до 500 лет.
Аэрозольные загрязнения, поступающие в атмосферу, удаляются из нее путем естественных процессов самоочищения. Важную роль при этом играют атмосферные осадки. В итоге выбросы промышленных предприятий в атмосферу, сбросы сточных вод создают предпосылки для поступления тяжелых металлов в почву, подземные воды и открытые водоемы, в растения, донные отложения и животных. Атмосферный путь поступления химических элементов в окружающую среду городов является ведущим.
Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы.
Абсорбция, распределение и экскреция цинка в организме. Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк – обязательная составная часть фермента крови карбоангидразы. Этот фермент содержится в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в легких. Кроме того, она помогает превратить часть CO2 в ион НCO3, играющий важную роль в обмене веществ. Длительное потребление добавок цинка (более 150 мг/сут) приводит к появлению эрозий в желудке и снижает функцию иммунной системы. Порог токсичности для цинка составляет 600 мг/день.
Тяжелые металлы включаются чеpез цепь питания в кpуговоpот, концентpиpуются в микpооpганизмах, pастениях, животных и таким обpазом паpажают людей. В основном (около 90 %) цинк выводится из организма с калом и 2-10 % - с мочой.
Цинк также необходим морскому планктону для его роста, однако из-за загрязнения морей металлом концентрация цинка в воде заметно возросла. В норме в литре морской воды должно содержаться меньше 5 мкг Zn. Между тем в некоторых прибрежных водах у Британских островов было найдено значительно более высокое содержание цинка - вплоть до 46 мкг/л.
В такой концентрации цинк подавляет фотосинтез всех планктонных растительных организмов. Так как планктон служит начальным звеном пищевой цепи и главным пищевым ресурсом для многих видов рыб, то подавление фотосинтеза (синтеза крахмала и сахара в зеленых растениях с помощью солнечной энергии) может иметь далеко идущие последствия.
Но не следует упускать из виду и то, что пока еще трудно оценить, в какой мере цинк - в первую очередь благодаря своему каталитическому действию, повышающему токсический эффект других тяжелых металлов, - может влиять на окружающую среду в целом.
Токсичность цинка. Цинк и его соединения могут поступать в организм через пищевой канал, а также через органы дыхания в виде пыли, образующейся при добыче и переработке цинковых руд. Цинк может поступать в организм с вдыхаемым воздухом в виде паров, выделяющихся при выплавке цинка и получении сплавов. После поступления цинка в организм в виде пыли и паров образуются его соединения с белками, вызывающие приступы лихорадки, начинающейся с озноба (так называемая лихорадка литейщиков, или латунная лихорадка). При вдыхании пыли и паров цинка может появиться тошнота, рвота и мышечные боли. Описаны случаи отравлений пищей, приготовленной и сохраняемой в оцинкованной посуде, из продуктов, содержащих кислоты (богатые кислотами фрукты, томат и др.). Соединения цинка, поступившие в желудок, могут вызывать острое отравление, при котором наступает желудочно-кишечные расстройства, лихорадка. При отравлениях соединениями цинка они накапливаются в печени и поджелудочной железе.
Избыток этого металла в организмах животных считается одной из причин опухолевых изменений.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему