Физиологическое действие
тяжелых металлов на
организм человека

Из докладов учащихся кружка   «Химия и здоровье»

Относительно состава растений и животных крупный ученый-геохимик А.П.Виноградов еще в 1935 г. писал: «По существу, вопрос – какие химические элементы составляют живое вещество – отпадает. Напрашивается же другой: в каких количествах находятся они в том или другом виде в организме?» Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон назвал человека «одушевленной водой». Если же приплюсовать сюда углерод, кальций и азот, то на долю пяти элементов приходится 97,4%. Десятки других (а их около 60) химических элементов, вместе взятых, составляют 1/40 массовую часть человека, но они присутствуют повсюду, проникая в его плоть, мозг, кровь.

Кровь солона. Уже давно обратили внимание на поразительное сходство состава человеческой крови и морской воды. Такое сходство не случайно. Оно постоянно напоминает нам о гипотезах, согласно которым зарождение и развитие жизни произошло в океане.

  Без малого вся таблица Д.И.Менделеева – в ежедневном обеде, в капле крови и в капле морской воды. Такое распределение элементов В.И.Вернадский назвал «микрокосмической» смесью.
Организму небезразлично количественное содержание микроэлементов, т.к. в зависимости от концентрации вещество может быть и полезным, и вредным, может заслуживать и похвального слова, и справедливого обвинения.

Неблагоприятное влияние недостатка какого-либо элемента можно устранить искусственным изменением концентрации недостающих соединений. Но при дальнейшем увеличении содержания этого элемента – необходимого и полезного – вновь возникают сбои в функционировании организма. Появляются аномалии развития и обмена веществ, нарушается правильная деятельность тех или иных органов, возникают эндемические заболевания, уродства.
Кобальт. Малая концентрация кобальта в организме приводит к анемии, эндемическому зобу, недостаточному синтезу или отсутствию витамина В₁₂. При высокой концентрации угнетается выработка витамина В₁₂.
Медь. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной системы, а избыток меди поражает печень, вызывая желтуху.
Цинк – «двуликий Янус». Он стимулирует деление клеток и заживление пораженных тканей, но в то же время способствует и образованию раковых клеток.
Сердечно-сосудистые заболевания могут развиваться из-за нарушения равновесия микроэлементов в организме. Цинк, магний, хром, ванадий снижают уровень холестерина в крови, кадмий повышает кровяное давление, а недостаток меди сказывается на эластичности сосудов.
Кадмий – бомба замедленного действия. В окружающую среду рассеивается вместе с суперфосфатом и фунгицидами. Он – спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. В атмосферу кадмий попадает при сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в составе красителей. В организме человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь «итай-итай». Это искривление и деформация костей, сопровождающиеся сильными болями, необычайная хрупкость и ломкость костей. Кадмий повышает кровяное давление и обладает канцерогенными свойствами. В течение жизни его содержание в почках может увеличиваться в 100–1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят курильщики. Курение приводит к нарушению функций почек, болезням легких и костей. К несчастью, растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Одна сигарета содержит
1,2–2,5 мкг кадмия, в организм с ней попадает 0,1–0,2 мкг.
Ртуть. В книге Гарсиласо де ла Вего есть строки: «Короли инков знали о ртути и восхищались ее подвижностью и движением, однако они не знали, что можно из нее и с ее помощью делать. Они не нашли полезного применения ей в своих службах, скорее они почувствовали, что ртуть причиняет вред жизни тех, кто ее добывал и занимался ею, ибо они видели, что она вызывала у них дрожь и потерю сознания. По этой причине... они запретили законом добывать и вспоминать о ней; и индейцы выполнили это столь усердно, что даже имя ее было стерто в их памяти и исчезло из языка».
Ртутной интоксикации подвергались не только те, кто пребывал в вечной и бесплодной погоне за призрачным золотом, но и мастера, имеющие дело с золотом реальным, например, при огневом способе золочения церковных куполов и дворцовых шпилей. Подготовленные для сборки кровли медные листы покрывали тонким слоем раствора золота в ртути и затем медленно подогревали на жаровнях с раскаленными угольями. Ртуть отгонялась, а золото осаждалось на листах. Именно таким способом золотили кресты и купол Исаакиевского собора. Золочение было трехкратным. Оно проводилось на открытом воздухе, но, несмотря на это, ядовитыми испарениями ртути отравилось несколько десятков рабочих.
При вдыхание паров ртути она концентрируется в мозге. Возникают нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, а также снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность.
В 1953 г. более ста жителей японского городка заболели странной болезнью. У них появились конвульсии, судороги сводили мышцы. Наиболее тяжелые случаи заканчивались полной слепотой, параличом, безумием, смертью. Оказалоcь, что они употребляли в пищу морскую рыбу, которая была напичкана ртутью, сбрасываемой химическим предприятием (ртуть в основном накапливается в голове рыбы).
До недавнего времени семена зерновых протравляли ртутью, и это отразилось на ее содержании в почве. Из овощей особенно сильно аккумулируют ртуть капуста, горький перец и фасоль. Темные сорта винограда поглощают больше ртути, чем светлые. Достаточно большое количество ртути попадает в окружающую среду самым обычным образом – при разбивании медицинских термометров. Любители статистики подсчитали, что в США ежегодно в процессе использования теряется 60 т ртути.
Мировое производство ртути – 10 тыс. т в год. Ртуть также выделяется в атмосферу при выплавке руд цветных металлов, производстве цемента и сжигании угля.
Но вот интересный факт: ртуть обнаружена в молекулах ДНК. Возможно, она участвует в передаче наследственной информации.
Свинец. «Кто бессильной воды изопьет – вовсе ослабеет». Такая вода возможна не только в сказке. Сто лет, с 1633 по 1737 г., царский дворец в Москве снабжался водой из свинцового водопровода. Свинцовая вода не обладала ни цветом, ни вкусом, ни запахом. Царь Алексей Михайлович и его сыновья – Федор Алексеевич и Иван V – были физически плохо развиты и страдали слабоумием.
Вплоть до XIX в. главным источником свинца, попадавшего в организм жителей Европы, была оловянная посуда. Свинец специально добавляли в литье для улучшения качества оловянных изделий.
Свинцовые белила применялись и в живописи, и как «бытовая краска». Этой краской часто пользовался Франциско Гойя – на ее основе он получал излюбленные серые тона. Гойя тяжело болел. Он был разбит параличом, его изнуряли припадки, галлюцинации.
От свинцовых белил больше всего страдали те, кто был занят их производством. «Эх, братцы, какого человека свинец съел: ведь три года тому назад он не человек был – сила был: лошадь одной рукой садиться заставлял…» – писал В.А.Гиляровский.

Некоторые авторы считают, что свинец, поступивший при дыхании, в 10–100 раз токсичнее того, который поступает через желудок. Автомобиль – главный источник воздушного загрязнения. Свинец поступает в кровь и соединяется с эритроцитами, так происходит отравление крови и всего организма. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает 200–400 мг свинца.
Свинец, каким бы путем ни поступал в организм, главным образом аккумулируется в костях. Интересное исследование выполнено в Польше. Концентрация свинца в скелете людей, живших в средние века, в 10 раз больше, чем в костях современных людей. Наблюдения за подопытными обезьянами показали, что увеличение содержания свинца в крови в 2 раза вызывает острую стрессовую ситуацию.
Итак, мы являемся свидетелями техногенного геохимического процесса необыкновенного масштаба, когда во всевозрастающих количествах металлы выбрасываются в атмосферу, поступают в природные воды, в почву, в человека и другие живые организмы.
«Человек, освобождая силы извечных равновесий вещества, сам делается в их руках игрушкой» (М.Волошин).

Экспериментальная часть.

«Ешь кашу да похваливай»

Каша – национальное русское блюдо. Ее любят и взрослые, и дети. Проследим ее путь до нашего стола.
Почва – это магический кристалл, составляющая биосферы, дающая жизнь растениям. В настоящее время в результате низкой агрокультуры, применения гербицидов и пестицидов, водной эрозии, засоления, загрязнения тяжелыми металлами происходит разрушение почвы, ее деструкция.
Слой плодородного гумуса – подлинный барьер, фильтрующий и поглощающий яды тяжелых металлов, т. к. его адсорбционная способность велика.
«Если мы будем продолжать накапливать металлы, способность земли поддерживать жизнь катастрофически уменьшится. Возможно также, что новые металлорганические соединения, безопасные для злаков, попадут с ними в организм человека, где они могут стать уже не столь безопасными», – пишет американский биолог Б.Коммонер.
Опыт 1. Внесем в воду следующие ионы: Fe³⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Cl^-. Наличие этих ионов в растворе подтвердим следующими реакциями:

Через почву (в воронку поместить слой ваты 2–3 см, на нее насыпать почву) пропустить загрязненную воду, т.е. отфильтровать, и провести те же анализы. От различных видов почвы результаты могут быть различны, но в любом случае количество ионов уменьшится.
Опыт 2. Исследуем раствор после замачивания гречки. При замачивании различных круп «красочная картина» анализов неодинакова.
К водным смывам с крупы приливаем раствор перманганата калия, моментально происходит его обесцвечивание. В исследуемом растворе содержатся органические вещества – это могут быть пестициды, вещества для протравки семян.
Опыт 3. Проверяем наличие нитратов, для этого к испытываемому раствору добавляем дифениламин, растворенный в концентрированной серной кислоте. В присутствии ионов появляется синее окрашивание. Реакция чувствительна, но не специфична. Нитриты дают такое же васильково-синее окрашивание.
Опыт 4. В какой посуде мы готовим пищу? В алюминиевой? Алюминий накапливается в мозговой ткани, вызывая психическую болезнь – шизофрению. Для анализа на ионы Al³⁺ к нескольким каплям исследуемого раствора прибавим 2н. раствор NaOH до сильнощелочной реакции (проба на лакмус). Затем прибавим 1–2 капли 0,2%-го раствора ализарина и несколько капель 2н. CH₃COOH
до кислой реакции. В присутствии Al³⁺ раствор окрашивается в красный цвет.

Алюминиевая посуда, фольга и проволока

Экологически чистой можно считать эмалированную посуду. Однако при нарушении целостности покрытия эту посуду использовать нежелательно. Металлическая основа под эмалью – это техническое железо, которое может содержать тяжелые металлы. Делаем анализы на определение ионов свинца, железа, цинка:

Железо необходимо для организма, но избыток его ионов вызывает зашлаковывание организма на клеточном уровне.
Опыт 5. В стакан помещаем сырое яйцо и добавляем раствор соли свинца Pb(NO₃)₂. Видим появление белых хлопьев, произошла денатурация белка. Человек в основном состоит из белка, и разрушительное действие тяжелых металлов этим опытом наглядно показано.

Заключение.
Влияние тяжелых металлов
на генофонд человека

Увеличение концентрации тяжелых металлов в окружающей среде увеличивает число мутаций, передающихся по наследству. Мутанты подвержены порокам физического и умственного развития. Если проследить за мутацией рыб (они живут около 3 лет), станет очевидно, что у многих из них в загрязненных водоемах нарушается генофонд. Это телескопические потери плавников, чешуи, нижней челюсти и другие уродства.
Средняя продолжительность жизни человека – 60 лет. Поэтому уже сегодня нужно резко ставить вопрос об экологических проблемах. Мы экономим на очистных сооружениях, а получается, что экономим на здоровье людей. А здоровье и за деньги не купишь. За нарушение генофонда мы отвечаем перед будущими поколениями.

М.А.ЛИПАЕВА,
учитель химии
(г. Электросталь, Московская обл.)