5.1. неорганічні токсиканти
Проблема деградації навколишнього середовища в значній мірі пов'язана з негативним впливом неорганічних речовин, серед яких найбільшу екологічну небезпеку створюють метали та їхні сполуки, а також діоксид сірки і оксиди азоту. Вплив останніх показано в розділі «Екологічна хімія атмосфери».
Потрапивши в живу клітину, з'єднання металу спочатку здійснює деяку найпростішу хімічну реакцію, за якої потім слід каскадний відгук все більш складних взаємодій біологічних молекул і ансамблів.
Цілий ряд металів включений в різні процеси метаболізму. Ці метали є життєво важливими для живих організмів. Так, наприклад, залізо і мідь - переносники кисню в організмі, натрій і калій регулюють клітинне осмотичнийтиск, магній і кальцій (і деякі інші метали) активізують ензими - біологічні каталізатори.
Багато метали у вигляді конкретних сполук знайшли застосування в медицині як лікарських і діагностичних засобів. Інші ж виявилися вкрай небажаними для живих організмів і невеликі надлишкові дози їх надають фатальний вплив.
Активність металів як отрут в значній мірі залежить від форми, в якій вони потрапляють в організм. Так, відомий всім миш'як отруйний в трехвалентном стані і практично неядовіт в пятивалентного стані. А з'єднання миш'яку (CH3) 3 As + CH2 COO - взагалі неотруйні і міститься в тканинах деяких морських ракоподібних і риб, звідки він надходить в організм людини.
Добова потреба цинку становить 10 - 15 мг, але бóльшие дози вже негативно позначаються на організмі. Однак іон Zn 2+ добре комплекс фосфатними групами, відщеплюється від нуклеїнових кислот і ліпідів. В результаті іон Zn 2 переходить в малоядовітую форму і легко виводиться з організму:
Барій - небажаний метал для живої клітини, але сульфат барію практично не розчиняється у воді і виводиться з організму без будь-якого впливу, що дозволило застосовувати його при рентгенівських дослідженнях шлунково-кишкового тракту.
Ртуть не робить негативного впливу на організм у вигляді одновалентних з'єднань. Так, каломель (Hg2 Cl2) майже неотруйна, але двовалентний іон Hg 2+. як і пари ртуті, надають токсичну дію.
Біологічна активність металів пов'язана з їх здатністю пошкоджувати клітинні мембрани, підвищувати проникність бар'єрів, зв'язуватися з білками, блокувати багато ферментні системи, що приводить до пошкоджень організму.
Всі метали за ступенем токсичності можна розділити на три групи:
1) високотоксичні метали - ртуть, уран, індій, кадмій, мідь, талій, миш'як, золото, ванадій, платина, берилій, срібло, цинк, нікель, вісмут;
2) помірно токсичні метали - марганець, хром, паладій, свинець, осмій, барій, іридій, олово, кобальт, галій, молібден, скандій, сурма, рутеній, родій, лантан, лантаноїди;
3) малотоксичні метали - алюміній, залізо, германій, кальцій, магній, стронцій, цезій, рубідій, літій, титан, натрій.
Метали розташовані в кожному ряду у напрямку зниження їх токсичності. Якщо токсичність іонів Na + прийняти за одиницю, то токсичність іона ртуті буде майже в 2300 разів вище.
Ртуть як біоцид. Небезпечні сполуки ртуті виявляються у всіх трьох середовищах існування живих організмів. Самі живі організми сприяють ефективному транспорту цього отруйного елемента з одного середовища в іншу. На прикладі транспорту ртуті можна проілюструвати процес накопичення отрут в харчових ланцюгах (рис. 5.1). Встановлено, що кофермент метілкобаланін (CoC63 H91 N12 O14 P) в живих організмах метіліруется ртуть, даючи (СН3) Hg +. (СН3) [Co] + + Hg 2+ -> (CH3) Hg + + [Co] 2+.
Мал. 5.1. Спрощена схема кругообігу ртуті в навколишньому середовищі
У процеси міграції метилртути втручається і виробнича діяльність людини.
Яким би шляхом ртуть ні потрапила в воду, мікроорганізми метіліруют її і при цьому завжди утворюється метилртуть CH3 Hg + або (CH3) 2 Hg - диметилртуть. З'ясувалося, що її небезпека жахлива! (CH3) 2 Hg - жирорастворимое речовина, здатне потрапляти в організм людини не тільки через стравохід, а й через дихальні шляхи і просто через шкіру, проникаючи через стінки клітин. Час життя цього з'єднання в живій клітині становить близько 70 днів у зв'язку з чим відбувається тривалий токсичний вплив.
Приклади сполук ртуті
* Органічний або неорганічний аніон.
Ще одним джерелом органічних похідних ртуті є виробництва інших металоорганічних сполук, з яких в результаті реакцій переалкілірованія виходить метилртуть:
Тетраметільние і інші органічні похідні олова і кремнію широко виробляються промисловістю і мають свої області застосування. Так, кремнійорганічні сполуки використовуються як мастильні матеріали, як каучуки в медицині і т.д. Оловоорганічні - як хімічні засоби захисту рослин (фунгіциди, гербіциди, інсектициди).
У Швеції в 50-х роках проводилася масова обробка зерна метілртутьдіціанамідом. Результат - загибель зерноїдних птахів (голуби, фазани, кури, куріпки, вівсянки). Друга ланцюг - загибель хижих птахів: сови, боривітра, яструба, сокола-сапсана, пугача. Це екологічна катастрофа! У США в зв'язку з цим мисливці більше не вживають здобуту ними пернату дичину.
Всесвітня організація охорони здоров'я вважає, що ГДК для ртуті в рибі може становити 1 мг / кг. Незважаючи на це, в Фінляндії рекомендується їсти рибу тільки 1 - 2 рази на тиждень.
У Бразилії численні отруєння ртуттю, так як населення дуже любить вживати в їжу рибу піранью.
Подібно до інших важких металів, свинець включається в різні клітинні ферменти, які потім втрачають свої функції в організмі. Свинець (як ртуть і кадмій) негативно впливає на реакцію паличок сітківки, що викликає погіршення сутінкового зору і дуже небезпечно для водіїв автотранспорту. Субклінічне отруєння свинцю проявляється неспецифічними симптомами: спочатку підвищена активність і безсоння, потім - стомлюваність, депресії і запори. Більш пізніми симптомами є розлади функції нервової системи і ураження головного мозку. Деякі вчені схильні пояснити свинцевим отруєнням агресивність і злочинність, такі характерні для сучасного світу.
В околицях міста Норденхама (Німеччина) без кінця гинули корови на пасовищі. В результаті дослідження трупів з'ясувалося, що причиною було свинцеве отруєння. При рентгенівському обстеженні школярів були виявлені темні смуги на трубчастих кістках, зумовлені присутністю свинцю. Джерелом свинцю з'явилися труби металургійного заводу. У зоопарку, розташованому в 7 км від цього міста, в 1973 році в тропічному вольєрі була поселена колонія летючих собак (Калонг). Потомство цих тварин безперестанку гинуло (з 24 дитинчат померло 20). Смерть більшості з них була викликана свинцевим отруєнням (в печінці тварин виявлено від 1,6 до 9,4 мг / кг свинцю), причому свинець чинив не з їжею, а з пилом, принесеної вітром в район зоопарку.
Близько 2/3 всього поглиненого свинцю людина отримує, споживаючи рослинні продукти: листові і стеблові продукти. Свинець, що поглинається листовими овочами, на 95% акумулює його з повітря, і лише на 5% - з грунту. Тому з точки зору безпеки прибирання опалого листя корисна, хоча й виводить азот з круговороту речовин.
Свинець може потрапляти в організм людини і при вживанні в їжу м'яса промислових безхребетних, риби і ссавців тварин. Наприклад, устриці здійснюють більш ніж 500-кратне концентрування свинцю. М'ясо свиней, відгодовуваних борошном з китового м'яса (наприклад, в Австралії), містить свинцю у багато разів більше, ніж в рибі, визнаної непридатною до вживання.
За різними оцінками, в результаті отруєння свинцем в Англії щорічно гине від 2700 до 3500 лебедів. Водоплавні птахи заковтують свинець разом з їжею, що видобувається ними на дні річок і озер, а потрапляє він туди у вигляді свинцевих грузил, використовуваних рибалками, і свинцевого дробу. У 1982 році англійський рада з охорони природи рекомендував рибалкам добровільно відмовитися від використання свинцевих грузил. Але заміну свинцевим грузилом поки не знайшли. У США дозволено при полюванні використовувати тільки сталеву дріб.
Причиною потрапляння кадмію в харчові ланцюги є промислові газоподібні викиди. Людина отримує кадмій в основному з рослинною їжею, так як він легко засвоюється рослинами з грунту (до 70%). Дуже велику небезпеку в цьому відношенні представляють гриби. Лугові печериці можуть накопичувати до 170 міліграм на кілограм грибів. Федеральна влада Німеччини рекомендують менше вживати в їжу дикорослі гриби, а також свинячі і яловичі нирки.
Нестача заліза в організмі підсилює акумуляцію кадмію. Тому жінки більше схильні до отруєння кадмієм, так як під час менструальних циклів втрачають разом з кров'ю багато заліза, Особливо небезпечно це вагітним жінкам, тому що багато заліза забирає печінку дитини. У цих випадках необхідна профілактика відновлення вмісту заліза і захист від акумуляції кадмію.
Неприпустимо використовувати мул донних відкладень при очищенні русла річок в якості добрив, так як цукрові буряки, картопля, селера концентрують кадмій.
Джерела забруднення кадмієм:
- спалювання кам'яного вугілля (1 тонна вугілля містить 2 г кадмію);
- відходи виробництва пластмас;