Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Транскордонні проблеми токсикології довкілля

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Токсичність важких металів

З біохімічного погляду важкі метали можна поділити на дві групи:

  • 1) метали, що є необхідними для правильного перебігу процесів метаболізму, наприклад, Fe, Zn, Cu;
  • 2) метали, що негативно впливають на процес метаболізму, наприклад, Hg, Pb, Cd.

Для нас важливішим є поняття токсичні метали. Токсичними металами називають такі метали, які не є ані життєво необхідними, ані такими, що добре впливають, проте які навіть у невеликих дозах призводять до порушення нормальних метаболічних функцій.

Наведений поділ є досить умовним, оскільки ефект, що його зумовлює певний важкий метал, значною мірою залежить від його концентрації. Ця залежність ілюструється так званою кривою Бертранда (рис. 2.5).

Крива Бертранда

Рис. 2.5. Крива Бертранда

Залежність "ефект – концентрація" складається з трьох етапів: дефіцит, оптимальне значення і перевищення (токсична дія). У випадку низьких концентрацій певного металу (крива АВ) живий організм розвивається в умовах дефіциту. У цьому випадку іноді спостерігається патологічна адаптація, яка характеризується перебігом процесів метаболізму, які відхиляються від зразка, що його ілюструє частина ВС кривої, яка обговорюється. Після перевищення концентрацій, що відповідають пункту С, з'являється негативний результат (токсичність) дії певного металу. Таким чином, для кожного металу залежно від концентрації спостерігається токсичний ефект.

Токсичність металів можна оцінити на підставі їхнього вмісту в морській воді. Чим меншою є концентрація металів у воді, тим більшою є їхня токсичність. Елементи з відносно низькою токсичністю будуть характеризуватися тривалою плоскою ділянкою кривої толерантності (рис. 2.6). Безперервна лінія утворює залежність "толерантність – концентрація" для слаботоксичного елементу, у той час як перервана лінія – для більш токсичного елементу.

Крива толерантності

Рис. 2.6. Крива толерантності

З погляду потенційної небезпеки для живих організмів

розрізняють чотири групи важких металів:

  • 1) елементи з дуже високим ступенем небезпеки: Cd, Hg, Pb, Си, Ті, Sn, Cr, Ag, Sb;
  • 2) елементи з високим ступенем небезпеки: Ві, U, Мо, Ва, Mn, Ті, Se, Те;
  • 3) елементи із середнім ступенем небезпеки: Rb, As, W;
  • 4) елементи з низьким ступенем небезпеки: Sr, Nb, Zr.

Токсична дія іонів важких металів на живі організми пов'язана з їхньою хімічною природою, а саме з їхньою здатністю координувати різноманітні функціональні групи білкових тіл. Групи ці в даному випадку виконують роль органічних лігандів. Це групи сульфогідридні -SH, імінові =NH, гідроксильні -ОН. Зв'язані метали деформують частки білка і у випадку ензимів роблять їх інертними. Ензими, так звані металоензими, що містять в центрі координації іон металу (наприклад, Fe2+), можуть обміняти його на іон важкого металу. Таким чином цинк із структур ензимів замінюється на кадмій. Металоензим з іоном важкого металу не виконує властивих йому функцій.

Токсичність важких металів залежить також від їхніх біохімічних і біологічних властивостей, зокрема від:

  • • схильності до біоакумуляції з надр (Cd, Sn, Zn) або з води (Pb, Cd, Hg, Zn, Cu, Sr);
  • • можливості концентруватися в біолітах унаслідок геологічних процесів (Cr, Pb, Ва);
  • • легкої адсорбції із стравоходу (Hg, Cd);
  • • можливості проникнення через плаценту (Cd, Hg, Pb, Zn);
  • • можливості проникнення до крові і мозку (Hg, Pb).

У табл. 2.2 узагальнено приклади токсичного впливу окремих важких металів.

Таблиця 2.2

Токсичні властивості окремих важких металів

Метал

Шляхи потрапляння і відношення до організму

Фізіологічна функція металу

Наслідки шкідливого впливу на організм

ГДК (гранично допустима концетрація) у повітрі, воді, ґрунті

Pb

Шкіра, рот і дихальні шляхи; токсичний.

Сполучається з тіоловими групами (-SH) білка; ускладнює проникнення заліза (II) до гемоглобіну.

Головні болі, послаблення пам'яті, агресивність, тупоум'я, психологічні розлади, безсоння.

  • 0,05 мг/м3,
  • 0,1 мг/дм3,
  • 15 мг/кг

Hg

Шкіра, рот і дихальні шляхи; токсичний.

Дуже токсичними є алкілртутні сполуки, що атакують центральну нервову систему.

У дорослих – загальмованість органів чуття, у дітей – окрім того, розумова відсталість, у плода – недорозвиненість мозку, органів чуття, параліч рук і ніг, дрижання рук і ніг, параліч мовлення.

  • 0,005 мг/м3,
  • 0,001 мг/дм3

Cd

Дихальні шляхи, стравохід; токсичний, ракотворчий.

Робить бездіяльними ензими з групи -SH, видаляє цинк (II) з ензимів; акумулюється в листях тютюну, організмі людини, устриць, курей, ягнят.

Видалення кальцію з організму і деформація кісток, атрофія м'язів ("itai-itai") і нюху; високий тиск, рак легенів, статевих органів і ротової порожнини.

  • 0,05 ppm,
  • 0,05 ppm,
  • 0,1 ppm

Ni

Дихальні шляхи, стравохід; мікроелемент, ракотворчий.

Активатор деяких ензимів, впливає на гормональну активність; акумулюється в лімфатичних вузлах, фітопланктоні, тютюні, річних породах.

Вада – пігментні зміни, деформація кісток, пухлина суглобів, виродження печінки;

зайва кількість – порушення структури нуклеїнових кислот, рак, екзема.

  • 1000 мг/м3,
  • 5 ppb,

ХО ppm

Fe

Стравохід; мікроелемент

Утворює сполуки, що виконують основну роль в метаболізмі (дихання, фотосинтез).

Недостача – малокров'я, хлороз, атрофія слизистої оболонки; зайва кількість – робить бездіяльним марганець (II), відкладається скрізь.

  • 5 мг/м3,
  • 0,5 г/м3,

ХО%

Zn

Дихальні шляхи, стравохід; мікроелемент

Утворює ензими, що регулюють метаболізм вуглеводів і білка, прискорює загоєння ран, має вирішальне значення в питанні про плодоносність.

Нестача – облисіння, низький зріст, обмеження дітородних функцій; зайва кількість – малокров'я, хлороз рослин, гальмування метаболізму.

Ag

Дихальні шляхи, стравохід; бактеріологічний.

Сполучається з білками.

Зайва кількість – ушкоджує оболонку клітки, призводить до некрозу тканин, спричиняє зростання вмісту міді (II) в нирках і печінці.

  • 0,001 нг/м3;
  • 0,005 г/м3

Як уже згадувалося, на токсичний ефект, спричинений певним елементом на організм, окрім зазначених чинників, суттєвий вплив мають взаємодії синергетичного або антагоністичного типів. Загалом ці взаємодії полягають у взаємній дії іонів або хімічних зв'язків, унаслідок чого біологічний ефект даного важкого металу залежить від кількості і якості інших іонів або хімічних сполук. У випадку зростання біологічного ефекту йдеться про синергизм дій, натомість у випадку зменшення ефекту – про антагонізм. Явище взаємодії є дуже поширеним в екосистемах і часто призводить до неочікуваних біологічних результатів унаслідок прискорення одних процесів або гальмування інших. Відомим прикладом таких дій є антагоністична дія Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr на Ca, а синергетична – Μn i Ζn на той самий елемент. Звідси також залежності, що їх наводять в літературі, між концентрацією обраного елементу в навколишньому середовищі і концентрацією інших елементів і кліматичних чинників, що визначають їхні хімічні форми.

Прикладом вищенаведеної залежності може слугувати вираз, що його застосовують у дослідженнях ґрунту і який пов'язує концентрацію алюмінію [A1], що негативно впливає на рослини, у вигляді [А1(Н2O)6]3+ із концентрацією інших елементів:

Концентрація цієї форми алюмінію залежить від концентрації іонів кальцію, магнію, натрію у ґрунті, а також від сумарної концентрації алюмінію. Усі ці іони впливають на значення концентрації [А1(Н2О)6]3+ у ґрунті.

Іноді наводяться так звані еквіваленти важкого металу, визначені експериментально як взаємні пропорції цього металу та інших, при виконанні яких не спостерігається жодних порушень метаболізму живих організмів. Одним із таких еквівалентів є цинковий еквівалент. Згідно з цим еквівалентом збереження співвідношення концентрацій [Zn]: [Cu]: [Ni] ~ 8 : 2 :1 не зумовлює порушень метаболізму.

 
<<   ЗМІСТ   >>