На первый взгляд термин «тяжёлый металл» кажется довольно простым для определения:
Тяжёлый металл - это химический элемент с высоким удельным весом.
Однако биохимические реакции, протекающие в организме, изменяют степень окисления и форму нахождения тяжелых металлов. В результате чего такие характеристики как плотность и атомный вес перестают влиять на физиологические и токсикологические свойства химических элементов. При этом тяжёлые металлы не токсичны как таковые, а только при условии превышения определенного порога внутренних концентраций.
При использовании термина «тяжёлый металл» в данной статье подразумевается в первую очередь негативное действие химического элемента на организм.
Именно к таким тяжёлым металлам относят ртуть, свинец, кадмий, никель, цинк, медь, а также добавляют в эту группу неметаллический элемент мышьяк.
Знакомьтесь, Ртуть
Ртуть является одним из наиболее токсичных металлов, способных к биоаккумуляции (накоплению в организме) и активному «движению» по трофическим цепям.
В природных условиях ртуть находится в парообразном состоянии или в виде ртутьсодержащих минералов и примесей. Основными источниками поступления этого тяжелого металла в окружающую среду являются вулканическая деятельность, возгонка и испарение из минералов.
Благодаря поступлению осадочного материала с континентов или выпадению осадков ртуть попадает в водную среду, где формируются донные отложения. Ртуть донных отложений аккумулируют бентос, фито- и зоопланктон. Затем тяжёлый металл накапливают в себе рыбы и птицы. Таким образом ртуть может оказаться в организме человека.
Антропогенное поступление ртути в окружающую среду связано в основном с горнодобывающими и обогатительными предприятиями и химическими производствами, использующими в своих технологических процессах ртутную руду и соединения этого элемента.
На сегодняшний день в шламах и отстойниках содержание ртути колеблется от 400 до 2000 мг/кг. Наиболее значительные поступления ртути происходят при сжигании отходов.
Влияние ртути на организм человека
Ртуть считается сильно токсичной уже при концентрациях 0,4 мг/кг, а летальной - при 150-300 мг/кг. Отравление ртутью связано в первую очередь с неврологическими, легочными, мозговыми и почечными нарушениями. Интоксикация происходит в условиях длительного поступления элемента через дыхательные пути (для паров ртути) и пищеварительный тракт (металлоорганические соединения).
Распределение ртути в организме зависит от пути поступления: при вдыхании паров основным накопителем являются почки. Ртуть проникает также в ткани головного мозга, чем объясняются нервные поражения. Постоянное воздействие ртути ведет к развитию иммунной недостаточности, при этом диагностируется неврастения, агрессивность, головные боли, нарушения сна и памяти.
Содержание ртути в организме человека определяют по анализу волос и крови. Обычно в 100 мл крови находится от 0,3 до 1,6 мкг ртути. Однако у людей, потребляющих большое количество морепродуктов, этот показатель может увеличиваться до 12,7 мкг. У тех, кто практически не употребляет рыбу, содержание метилртути в волосах составляет от 1 до 4 мкг/г.
В соответствии с рекомендациями ВОЗ, концентрация ртути в волосах не должна превышать 10 мкг/г.
Ртуть известна с древних времен
Гиппократ ещё до нашей эры рекомендовал небольшим количеством ртути лечить «завороты кишок». На арабском востоке ртуть была очень популярна – существовали даже фонтаны, в которых вместо воды струились потоки этого металла. Подобный фонтан до сих пор функционирует в Барселоне в качестве памятника самому крупному месторождению киновари. Большое внимание этому химическому элементу уделял Авиценна, описывая в своих работах лечение ртутью, при этом отмечая побочные эффекты такого «лекарства».
В это же время ртуть являлась эффективным средством борьбы с сифилисом. Распространение этой болезни в Европе Средних веков и эпохи Возрождения обуславливает дальнейшее изучение свойств чудесного жидкого металла. В зависимости от иммунной системы организма человек, заболевший сифилисом, мог прожить от 3 до 7 лет – по этой причине побочные эффекты лечения ртутью (например, выпадение волос и зубов, язвы по всему телу, тошнота и галлюцинации) не считались чем-то ужасным. Основой лечения была фумигация – нижняя часть тела человека помещалась в специальное отверстие, где её окуривали ртутными парами. Такой способ повышал опасность ртути в сотни раз – и смертность при подобном лечении подскакивала до 80%. Но выжившие 20% могли действительно считаться излечившимися от болезни, так как ртуть подавляет бледную трепонему – возбудителя сифилиса.
В XIX веке было распространено профессиональное заболевание шляпных дел мастеров – «болезнь безумного шляпника». Дело в том, что в своей работе шляпники использовали нитрат ртути, служивший для размягчения шерсти при изготовлении фетра. Рабочие помещения плохо проветривались, поэтому мастера постоянно вдыхали пары этого тяжёлого металла. Среди симптомов заболевания: дрожь тела, потеря зубов, нарушение походки, спазмы легких, кашель, сонливость, интенсивные головные боли, галлюцинации, психические расстройства, нарушение памяти. Только к середине XX века использование ртути в мастерских было запрещено по всему миру.
Одно из самых крупных отравлений ртутью произошло в середине XX века в Японии. В апреле 1956 года в больницу города Минамата доставили девочку с симптомами поражения нервной системы – у нее была затруднена речь, она плохо держалась на ногах, а тело периодически сотрясали конвульсии. В течение недели врачи обошли близлежащие дома и нашли еще 8 больных, поэтому директор больницы был вынужден сообщить о начале «эпидемии неизвестного заболевания центральной нервной системы».
К осени 1956 года было зарегистрировано уже 40 пациентов со схожими симптомами. Первым признаком болезни было онемение пальцев. Позже начинались проблемы с передвижением и глотанием, голос приобретал высокий тембр, ухудшались зрение и слух.
Оказалось, что болезнь связана с отравлением тяжёлыми металлами, содержащимися в рыбе, а значит и в водах залива. Тесты подтвердили, что сточные воды местной промышленности содержат высокие концентрации марганца, меди, мышьяка, таллия, селена и других элементов. Посетивший в 1958 году Минамату британский невролог указал, что симптомы болезни напоминают отравление органическими соединениями ртути. Дополнительные исследования показали, что не только рыба и вода залива были отравлены – по 2 килограмма ртути приходилось на каждую тонну донных отложений, что было достаточно большим даже для промышленной добычи этого химического элемента.
У заболевших людей содержание в волосах ртути достигало 705 мг/кг.
В результате расследования было установлено, что местная промышленность производила уксусный альдегид методом реакции Кучерова, катализатором которой служит сульфат ртути. В теории в результате реакции образуются чистый уксусный альдегид и чистая ртуть, но в реальных условиях был также и побочный продукт – метилртуть. Главной мишенью данного органического соединения являются пищеварительные белки-ферменты, обезвреживающие токсины.
С 1960-х годов в заливе развернулась программа рекультивации прибрежной полосы. Большую часть берегового грунта и донных осадков изъяли. В итоге площадь залива сократилась на 58 гектаров.
Следующий на очереди тяжёлый металл - свинец. Полезный промышленный ресурс, который при высоких концентрациях также может навредить человеку.