Тяжелые металлы Что нам нужно знать

15.05.2023

Тяжелые металлы естественным образом присутствуют в окружающей среде. Их можно найти в некоторых лекарствах, продуктах питания, пищевых добавках. В нормальных количествах некоторые из них необходимы для проведения ряда биологических процессов. Химикаты промышленного назначения также содержат тяжелые металлы, контакт которых с почвой, воздухом, водой – приводит к тяжелым последствиям для здоровья.

Оглавление

Отравление тяжелыми металлами может вызвать повреждение органов, поведенческие аномалии и психические проблемы. Отравление тяжелыми металлами у детей вызывает долгосрочные серьезные проблемы.

Ртуть, свинец, хром, кадмий и мышьяк являются наиболее распространенными токсичными тяжелыми металлами. Распространена интоксикация такими металлами, как алюминий, медь, железо, марганец, никель, селен, кремний, таллий, цинк, бериллий, серебро, кобальт и другими. Загрязнение воздуха, воды и почвы этими металлами вызывает острое или хроническое отравление. Биоаккумуляция этих элементов в тканях вызывает токсические эффекты, поражение и дисфункцию различных органов. Тяжелые металлы нарушают клеточные процессы, в том числе: рост, репродукцию, дифференцировку, процессы восстановления (репарации) и апоптоз (запрограммированную гибель клеток). Механизмы патологического действия этих металлов сходны и приводят к снижению антиоксидантной и ферментативной активности организма и окислительному стрессу. Кроме того, для некоторых из них характерно избирательное связывание со специфическими макромолекулами. Например, взаимодействие свинца с дегидратазой аминолевулиновой кислоты и феррохелатазой приводит к его накоплению и патологическому действию на нервную ткань, вызывает также анемию и др. Хром, кадмий, мышьяк могут вызывать нестабильность генома, приводящую к окислительному стрессу и дефектам процессов репарации ДНК, что приводит к развитию рака и других патологических процессов.

ртуть (Hg, ртуть)

поражение ЦНС
Дисфункция почек
Желудочно-кишечные язвы
Гепатотоксичность

Механизм

Тиоловое связывание
Инактивация ферментов
Происхождение окислительных радикалов
Восстановление транспортных белков молекул воды
Ингибирование глутатионпероксидазы

Ртуть существует в трех формах: металлическая (Hg0), неорганическая (Hg+, Hg2+) и органическая ртуть (метил или этилртуть). Элементарная (металлическая) ртуть жидкая при комнатной температуре, летучая и образует пары, опасные для здоровья при вдыхании в больших концентрациях. Она проникает через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры и гораздо более токсична, чем неорганическая ртуть.

Органическая ртуть метилртуть (Me-Hg) или этилртуть (Et-Hg) гораздо более токсична, чем ее неорганические соединения. Легко всасывается из желудочно-кишечного тракта. Соединения ртути широко используются в металлургии, особенно в золотодобыче, а также в промышленных процессах, таких как производство люминесцентных ламп.

Соединения метила и этилртути используются в качестве фунгицидов в средствах защиты растений. В прошлом ртуть использовалась при производстве некоторых лекарственных препаратов — диуретиков и дезинфицирующих средств, но сегодня их заменили более безопасными средствами. Хлорид ртути является активным ингредиентом кремов для осветления кожи, мыла и средств для удаления веснушек. HgCl2 необратимо ингибирует меланинтирозиназу и обеспечивает снижение накопления меланина.

Неорганические соединения ртути накапливаются в почках. Они не обладают способностью преодолевать гематоэнцефалический и плацентарный барьеры.

свинец (мн.ч.)

поражение ЦНС
Дисфункция легких
анемия
Желудочно-кишечные колики
Повреждение печени
Сердечно-сосудистые травмы

Механизм

Повышенное высвобождение воспалительных цитокинов IL-1β, TNF-α и IL-6 в ЦНС
Увеличение сывороточных концентраций ET-1, NO и EPO
Ингибирование феррохелатазы и дигидрогеназы аминолевулиновой кислоты (нарушение синтеза гема гемоглобина)
Снижение концентрации антиоксидантов GSH, SOD, CAT и GPx.

Свинец — один из самых токсичных тяжелых металлов, которого в окружающей среде довольно много, и он может попадать в организм через органы дыхания, кожу и пищеварительную систему. Свинец воздействует на нервную, мочеполовую, сердечно-сосудистую, дыхательную системы через иммуномодулирующие, окислительные и воспалительные механизмы.

Анемия развивается при длительном, хроническом воздействии свинца, что обусловлено ингибированием двух ферментов, участвующих в синтезе гема, - дегидратазы аминолевулиновой кислоты и феррохелатазы. Также под влиянием свинца развивается дисбаланс между оксидантами и антиоксидантами и окислительный стресс. GPx, CAT и SOD представляют собой металлопротеины, антиоксидантные и антирадикальные функции которых снижаются при воздействии свинца. Длительная интоксикация свинцом нарушает работу иммунной системы, в частности подавляет пролиферацию лимфоцитов и NK-клеток (естественных киллеров) у водителей, рабочих аккумуляторного производства, специалистов по столовому серебру. Имеются некоторые свидетельства связи между длительным воздействием свинца и атеросклерозом и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Хром (CR)

Дисфункция почек
Желудочно-кишечные расстройства
кожные заболевания
Опухоли легких, почек, мочевого пузыря, костей, щитовидной железы

Механизм:

повреждение ДНК
Геномная нестабильность
Окислительный стресс и образование окислительных радикалов

Хром содержится в земной коре и морской воде. Также относится к промышленным процессам. Трехвалентная форма хрома в небольших количествах необходима для протекающих в организме процессов – метаболизма липидов и белков, а также активности кофактора инсулина. Шестивалентная форма хрома классифицируется как профессиональный канцероген группы 6. Хром влияет на население, попадая в него с водой, пищей и лекарствами. Хром обладает высокой способностью к биоаккумуляции в органах и тканях человека, что проявляется дисфункцией и опухолями кожи, почек, нервной системы, костей, желез внутренней секреции, пищеварительной и дыхательной систем.

Канцерогенные свойства хрома обусловлены нарушением регуляции транскрипции ДНК и нестабильностью генома.

Окислительный стресс, вызванный шестивалентным (6-валентным) хромом и генерируемыми окислительными радикалами, с одной стороны, направлен на разрушение ДНК и клеточных липидных структур, а с другой - ингибирует апоптоз (запрограммированную гибель) поврежденных клеток, что приводит к развитие опухолевых процессов в результате генетических мутаций.

Кадмий (Cd)

Дегенеративные заболевания костей
Заболевания почек
Повреждение печени
Желудочно-кишечные травмы
повреждение легких
Нарушение обмена цинка и меди

Механизм:

Нарушение регуляции экспрессии генов
ингибирование апоптоза
Подавление репаративных (восстановительных) процессов
Окислительный стресс
Образование окислительных радикалов
Нарушение цепных реакций фосфорилирования
Снижение паратиреоидного гормона в крови

Кадмий содержится в почве и воде в виде сульфатов, сульфидов, хлоридов, карбонатов и других солей. Повышение его концентрации в окружающей среде обычно является следствием неправильного управления производственными процессами. Кадмий, попадая в организм через зараженную воду, пищу или воздух, вызывает как кратковременные, так и долговременные токсические эффекты - в зависимости от времени воздействия и дозы. Кадмий, как и хром, относится к канцерогенам первой группы. Пыль кадмия вызывает гораздо более сильную интоксикацию, чем попадание внутрь через зараженную пищу или воду. В результате хронического вдыхания кадмиевой пыли у людей, работающих в стекольном производстве, сплавах металлов, электрических батареях и процессах цинкования, развиваются заболевания и опухоли легких, почек, костной и других систем органов.

Описаны случаи массового заражения пищевых продуктов и водоемов кадмием (в Японии), после чего у больных развивались костно-дистрофические процессы, почечная недостаточность, поражение легких и желудочно-кишечного тракта.

Концентрация кадмия в крови курильщиков почти вдвое выше, чем у некурящих, что, вероятно, связано с накоплением кадмия (и других тяжелых металлов) в листьях табака.

В организме кадмий связывается металлопротеинами, которые таким образом обеспечивают их «безвредность». Но при высокой концентрации кадмия в организме увеличивается и концентрация несвязанного кадмия и проявляется его токсическое действие. Бионакопление кадмия в основном происходит в печени и почках, что приводит к канцерогенным процессам в этих органах. Как и другие металлы, кадмий обладает способностью связываться с белками плазмы — альбуминами; Это нарушает баланс кальция, цинка и железа в плазме и вызывает развитие связанных с этим заболеваний. Выраженная остеотоксичность кадмия (токсическое действие на костную ткань) должна быть обусловлена дисфункцией паратиреоидного гормона и связанными с этим нарушениями кальциевого обмена.

Мышьяк (As)

Сердечно-сосудистая дисфункция
Повреждение кожи и волос
Поражение ЦНС
Желудочно-кишечные расстройства
Повреждения клеток печени и эритроцитов

Механизм:

Повреждение эндотелия капилляров
Нарушение конъюгации глутатиона (нарушение антиоксидантной функции)
Нарушение синтеза АТФ
Нарушение нейротрансмиттерного гомеостаза

Мышьяк исторически является сильнейшим ядом. Он известен как «король ядов и яд королей». Он существует в природе в виде металлоида (As0), неорганического (As3+ и As5+), органического мышьяка и арсина (AsH3).

Мышьяк всасывается из тонкого кишечника. Также возможно заражение через кожу и дыхательные пути. Он распространяется на: легкие, сердце, почки, печень, мышцы, нервную ткань.

Острые и хронические отравления мышьяком связаны с инактивацией ряда жизненно важных ферментов. За счет инактивации пируватдегидрогеназы блокируется цикл Кребса и, как следствие, задерживается синтез АТФ, что приводит к нарушению клеточного цикла и некрозу клеток. Токсическое действие мышьяка на эндотелий сосудов приводит к повышению проницаемости сосудов, расширению сосудов и циркуляторному коллапсу. При хронической интоксикации мышьяк может проникать через плацентарный барьер и вызывать выкидыш, мертворождение или преждевременные роды в ранние сроки гестации.

Мышьяк накапливается в клетках кожи и вызывает кератоз и гиперпигментацию. Снижение экспрессии кератиноцитов сопровождается аберрацией апоптоза и онкогенезом кожи.

Гепатоцеллюлярная карцинома и ангиосаркома связаны с интоксикацией мышьяком.

Индуцированное окислительным стрессом перекисное окисление липидов приводит к повреждению ДНК и гибели клеток ЦНС.

Материал исследования

Материал исследования выбирается в зависимости от того, какой металл подвергается испытанию и как долго он подвергался воздействию (кратковременному, длительному). Моча и кровь являются наиболее распространенными материалами для исследования. Для диагностики хронической интоксикации иногда необходимо исследование ногтей и волос.

Как подготовиться к исследованию?

Некоторые продукты (рыба, ракообразные) и лекарства могут содержать тяжелые металлы, поэтому не рекомендуется принимать такие продукты и лекарства за 48 часов до исследования.

Интерпретация ответов

Более высокая, чем обычно, концентрация тяжелых металлов в крови может быть признаком тяжелой интоксикации, но не всегда. Даже при отсутствии симптомов необходимо найти источник интоксикации для снижения токсического воздействия. В зависимости от необходимости назначают также хелатирующую (связывающую) терапию. Хелатотерапия обычно сопровождается серьезными побочными эффектами, поэтому вопрос о лечении должен решать врач на основе оценки риска и пользы.

Нормальная или пониженная концентрация тяжелых металлов в крови свидетельствует об отсутствии интоксикации. Однако некоторые тяжелые металлы быстро покидают кровоток и накапливаются в тканях. Поэтому при наличии симптомов, несмотря на выявление низкой концентрации тяжелых металлов в крови, иногда необходимы дополнительные исследования - кожи, волос, ногтей и других тканей.

Симптомы

Симптомы зависят от: вида металла, его концентрации в организме, возраста больного, хотя общая клиническая картина включает более или менее схожие жалобы на интоксикацию.

Тошнота-рвота
боль в желудке
Диарея
Ощущение покалывания в руках и ногах - муравьи
учащенное дыхание
Озноб
мышечная слабость
Изменения в памяти и поведении
Нарушение сердечного ритма и др.

При наличии факторов риска воздействия свинца (окрашенные старой краской стены, мебель, близость к промышленным производствам, возможность загрязнения пищевых продуктов и воды тяжелыми металлами и др.) детям до 6 лет рекомендуется обследование на тяжелых металлов, для своевременного выявления интоксикации и профилактики дальнейших осложнений даже при отсутствии симптомов. Даже очень небольшая доза свинца способна повредить (развивающуюся) нервную систему ребенка, вызывая проблемы с обучением и другие психические проблемы.