Отравления тяжелыми металлами и мышьяком

Приоритетное значение с позиций санитарной токсикологии среди тяжелых металлов имеют свинец, ртуть и кадмий, а также мышьяк (традиционно рассматриваемые в комплексе), обладающие высокой токсичностью, способностью накапливаться в организ­ме при длительном поступлении с пищевыми продуктами и обус­ловливать отдаленные последствия — мутагенные и канцероген­ные (для мышьяка и свинца).

В некоторых видах продовольствия также нормируются другие тяжелые металлы: олово и хром в консервированных продуктах в сборной жестяной и хромированной таре, никель в продуктах с гидрогенезированным жиром (маргаринах, кулинарных и конди­терских жирах) и в ксилите и других сахароспиртах, железо и медь в жировых продуктах, поставляемых на хранение, цинк в пектине. При превышении ПДК содержания тяжелых металлов и мышьяка в пищевых продуктах они считаются непригодными для целей питания, если отсутствует возможность осуществить деконтаминационную обработку продукции до установленного уровня содержания токсических элементов.

Особое внимание следует уделять содержанию тяжелых метал­лов в продовольственном сырье, полученном в районах геохими­ческих аномалий с их повышенным уровнем в объектах природ­ной среды; в зонах расположения предприятий металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, химической промышленностей; вблизи крупных автомагистралей и городов; при ин­тенсивном использовании минеральных удобрений и других агрохимикатов.

На степень накопления токсикантов в сельскохозяйственной продукции влияют: уровень загрязненности почвы и других объек­тов природной среды; биологические особенности растений (на­пример, особой способностью аккумулировать кадмий из почвы обладают листовые овощи, свекла и морковь); нерациональное применение минеральных удобрений, пестицидов; геологическая и агрохимическая характеристика почв. Так, ртуть проникает в растения прямо пропорционально ее концентрации в почве. Ис­ключением являются кислые почвы, в которых ртуть находится в плохо растворимых формах (в отличие от других тяжелых метал­лов и мышьяка). При концентрации ртути в почве до 2,1 мг/кг в растениях не может накапливаться опасное для человека количе­ство этого элемента.

Основными сферами избирательной токсичности соединений тяжелых металлов и мышьяка являются специфический эпителий почек, печени и кишечника, эритроциты и нервные клетки, где наблюдается повышенная концентрация этих веществ, поэтому нефропатия, токсическая дистрофия печени, выраженная невро­логическая симптоматика и гемолиз часто превалируют в клини­ческой картине отравлений.

Свинец. Отравление этим элементом было знакомо людям еще в античном мире как сатурнизм, или плюмбизм, отдельные кли­нические признаки которого были описаны Гиппократом в 370 г. до н.э. В настоящее время свинец вызывает интерес как приори­тетный загрязнитель окружающей среды, ежегодные промышлен­ные и транспортные выбросы которого превышают 400 000 т, уг­рожая здоровью миллионов людей, особенно детей.

Основным путем поступления свинца в организм является пи­щеварительный тракт. Усвояемость свинца стимулируется желч­ными кислотами и усиливается при полном или частичном голо­дании. Кальций, железо, магний, пищевые волокна, соединитель­нотканные белки (коллагены) уменьшают всасывание свинца. Напротив, жирная пища будет способствовать увеличению ин­корпорации свинца.

Свинец выводится из организма с калом (90%), мочой (клубочковая фильтрация и канальцевая экскреция), а также с потом и грудным молоком. В организме существуют три основных мета­болических пула этого элемента. Самый короткий период полувы­ведения свинца установлен для крови. Мягкие ткани, включая скелетные мышцы, представляют собой пул со средней продол­жительностью полувыведения свинца, равной нескольким неде­лям, а скелет — пул с очень продолжительным периодом полувы­ведения, длящимся месяцы и годы. Более 90% свинца, присут­ствующего в крови, связано с эритроцитами. Свинец плазмы кро­ви комплексируется преимущественно с трансферрином (особен­но при железодефицитных состояниях). Содержание свинца в крови отражает нагрузку им организма. Концентрация свинца в цельной крови человека в норме колеблется в пределах 1,45... 1,93 мкмоль/л. Концентрации 2,9...3,86 мкмоль/л отражают нагрузки этим эле­ментом, способные вызвать определенные биохимические сдви­ги, однако без проявления клинических симптомов свинцовой интоксикации. Для детей эти границы существенно ниже.

При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь орга­ны кроветворения (анемия — микроцитарная, нормохромная, морфологически не отличимая от железодефицитной анемии), нервная система (энцефалопатия и нейропатия) и почки (нефропатия). Механизм токсического действия свинца, как и других тяжелых металлов, заключается в блокировании функциональных SH-rpyпп белков. Наиболее сильному воздействию свинца под­вержена гидратаза дельта-аминолевулиновой кислоты (Д-АЛК), катализирующая процесс формирования протобилиногена и гемсинтетазы, связывающая железо в протопорфирин. Снижение ак­тивности этих ферментов — один из наиболее ранних признаков сатурнизма.

Хроническая интоксикация свинцом (при поступлении малых количеств с продуктами питания и питьевой водой) развивается сравнительно медленно. На ранних ее этапах может наблюдаться лишь снижение адаптационных способностей организма и устой­чивости к действию токсических, инфекционных и других пато­логических агентов, а также характерные биохимические сдвиги: концентрация свинца в крови превышает фоновые значения при одновременном снижении активности в крови порфобилиногенсинтазы (линейная зависимость); в моче увеличиваются концентрации Δ-АЛК и копропорфиринов. Моча взрослого человека мо­жет иметь следующее содержание Δ-АЛК, мкмоль/л:

нормальное состояние организма.................... < 45

нагрузка:

компенсированная.......................................... 45...80

некомпенсированная...................................... 91... 300

отравление......................................................... > 300

Позже присоединяются общая слабость, головная боль, голо­вокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, по­теря аппетита, уменьшение массы тела, запоры, абдоминальные боли (в эпигастральной области), признаки анемии. Могут обна­руживаться диффузная дегенерация миокарда, нарушения психи­ческого развития детей, хроническая нефропатия. Дифференци­альная диагностика отравлений свинцом должна проводиться с желудочно-кишечными заболеваниями, патологиями почек, железодефицитными состояниями.

При планировании профилактических мероприятий по мак­симальному снижению поступления свинца с пищевым рацио­ном необходимо учитывать все пути загрязнения им продуктов: как экологически обусловленные, так и при использовании лу­женой, глазурованной керамической и эмалированной посуды, консервных банок, красителей, упаковочных материалов (из поливинилхлорида). Показано, что многочисленные тяжелые от­равления свинцом наблюдались при хранении кислых продуктов жидкой консистенции (простокваши, домашнего вина, пива, яблочного сока и др.) в керамической посуде. Концентрация свин­ца в этих продуктах составляла 200... 1 500 мг/л. Среди традици­онных пищевых продуктов наибольшее количество свинца спо­собны накапливать рыба и другие морепродукты, особенно дву­створчатые моллюски.

Свинец и его неорганические соединения относятся к группе 2Б (возможные канцерогены для человека) по классификации Международного агентства по изучению рака (МАИР). Содержа­ние свинца в организме человека начинает быстро нарастать, если его поступление превышает 0,3 мг/сут. В качестве макси­мально допустимого поступления свинца для взрослого челове­ка установлено 3 мг/нед, а для детей (от 1 до 5 лет) меньше 0,1 мг/сут. В пищевых продуктах количество свинца регламенти­ровано в основном на уровне 0,1...0,5 мг/кг (норматив Россий­ской Федерации).

Мышьяк. Мышьяк является одним из наиболее токсичных контаминантов пищевых продуктов. Наибольшую опасность для чело­века представляют трехвалентные соединения мышьяка. Мощны­ми источниками загрязнения биосферы этим элементом являют­ся выбросы электростанций, промышленные стоки металлургических производств, мышьяк содержащие пестициды и агрохимикаты. В животноводствемышьяковистые препараты применяются как стимуляторы роста.

В результате инкорпорации в организм человека мышьяк по­ступает в кровь, а затем депонируется главным образом в печени, мышечной ткани, почках, селезенке и кожных покровах. Он спо­собен проникать через плацентарный барьер. В организме неорга­нический мышьяк способен превращаться в моно- и диметилированные соединения, которые выводятся из организма в основ­ном с мочой. Период полувыведения мышьяка лежит в пределах от 10 ч до нескольких дней. Трехвалентный мышьяк подавляет актив­ность многих ферментов, в частности содержащих сульфгидрильные группы.

Клиническая картина хронического отравления мышьяком за­висит от многих условий и потому полиморфна, варьирует также последовательность развития симптомов отравления. Неорганиче­ские соединения мышьяка более токсичны, чем органические. По­следние не претерпевают в организме существенных превраще­ний и выводятся с мочой в основном в неизмененном виде.

В начальный период интоксикации часто наблюдаются потеря аппетита, тошнота, позывы на рвоту, диспептические явления. В дальнейшем присоединяются симметричный бородавчатый ке­ратоз ладоней и подошв, меланоз в сочетании с участками де­пигментации кожи, атрофия и ломкость ногтей (диагностиче­ское значение имеют «линии Мее» — поперечные белые полосы на ногтях), выпадение волос. Большое практическое значение имеют неврологические симптомы: интеллектуально-мнестические и речевые расстройства, депрессии, полиневриты (чаще симмет­ричные, особенно малоберцового и лучевого нервов), заканчива­ющиеся парезами с атрофическими изменениями мышц, а также ретробульбарный неврит, нарушение вкуса и обоняния. Природа этих расстройств при недостаточном учете анамнестических дан­ных не всегда своевременно распознается. Концентрация мышья­ка в моче 2...4 мг/л и в волосах больше чем 4 мкг/г свидетельству­ет об интоксикации.

Допустимая суточная доза мышьяка составляет около 3 мг. При этом необходимо учитывать суммарное поступление этого элемента как с питьевой водой и рационом питания, так и с лекарствен­ными препаратами. В пищевых продуктах количество мышьяка рег­ламентировано в основном на уровне 0,1...0,3 мг/кг (норматив Российской Федерации). В рыбе и морепродуктах его содержание не должно превышать 5 мг/кг (норматив Российской Федера­ции). Неорганический мышьяк является документально подтвер­жденным канцерогеном и по классификации МАИР относится к группе 1 (агенты, являющиеся канцерогенами для человека). Рас­считано, что воздействие в течение всей жизни мышьяка, поступающего алиментарным путем в концентрации 0,2 мг/кг массы тела, дает 5%-й риск развития рака кожи.

Кадмий. В последние десятилетия возросло значение кадмия как одного из продуктов естественного радиоактивного распада, на­капливающегося в организме человека и животных, токсичному элементу и антиметаболиту ряда химических элементов. В конце 1960-х гг. было показано, что загрязнение окружающей среды кад­мием является причиной эндемического заболевания итаи-итаи в Японии.

В глобальном загрязнении окружающей среды кадмием антро­погенный вклад в три раза превышает вклад естественных источ­ников. Наибольшие поступления кадмия в атмосферу и почву свя­заны с работой сталелитейных заводов и промышленным сжига­нием разнообразных отходов, в том числе бытовых.

Алиментарное суточное поступление кадмия обычно составля­ет 10...35 мкг, причем доля поступления этого элемента с пищей превышает 90 %. Допустимая суточная доза для кадмия — 70 мкг. По мнению экспертов, ежедневное поступление в организм этой дозы не приводит к нежелательному повышению уровня кадмия в почках. Кадмий довольно хорошо всасывается из желудочно-кишеч­ного тракта. На всасывание влияют химическая форма потребляемо­го кадмия, возраст и дефицит кальция, железа, цинка, белка.

Кадмий относят к числу сильноядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг массы тела. Обмен кадмия характеризуется следующими основными особенностями:

1) отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля;

2) длительным удержанием в организме с чрезвычайно дол­гим периодом полувыведения, составляющим у человека в сред­нем 25 лет (биологическим индикатором задержки кадмия в организме могут служить волосы);

3) преимущественным накоплением в печени и почках (до 80 %
в составе металлотионеина);

4) интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами, как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне (с цинком, кальцием, железом, селеном, кобальтом);

5) способностью проникать через плацентарный барьер.

Последнее особенно важно в связи с выраженным тератоген­ным действием кадмия (тератогенные дозы — 11,1 мкмоль/кг массы тела), связанным с нарушением поступления в плод эссенциальных элементов, в частности цинка. В последние годы обсуждается вопрос о канцерогенном потенциале кадмия и его возможном иммунодепрессивном действии.

Острая интоксикация проявляется тошнотой, рвотой, диаре­ей, спазмами в животе, в тяжелых случаях — шоком. При хрони­ческих отравлениях кадмием наблюдаются рентгенографические изменения в костях (остеопороз), поражения проксимальных почечных канальцев, прогрессирующее развитие систолической гипертензии, признаки анемии. Четко выделены: кадмиевый ренит, кадмиевая нефропатия с типичной протеинурией, кадмие­вая остеомаляция (болезнь итаи-итаи), нейротоксический синд­ром (приступы головных болей, головокружения, усиление ко­ленного рефлекса, тремор, дермографизм, нарушение сенсорной и моторной хронаксии).

В пищевых продуктах количество кадмия регламентировано в основном на уровне 0,05...0,2 мг/кг (норматив Российской Фе­дерации).

Ртуть. Ртуть и ее соединения, в особенности органические, причисляют к опаснейшим высокотоксичным веществам, кумулирующимся в организме человека и длительно циркулирующим в биосфере. Отравление ртутью является серьезным профессио­нальным и ятрогенным заболеванием с античных времен и до на­стоящего дня. В данное время оно приобрело иную, более опасную форму в результате загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе, связанного с производственной деятельностью челове­ка (сжигание топлива, электротехническая и целлюлозная промыш­ленность). Крайним выражением современного хронического ртут­ного отравления, связанного с антропогенной нагрузкой, является болезнь Минаматы (отравление алкилртутью через морепродукты). Это заболевание регистрировалось в Японии в 1950-е гг., при этом содержание ртути в рыбе достигало 10 мг/кг.

Значительное количество ртути выпадает в донные отложения, где она может сохраняться десятки лет. Здесь под воздействием микроорганизмов ртутные соединения постепенно превращаются в органические (метилртуть) хорошо растворимые соединения, вторично загрязняющие воду и легко включающиеся в пищевые цепи. Гидробионты способны накапливать метилртуть в концент­рациях, значительно превышающих ее содержание в воде и низ­шем звене трофической цепи (коэффициент концентрирования достигает 3 000).

Допустимая суточная доза ртути составляет 0,05 мг. Признаки интоксикации метилртутью у наиболее чувствительных к ней лю­дей проявляются тогда, когда концентрация ртути в крови пре­вышает 150 мкг/л. Фоновое содержание ртути в крови — меньше 100 мкг/л, волосах — 10...20 мкг/г. Концентрация ртути в моче более 0,05...0,25 мкмоль/л имеет клиническое значение для диа­гностики микромеркуриализма.

Хронические отравления ртутью (микромеркуриализм) харак­теризуются поражением центральной и вегетативной нервной си­стемы, печени и выделительных органов: почек, кишечника. При этом отмечается головная боль, быстрая утомляемость, ослабле­ние памяти, чувство беспокойства, апатия, ухудшение аппетита, снижение массы тела. При исследовании крови определяются лимфоцитоз, моноцитоз, эозинофилия, эритроцитоз и ретикулоцитоз. В дальнейшем появляются слабовыраженный тремор кистей рук и диагностируемые лабораторными методами нарушения функ­ции печени и почек. При более тяжелом отравлении наблюдаются снижение чувствительности кожи на конечностях, парастезия вокруг губ, сужение поля зрения, атаксическая походка, расстрой­ство эмоциональной сферы. Ртуть оказывает также гонадо- и эмбриотоксическое, тератогенное и мутагенное действия.

В пищевых продуктах количество ртути регламентировано в ос­новном на уровне 0,03 мг/кг (норматив Российской Федерации).

Другие нормируемые в ряде пищевых продуктов тяжелые ме­таллы не имеют такого медицинского значения, как основные токсические элементы, и, как правило, не являются причиной хронических пищевых отравлений. Острые отравления медью и цинком, характеризующиеся, как и в случаях с другими тяжелы­ми металлами, тошнотой, рвотой, абдоминальными болями, не­приятным привкусом во рту, могут развиваться лишь при грубом нарушении правил пользования медной и оцинкованной посудой или (что встречается еще реже) создании условий для массивной миграции металлов из консервных банок в продукт.

Профилактика отравлений медью основана на отказе от ис­пользования нелуженой (оловом) медной посуды в быту. На про­изводстве использование нелуженой медной посуды должно со­провождаться строгим соблюдением санитарных правил ее эксп­луатации: недопущение длительного хранения готовой продукции в посуде, ежесменное удаление окисленного слоя с поверхности посуды (натирание до блеска). Естественное содержание меди в некоторых продуктах составляет от 120 мг/кг (томатная паста) до 10... 15 мг/кг в рыбных консервах, карамели, джеме, повидле, мар­меладе.

Оцинкованная посуда не должна использоваться для хранения или приготовления пищи. На пищевом объекте в оцинкованной посуде допускается кратковременно хранить лишь воду.

Содержание олова в пищевых продуктах (консервах в жестяных банках) колеблется от 100 до 200 мг/кг.