Загрязнение тяжелыми металлами окружающей среды городов ухудшает их экологическое состояние, вызывает изменение химического состава всех компонентов экосистемы, отрицательно сказывается на здоровье населения. Выбросы от стационарных и передвижных источников загрязнения окружающей среды поступают в атмосферу, а затем, выпадая на земную поверхность с осадками или в виде сухого осаждения, накапливаются в верхних горизонтах почв, вновь включаются в природные и техногенные циклы миграции.
Тяжелые металлы передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий на различных ступенях. Конечным звеном любой экологической цепи служит человек. Для здоровья человека представляет опасность и городская пыль, содержащая тяжелые металлы. В данном случае поступление тяжелых металлов в организм человека происходит, минуя экологические трофические цепи, то есть непосредственно из почвы, которая служит вторичным источником загрязнения организма.
Система «атмосфера - осадки – почва» представляет собой взаимосвязанную цепь, звенья которой тесно переплетены. Идентичные качественные составляющие каждого звена перекликаются между собой.
Среди рассматриваемых в почве тяжёлых металлов в атмосферный воздух г. Рязани промышленными предприятиями выбрасываются шесть металлов: ванадий, марганец, медь, никель, свинец, хром. Перечисленные металлы участвуют в технологическом процессе завода «Рязцветмет». Данное предприятие является центром эмиссии тяжёлых металлов. Наибольшее загрязнение в снежном покрове отмечается в южном направлении. В поверхностном слое почвы главными загрязнителями в городе Рязани являются цинк, свинец, хром, олово, ванадий.
Азимутальное распределение тяжёлых металлов в почвах показало двукратное превышение накопленных тяжёлых металлов в северном направлении по сравнению с другими.
Загрязнение почв наблюдается в непосредственной близости от источника загрязнения, а чёткой тенденции для снега выявить не удалось.
Патология человека и животных, обусловленная дефицитом жизненно необходимых элементов, избытком как эссенциальных, так и токсичных микроэлементов, а также дисбалансом макро- и микроэлементов, получила свое объединяющее название – микроэлементозы.
Заболевания, вызываемые токсическим действием веществ, находящихся в организме в очень малых количествах, известны с античных времен, и каждое из них называлось по имени того химического элемента, с которым было связано происхождение. Например, отравление ртутью и свинцом именовали соответственно меркуриализмом и сатурнизмом.
Медики уже давно обратили внимание на то, что многие болезни связаны с недостаточностью поступления и содержания в организме определенных макро- и микроэлементов. Была, например, обнаружена связь между железодефицитным состоянием организма и возникновением анемии. В конце прошлого века была доказана роль дефицита йода в патогенезе эндемического зоба. С тех пор объем информации о роли дефицита или избытка определенных микроэлементов в формировании болезней лавинообразно возрастает.
Антропогенное загрязнение окружающей человека природной среды, во многом связанное с микроэлементами из группы тяжелых металлов, вызывает серьезную озабоченность своими негативными последствиями для здоровья различных групп населения и нации в целом. В настоящее время все большее значение приобретают техногенные микроэлементозы. Известно, что в непосредственной близости от многих промышленных предприятий образуются зоны с повышенным содержанием свинца, мышьяка, ртути, кадмия, никеля и других токсичных микроэлементов, представляющих угрозу для здоровья и даже жизни человека. В то же время, в результате водного и воздушного переноса этих токсикантов могут загрязняться территории, находящиеся на значительном отдалении. Так, особую тревогу вызывает обширное, на уровне биосферы Земли, загрязнение нашей планеты свинцом индустриального происхождения. За последние несколько лет свинец стал в России наиболее распространенным токсикантом из группы тяжелых металлов. Высокая концентрация его в природных средах и накопление его в организме человека обусловлены, прежде всего, промышленными отходами и выбросами и неконтролируемым резким увеличением количества автомобилей, работающих на низкокачественном этилированном бензине и выбрасывающих с выхлопными газами значительные объемы свинца в виде твердых частиц.
Загрязнение окружающей среды токсичными металлами в первую очередь сказывается на детях, так как интенсивное накопление вредоносных различных элементов происходит еще в плаценте. Это приводит к появлению врожденных уродств, снижению иммунитета, развитию множества болезней, зачастую с хронизацией патологического процесса, задержке умственного и физического развития. Вырастает поколение ослабленных людей, восприимчивых к инфекции, с высоким риском развития ИБС и онкопатологии. Некоторые промышленные регионы с особо интенсивным загрязнением окружающей среды могут стать зонами сильных техногенных микроэлементозов.
Для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, введено понятие микроэлементозов.
Рязань и Рязанская область относятся к эндемичным районам по зобу из–за постоянного недостатка йода в окружающей среде, плохого питания населения.
В настоящее время санитарной службой и правительством России уделяется большое внимание профилактике йод-дефицитных состояний, которые особенно опасны в юношеском возрасте. Депо йода находится в щитовидной железе. С продуктами питания поступает в организм неорганический йод, который в щитовидной железе идет на синтез тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3). При дефиците йода щитовидная железа увеличивает свои размеры и образуется зоб. В юношеском возрасте при недостатке гормонов нарушаются все виды обмена веществ и, как конечный результат – замедляется рост, физическое и интеллектуальное развитие.
Самый простой путь решения проблемы восполнения суточной потребности йода – йодирование поваренной соли.
Согласно Постановлению Главного государственного санитарного врача РФ № 11 от 3 апреля 1998 года « О дополнительных мерах по профилактике йод-дефицитных состояний » и Постановления Правительства РФ № 1119 от 05.10.1999 года « О мерах по профилактике заболеваний связанных с дефицитом йода », областной целевой программы « Профилактика йод-дефицитных состояний у населения Рязанской области на 2000-2001 г.г.» санэпид-служба г. Рязани усилила контроль за содержанием йодистого калия в йодированной поваренной соли.
Однако, по согласно некоторым данным, наилучшим источникам поступления йода в организм является мясо средне упитанного животного (говядина).
Кальций - это макроэлемент, играющий важную роль в функционировании мышечной ткани, миокарда, нервной системы, кожи и, особенно, костной ткани при его дефиците – может развиться остеопороз, что повышает риск возникновения переломов.
Избыток кальция в организме может приводить к дефициту цинка и фосфора, в то же время кальций препятствует накоплению свинца в костной ткани.
Причинами недостатка кальция могут быть неадекватное питание, заболевания щитовидной железы, избыток цинка, кобальта, магния, железа, калия, натрия, мягкая вода, остеопороз, дефицит витамина Д. Назначая лекарственные препараты, содержащие железо, мы тем самым вымываем кальций из организма.
Для обогащения кальцием рекомендуют принимать молоко и молочные продукты, сою, финики.
Магний, наряду с калием, является основным внутриклеточным элементом. Он активизирует ферменты, регулирующие, в основном, углеводный обмен, стимулирует образование белков, регулирует хранение и высвобождение энергии в АТФ, снижает возбуждение в нервных клетках, расслабляет сердечную мышцу.
Недостаток магния является одним из предрасполагающих факторов развития заболеваний сердечно-сосудистой системы, гипертонической болезни, уролитиаза, судорог у детей, возможно, повышает риск онкологических заболеваний, лучевой болезни.
Дефицит магния в организме — обычное явление для людей, подвергающихся хроническим стрессам, встречается при синдроме хронической усталости, сахарном диабете.
Содержание магния повышено при гиперфункции паращитовидных, щитовидных желез и нефрокальцинозе, артрите, псориазе, дислексии у детей.
Причинами дефицита магния могут служить неадекватное питание (мало зерновых, орехов, много лимонадов, колбас), нарушение всасывания, алкоголизм, хронический стресс, диабет.
Магний содержится в таких продуктах питания как пшеничные отруби, семена подсолнечника, орехи, чечевица.
Фосфор тесно связан в обмене с кальцием и играет важную роль в формировании костной ткани. В процессах всасывания из кишечника и окостенения обмен кальция и фосфора идет параллельно, в сыворотке крови и ренальной экс¬креции они антагонистичны. Фосфор – биогенный элемент и играет особенно важную роль в деятельности головного мозга, скелетных и сердечных мышц. При недостатке фосфора может возникнуть слабость, утомляемость.
При избыточном поступлении фосфора может повышаться уровень выведения кальция, что создает риск возникновения ocтeonopoза.
Причинами дефицита фосфора является низкое потребление белка, повышенное потребление кальция, магния, алюминия, болезни печени, алкоголизм. Для обогащения фосфором рекомендуют употребление фасоли, гороха, яиц.
При дефиците железа в клинической картине отмечается гипсохромная анемия, миоглобинде фицитная кардиопатия и атония скелетных мышц, воспалительные и атрофические изменения слизистой рта, носа, эзофагопатия, хронический гастродуоденит, а также иммунодефицитные состояния.
Избыток железа, в первую очередь, может оказывать токсическое влияние на печень, селезенку, головной мозг, усиливать воспалительные процессы в организме человека. Хроническая алкогольная интоксикация может приводить к накоплению Fe в организме.
При избытке железа в организме может развиваться дефицит меди и цинка, избыток цинка, свою очередь, может приводить к дефициту меди и железа.
Источником железа является мясо среднеупитанного животного цинк - дефицитные состояния характеризуются наличием таких симптомов, как снижение аппетита, анемия, аллергические заболевания, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос. Специфически снижается Т-клеточный иммунитет, поэтому люди с дефицитом цинка обычно часто и длительно болеют простудными, инфекционными заболеваниями. На фоне дефицита цинка может происходить задержка полового развития у мальчиков и потеря сперматозоидами способности оплодотворения яйцеклетки у мужчин.
Нередко снижение содержания цинка в организме является следствием избыточного поступления в организм меди, кадмия, свинца, являющихся функциональными антагонистами цинка, особенно на фоне неполноценного (дефицит белка) питания, а также хронического злоупотребления алкоголем. Роль цинка при алкогольной интоксикации обусловлена его участием в метаболизме алкоголя (молекула алкогольдегидрогеназы содержит 4 атома цинка), поэтому у детей и подростков при дефиците цинка повышается предрасположенность к алкоголизму. Дефицит цинка может приводить к усилен¬ному накоплению кадмия, свинца, железа и меди.
Избыточное поступление цинка может понизить об¬щее содержание и поступление в организм такого важно¬го элемента, как медь.
При дефиците селена в рационе питания в организме могут возникать следующие изменения: снижение иммунитета, повышение склонности к воспалительным заболеваниям; снижение функции печени; кардиопатия; болезни кожи, волос и ногтей; атеросклероз; катаракта; репродуктивная недостаточность; замедление роста; патология сурфактантной системы легких.
Выявлена зависимость между частотой возникновения рака и дефицитом селена в рационе питания. (Самая высокая корреляция отмечается между дефицитом селена и раком желудка; простаты; толстого кишечника; молочной железы).
Дефицит селена ускоряет развитие атеросклероза, ИБС, вероятность возникновения инфаркта миокарда. Отмечена взаимосвязь между дефицитом селена и частотой внезапной «колыбельной» смерти у детей.
При дефиците селена возрастает вероятность мужского бесплодия, т.к. селен обладает выраженным защит¬ным действием по отношению к сперматозоидам и обеспечивает их подвижность.
Селен действует в синергизме с витамином Е.
Селен — антагонист ртути и мышьяка, способен защищать организм от этих элементов и кадмия, в меньшей степени от свинца и таллия (в последнем случае особое значение имеет и дефицит витамина E).
В России к селен-дефицитным провинциям относятся, в первую очередь, Северо-Западный регион (Карелия, Ленинградская область), Верхнее Поволжье – Ярославская, Костромская и Ивановская область, Рязанская область, а также Удмуртия и Забайкалье.
При дефиците селена в организме усиленно накапливаются мышьяк, кадмий и ртуть. В свою очередь, мышьяк, кадмий и ртуть усугубляют дефицит селена в организме.
Продуктами, кумулирующими селен, являются кокосы, фисташки, свиное сало, чеснок, горчица, жирная рыба.
Дефицит меди отрицательно сказывается на кроветворении, всасывании железа, состоянии соединительной ткани, процессах миелинизации в нервной системе, усиливает предрасположенность к бронхиальной астме, аллергодерматозам, кардиопатиям, витилиго и многим другим заболеваниям, нарушает менструальную функцию женщин.
Для обогащения медью рекомендуют употреблять огурцы и свиную печень.
Повышенное содержание меди в организме отмечается при острых и хронических воспалительных заболеваниях, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, в том числе у детей, инфаркте миокарда, и некоторых злокачественных новообразованиях.
Имеются техногенные локусы с избыточным содержанием меди в почве. Медь используется в производстве красителей тканей. Текстильные фабрики расположены на реках, так как вода нужна для производственного текстильного цикла. С фабричными стоками медь, как компонент красителей поступает в реки. Аккумуляция меди идет в затопляемых местах — поймах рек. Особенно концентрируют медь тёмноцветные гумусированные почвы.
Избыток меди приводит к дефициту цинка и молибдена.
Кобальт – составная часть молекулы витамина В12. Наиболее характерными проявлениями дефицита кобальта и его органически связанной формы – витамина В12 – являются анемии (например, анемия Аддисон-Бирмера). При исключительно вегетарианской диете и недостаточном поступлении кобаламина у женщин может нарушаться менструальный цикл, у наблюдаемых пациентов были отмечены дегенеративные изменения в спинном мозге, нервные симптомы. При дефиците кобаломина может отмечаться гиперпигментация кожи.
Высокое содержание кобальта отмечается в говяжьей печени, бобовых, чесноке.
Биогеохимические провинции с эндемическим дефицитом кобальта (что имеет место на территории России) являются местами эндемического распространения акобальтоза среди животных. У детей в этих районах отмечается снижение функции щитовидной железы, а также анемические состояния.
При избытке кобальта в окружающей среде проявляется раздражающее и аллергическое действие. Хронические интоксикации характеризуются хроническими болеваниями верхних дыхательных путей, бронхов. Могут развиваться аллергические симптомы: бронхиальная астма и аллергодерматозы, а также так называемаемая кобальтовая кардиомиопатия. Дефицит железа может приводить к усиленной абсорбции кобальта в пищеварительном тракте.
Хром участвует в регуляции углеводного обмена, деятельности сердечной мышцы, сосудов. При избыточном поступлении в организм, особенно шестивалентного хрома, может оказывать канцерогенный и аллергизирующий эффекты. Наиболее часты поражения кожи – дерматиты и экземы, а также астматические бронхиты, реже бронхиальная астма.
В почвах некоторых регионов России отмечен дефицит хрома и недостаточное поступления этого микроэлемента в организм местного населения. Показано, что дефицит хрома является причиной ухудшения толерантности к глюкозе у лиц среднего и пожилого возраста.
Главными осложнениями острой интоксикации мышьяком являются внутрисосудистый генмолиз, острая почечная, печеночная недостаточность, кардиогенный шок. Среди типичных причин бытовой интоксикации мышьяком следует упомянуть табакокурение и злоупотребление виноградным вином.
Мышьяк усиленно накапливается при недостатке селена и может способствовать дефициту этого микроэлемента.
При свинцовом токсикозе поражаются, в первую очередь, органы сердечно-сосудистой системы и кроветворения (ранее развитие артериальной гипертензии и атеросклероза, анемия), нервная система (энцефалонейропатия), почки (нефропатия). Для всех регионов России свинец – основной антропогенный поллютант из группы тяжелых металлов, что связано с высоким индустриальным загрязнением и выбросами автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине.
Свинец усиленно накапливается при недостатке кальция и цинка и усугубляет дефицит элементов.
Избыточное хроническое поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек, выражающееся в дисфункции почечных канальцев и клубочков с замедлением канальцевой реабсорбции, протеинурией, глюкозурией, последующими аминоацидурией, фосфатурией.
Для многих промышленных районов России характерно индустриальное загрязнение кадмием, связанное, прежде всего, с металлургическим производством и хранением и переработкой бытовых и промышленных отходов.
Следует помнить, что кадмий в большом количестве накапливается в листьях табака, что определяет его высокое содержание в табачном дыме и содействует повышению содержания элемента в среде обитания человека.
Кадмий усиленно накапливается при недостатке цинка и/или селена и усиливает дефицит этих микроэлементов.
При хроническом отравлении ртутью развиваются астеновегетативный синдром, тремор, психические нарушения, эретизм, лабильный пульс, тахикардия, гингивит, протеинурия, изменения со стороны крови. Отравление органическими соединениями ртути приводит к болезни Минамата, энцефалопатии, мозжечковой "атаксии, нарушению зрения и слуха.
Техногенные локусы избыточного присутствия в почве и в воде ртути встречаются при несоблюдении технологии утилизации ламп "дневного света ", при производстве красителей. Меркуриализм — это профессиональное заболевание зеркальщиков, ювелиров, скорняков. Важным источником поступления алкилированной ртути являются фунгициды, применяющиеся для протравливания семян.
Роль избытка алюминия проявляется во влиянии на обмен веществ, особенно, минеральный (в частности, вызывает нарушения фосфорно-кальциевого обмена и снижает абсорбцию железа); на функции нервной системы (снижение или потеря памяти, судороги и т.д.). Имеются данные о мутагенной активности алюминия.
Важную роль в патогенезе интоксикации играют конкурентные отношения его с фосфором, кальцием и железом.
Техногенные и аномальные геохимические покусы избыточного присутствия алюминия в почве и питьевой воде часто встречаются при низкой концентрации кальция и магния в этих средах. Подвижность ионов алюминия резко возрастает при увеличении кислотности (рН) природных сред, в результате, например, воздействия «кислотных дождей». К основным источникам поступления алюминия в среду и, затем, в организм человека являются выбросы в районах расположения алюминиевых заводов и сточные воды горнорудного производства, лакокрасочных, бумажных, текстильных и ряда других производств. Кроме того, важным специфическим источником попадания Al в организм человека является использование алюминиевой посуды, дезодорантов, бытовая техника, лекарственные препараты (антисептики, антациды), а также металлокерамика, используемая в стоматологической практике.
Марганец играет важную роль в метаболизме клетки. Он входит в состав активного центра многих ферментов, является также компонентом суперокиддисмутаз, играющих определённую роль в защите организма от вредных воздействий перекисных радикалов. Гипоманганоз у детей и взрослых может приводить к нарушению углеводного обмена по типу инсулиннезависимого диабета, гипохолестеринемии, задержке роста волос и ногтей, повышению судорожной готовности, аллергозам, дерматитам, нарушению образования хрящей, остеопорозу. Недостаточность марганца фиксируют при различных формах анемии, нарушениях функций воспроизводства, задержке роста, уменьшении массы тела и др.
При развитии остеопороза приём кальция усугубляет дефицит марганца, т.к. затрудняет его усвоение в организме. Кишечной абсорбции препятствуют также фосфаты и железо. Потребление продуктов, содержащих значительного количество танина и оксалатов (например, чая и шпината) может препятствовать усвоению Mn.
При хронической интоксикации марганцем характерными являются астенические расстройства: повышенная сонливость, снижение активности, сужение круга интересов, ухудшение памяти.
В неврологическом статусе отмечается гипомимия, дистония или гипертонус, возможно оживление или снижение сухожильных рефлексов, гиперестезия в дистальных отделах конечностей, периферические и центральные вегетативные нарушения. При выраженной форме интоксикации ведущим в клинической картине является паркинсонизм. Избыток марганца усиливает дефицит магния и меди.
Миграция элементов зависит не только от количественного содержания их в сообщающихся компонентах системы, но и от свойств самих металлов, от природных факторов (направления ветра, его скорости, климатических параметров и т. д.), от свойств среды, в которую попадают токсичные элементы (морфология почвы, реакция среды, присутствие элементов, индуцирующих миграцию и многое другое). Город – это специфический компонент природы, созданный человеком и многие природные явления протекают в нем в модифицированном виде под влиянием искусственно созданных условий, ставших для урбоэкосистем нормой.
