Отравление животных соединениями тяжелых металлов: ртути, меди, свинца, цинка

К минеральным удобрениям относятся неорганические химические соединения, применяемые в сельском хозяйстве в целях повышения плодородия почв. Различают макро- и микроудобрения. Минеральные макроудобрения - вещества, в состав которых входят основные элементы, повышающие плодородие (азот, фосфор, калий). Соответственно макроудобрения делятся на азотные, фосфатные, калийные и комплексные.

За  относительно непродолжительный период производство и применение в сельском хозяйстве минеральных макроудобрений существенно увеличилось. Так, если в 1952 г. мировое производство минеральных  макроудобрений составляло 21 млн. т1 в год, то в последующие 20 лет оно возросло почти в 4 раза и в 1972 г. достигало 79 млн. т в год. В СССР за период 1940-1985 гг. (т. е. за 45 лет) применение минеральных удобрений увеличилось с 0,7 до 25,4 млн т. Расширился ассортимент минеральных удобрений. Например, группа азотных удобрений включает аммиачные (аммиачная вода), аммонийные (аммония сульфат), нитратные (калийная, натриевая и кальциевая селитра), аммонийно-нитратные (аммиачная селитра) и амидные (карбамид, мочевина) удобрения. В группу фосфатных удобрений входят простой и двойной суперфосфаты, преципитат, основные шлаки и др. К группе калийных удобрений относится калийная соль (калия хлорид), калий-магнезиальное удобрение, калийно-аммиачная селитра.

Уровень применения в сельском хозяйстве  Украины в 1986-1990 гг. минеральных удобрений  составляли в среднем 166,4 кг/га пашни. В целом в Украине в конце XX в. ежегодно применяли 5 млн т азотно-калийно-фосфатных удобрений. В ассортименте минеральных удобрений преобладали азотные - 42%, а на долю калийных и фосфатных приходилось 27,5 и 30,5% соответственно. При этом уровень применения азотных минеральных удобрений ежегодно уменьшался, использование фосфатных увеличивалось, а калийных - оставалось без изменений.

Современная технология применения минеральных  удобрений предотвращает их максимальное накопление фитомассой сельскохозяйственных растений. Значительная часть удобрений  вымывается в подземные воды, мигрирует  с поверхностным стоком, разлагается  в почве, образуя летучие продукты, поступающие в приземный слой атмосферного воздуха. Сегодня в  научной литературе имеется достаточно убедительных данных о том, что при  нерациональном использовании минеральных  удобрений возникает реальная опасность для здоровья человека и окружающей среды. Наибольшее внимание уделяют азотным удобрениям.

Компоненты  азотных удобрений (аммиак, нитраты, мочевина) при чрезмерном внесении в почву могут мигрировать  в поверхностные и подземные  водоемы, загрязняя их. Так, в Англии за 10 лет концентрация нитратов в  речной воде увеличилась на 44-48%, вследствие чего более чем в 100 источниках централизованного  хозяйственно-питьевого водоснабжения  концентрация нитратов превысила 50 мг/л. Наиболее вероятно поступление нитратов (самой подвижной формы азотных  удобрений) в грунтовую воду. В  отдельных селах Молдовы содержание нитратов в колодезной воде достигало 100-500 мг/л. При загрязнении воды источников водоснабжения нитратами в концентрациях, превышающих 45 мг/л, у новорожденных, которые находятся на искусственном  вскармливании, и людей пожилого возраста может возникнуть водно-нитратная метгемоглобинемия. Так, в Венгрии за период 1968-1979 гг. повышенное содержание нитратов было зарегистрировано в воде колодцев 176 поселений (обследовали 296 сел). За этот период было зарегистрировано 234 случая водно-нитратной метгемоглобинемии у детей.

Нитраты, которые являются компонентами нитратных (натриевая, кальциевая и калиевая селитры) и аммонийно-нитратных (аммиачная селитра) удобрений, а также образовавшиеся в почве из аммиака аммиачных (аммиачная вода), аммония аммонийных (сульфат аммония) и мочевины амидных азотных удобрений, являются предшественниками синтеза в объектах окружающей среды нитрозосоединений, большинство из которых обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. В почве постоянно присутствуют продукты разложения белковых веществ - амины и амиды, а также, при условии чрезмерного использования азотных удобрений, - нитраты и нитриты, из которых во время трансформации в почве могут образоваться нитрозамины и нитрозамиды (N-нитрозодиметиламин, N-нитрозодиэтиламин и др.). Нитрозосоединения могут синтезироваться в фитомассе сельскохозяйственных растений при условии поступления в них избыточного количества нитратов. Нитрозосоединения относительно стабильны в объектах окружающей среды, мало растворимы в воде и большинство из них высоколетучи. По экспертным оценкам, в организм человека с питьевой водой, продуктами питания, атмосферным воздухом может поступить до 5-10 мкг нитрозаминов в сутки. Нитрозосоединения нитрозамины и нитрозамиды могут образовываться в организме человека в результате эндогенного синтеза, достигая 7 мкг/сут. Большинство нитрозаминов и нитро-замидов являются сильными химическими канцерогенами. Некоторые нитрозосоединения (N-нитрозометилмочевина, N-нитрозоэтилмочевина) проникают через трансплацентарный барьер в организм плода, оказывая эмбриотоксичес-кое и тератогенное действие.

Поступление в открытые (поверхностные) водоемы  минеральных удобрений, содержащих азот и фосфор, обусловливает их эвтрофикацию (способствует размножению  микрофитов и водных растений), стимулирует "цветение" водоемов, ухудшает органолептические  свойства воды, разрушает водные биоценозы, нарушает процессы самоочищения водоемов и препятствует использованию их в качестве источников централизованного  хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Значительную  роль в загрязнении почвы играют фосфатные удобрения. Поглощенные  почвой фосфаты малоподвижны и лишь 2% их вымывается из пахотного слоя. Поэтому при чрезмерном применении фосфатных удобрений в почве  накапливается Р205 в таком количестве, которое способно тормозить процессы ее самоочищения. Кроме того, фосфаты  с поверхностным стоком могут  попадать в открытые водоемы и  вызывать их эвтрофикацию. Гигиеническое  значение имеет тот факт, что фосфатные  удобрения содержат примеси фторсодержащих соединений (от 0,2 до 4%), железа, стронция, селена, мышьяка (не менее 0,006%), тяжелых  металлов (не менее 0,008%), в том числе  кадмия (10-30 мг/кг), радионуклидов (урана, тория). Поэтому при несоблюдении гигиенических норм их применения они  загрязняют почву, растения, воду подземных  и поверхностных водоемов. Так, с  фосфатными удобрениями в почву  поступает фтор в количестве 8-20 кг/га; 0,1-0,4% его мигрирует в растения, 25% вымывается в открытые водоемы, а остальное количество накапливается в почве и мигрирует в подземные воды, иногда способствуя увеличению уровня фтора в грунтовых водах до 20 мг/л. Установлено, что при внесении в почву суперфосфата уровень кадмия в картофеле увеличивается в 4 раза по сравнению с контролем.

Калий, входящий в состав калийных удобрений, мигрирует из почвы в контактирующие среды чрезвычайно медленно, не оказывая негативного воздействия на почвенный  биоценоз и способность почвы  к самоочищению. Вместе с калийными  удобрениями в почву поступают  хлорида анионы. Если вносят 45-50 кг/га калийных удобрений (в перерасчете  на К20), то вместе с ними поступает 30-35 кг/га хлорида аниона, что приводит к искусственному засолению почв. Накопление значительных количеств  калия в почве может вызвать  нарушение соотношения между  калием и натрием в питьевой воде, пищевых продуктах и отрицательно повлиять на здоровье человека - вызвать  нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы.

Минеральные микроудобрения вносят в почву в относительно небольших количествах (в 10-100 раз меньше, чем макроудобрений) для повышения ее плодородия. В их состав входят разнообразные микроэлементы. Самыми распространенными являются борные (0,5-1 кг/га), молибденовые, медные (10-15 кг/га), марганцевые (3-5 кг/га), цинковые (3-5 кг/га), кобальтовые (0,1-0,2 кг/га) и полимикроудобрения (ПМУ-7, ПМУ-8 и др.) При превышении норм расхода микроудобрений микроэлементы могут накапливаться в почве и растениях в избыточных количествах, оказывая отрицательное влияние на здоровье населения. В состав микроудобрений входит довольно много свинца (от 0,3 до 1%), иногда - кадмия и мышьяка. Таким образом, при нерацио- нальном использовании микроудобрений существует реальная угроза загрязнения почвы тяжелыми металлами

Загрязнение тяжелыми металлами сельскохозяйственных территорий из диффузных источников в основном связано с атмосферными выпадениями. Существенными источниками поступления  тяжелых металлов в почву земледельческих  угодий являются также минеральные  удобрения. Данные литературы свидетельствуют, что удобрения как источник литания  и увеличения урожайности изучают  давно, а как фактор, влияющий на содержание тяжелых металлов в почве  и растениях, сравнительно недавно, отчасти поэтому имеющиеся данные весьма противоречивы. Многими авторами отмечается возможность накопления в почве различных токсичных веществ, в том числе тяжелых металлов, при использовании минеральных, органических удобрений и химических мелиорантов. Несомненно, внесение удобрений в значительной степени может изменить химию металлов в почве как за счет поступления их дополнительного количества, так и за счет изменения подвижности элементов и как следствие этого, увеличивается их доступность для растений. Поэтому мы придерживаемся мнения, что предельно-допустимая концентрация (ПДК) токсичных элементов в почве должна состоять из двух величин: валовой и подвижной. Валовая форма является индикатором общего загрязнения почвы токсикантом, величина подвижной формы должна акцентировать внимание исследователя на возможной количественной транслокации (переходе) токсичного элемента из почвы в растения.

Яды и  организм

Биологическая активность химических соединений определяется их структурой, физическими и химическими  свойствами, особенностями механизма  действия, путей поступления в  организм и превращения в нем, а также дозой (концентрацией) и  длительностью влияния на организм. В зависимости от того, в каком  количестве действует то или иное вещество, оно может являться или  индифферентным для организма, или  лекарством, или ядом. При значительных превышениях доз многие лекарственные  вещества становятся ядами. Так, например, увеличение лечебной дозы сердечного гликозида строфантина в 2,5–3 раза уже приводит к отравлению. В то же время такой яд, как мышьяк, в малых дозах является лекарственным  препаратом. Лечебным действием обладает и известное отравляющее вещество иприт: разбавленный в 20000 раз вазелином, этот яд военной химии применяется  под названием псориазин в  качестве средства против чешуйчатого  лишая. С другой стороны, постоянно поступающие в организм с пищей или вдыхаемым воздухом вещества становятся вредными для человека, когда они вводятся в непривычно больших количествах или при измененных условиях внешней среды. Это можно видеть на примере поваренной соли, если увеличить ее концентрацию в организме по сравнению с обычной в 10 раз, или — кислорода, если вдыхать его при давлении, превышающем нормальное в несколько раз. В этом смысле понятно и происхождение известного изречения одного из корифеев средневековой медицины Парацельса (1493–1541 гг.): «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным». С ним перекликаются слова великого поэта древности Рудаки (умер в 941 г.):

Что ныне снадобьем  слывет, то завтра станет ядом. 
И что ж? Лекарством этот яд опять сочтут больные.[9] 

Следовательно, понятие  «яд» носит не столько качественный, сколько количественный характер и  сущность явления ядовитости должна прежде всего оцениваться количественными взаимоотношениями менаду химически вредными факторами внешней среды и организмом. На этом положении основаны известные в токсикологии определения:

1) «Яд — мера (единство количества и качества) действия химических веществ, в результате которого при определенных условиях возникает отравление» (Н. В. Саватеев);

2) «яды — химические соединения, отличающиеся высокой токсичностью, т. е. способные в минимальных количествах вызывать тяжелые нарушения жизнедеятельности или гибель животного организма» (Ю. Н. Стройков);

3) «яд — химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (реже — качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма, и поэтому несовместимый с его жизнью» (И. В. Саноцкий).

Из этих дополняющих  друг друга определений следует, что отравления должны рассматриваться  как особый вид заболеваний, этиологическим фактором (т. е. причиной) которых являются вредоносные химические агенты.

Профессор Е. А. Лужников и соавторы[10] рекомендуют различать 2 основных вида ответных реакций организма на внедрение токсической дозы чужеродного химического вещества (химическую травму). Первый — результат прямого воздействия токсичного агента на биоструктуру, когда он находится в организме и продолжает оказывать свое специфическое действие. Второй возникает параллельно с первым как следствие нарушения установившегося в организме равновесия процессов жизнедеятельности и включения различных приспособительных реакций. Степень и длительность проявления каждого из этих видов биологических реакций зависит от токсических свойств яда, интенсивности химической травмы, ряда особенностей организма и других факторов.

По современным  представлениям, большинство ядов реализуют  свое токсическое действие путем  нарушений функционирования ферментных систем. Но, как справедливо подчеркивает профессор Л. А. Тиунов,[11] надо учитывать, что нередко в основе механизма действия ядов лежат их реакции с другими биоструктурами: гемоглобином, нуклеопротеидами, белками биологических мембран. Тем не менее функции ферментов и в этих случаях могут нарушаться вторично вследствие развития кислородной недостаточности и расстройства процессов их фиксации на определенных внутриклеточных структурах. В этой связи несомненный интерес представляют те классификации ядовитых веществ, в основу которых положены механизмы их влияния на структуру и функции различных биохимических компонентов внутренней среды организма. Так, ферментная классификация ядов, предложенная А. А. Покровским,[12]включает 9, классификация Л. А. Тиувова[13] — 11, а классификация С. И. Локтионова[14] — 23 группы веществ.

Говоря об общих  механизмах действия ядов, американские ученые Грин и Гольдбергер[15] выделяют 2 их типа. К первому относятся вещества, обладающие способностью реагировать со многими компонентами клеток, и в молекулярном плане, как пишут эти авторы, «такие яды напоминают слона в посудной лавке». Поскольку избирательность их действия мала, то сравнительно большое число молекул яда расточается на взаимодействие со всевозможными второстепенными клеточными элементами, прежде чем яд в достаточном количестве подействует на жизненно важные структуры организма и тем вызовет токсический эффект. Так, к примеру, действуют хлорэтиламины. Яды второго типа реагируют только с одним определенным компонентом клетки, не растрачиваются на «несущественные» взаимодействия и поражают одну определенную мишень. Понятно, что эти яды способны вызвать отравления в относительно низких концентрациях. Характерным представителем такого рода веществ является синильная кислота.