Лев Николаев - Металлы в живых организмах

Мы, к сожалению, не знаем, каковы биологические функции многих металлов. Вполне вероятно, что некоторые из них (например, ртуть) вообще не выполняют в организме полезной работы и не являются необходимыми. Но как раз среди них обнаружены высокотоксичные, т. е. опасные даже в очень малых концентрациях. Тщательное изучение свойств соединений таких металлов, с одной стороны, помогает разрабатывать правила техники безопасности, а с другой — дает в руки врачей средства для борьбы с некоторыми болезнями. Дело в том, что бактерии, грибки, вирусы погибают под действием соединений "опасных" металлов, и, подбирая дозу и условия применения, можно успешно использовать бактерицидные (убивающие бактерий) свойства ряда металлов в медицине. Врачи применяют, например, ртутно-салициловую мазь, цианид ртути и др.

Из легких металлов токсичными свойствами обладают бериллий и литий и их соединения. Соединения тяжелых металлов (ртуть, свинец) токсичны — и тем более, чем лучше их растворимость.

Ядовитое действие ионов тяжелых металлов в значительной мере связано с их способностью прочно соединяться с белками и нарушать нормальную работу ферментов и других биологически активных белковых веществ.

Ниже мы рассмотрим токсические свойства некоторых металлов и их соединений. Когда речь идет о ядовитости самого металла, то, как правило, он проявляет токсический эффект в тонкоизмельченном состоянии (в виде пылевых частиц). Попадая в легкие и бронхи, частицы металла вызывают раздражение и, медленно реагируя с клеточным содержимым, превращаются в соединения, которые переходят в кровь.

Аналогичное действие оказывает и вдыхание пылевых частиц оксидов металлов (оксид цинка, оксиды марганца и др.) или солей. Соли некоторых металлов сильно раздражают кожу (соли магния и отчасти натрия) и способны всасываться даже через кожные покровы. Поэтому при любой работе с металлами и их солями, особенно если работа ведется в условиях высокой температуры, необходимо обратить серьезное внимание на соблюдение соответствующих правил техники безопасности.

Опасными, т. е. действующими даже в малых концентрациях, следует считать ртуть, свинец, кадмий, таллий, бериллий, хром, барий, стронций. Конечно, опасен радий — и как источник излучения, и как химически активный металл — аналог бария. Несколько менее опасны марганец, литий, никель, цинк (см. ниже табл. 6).

В условия производства могут встретиться как металлическая ртуть, так и ее соли (хлориды Hg 2Cl 2и HgCl 2, сульфиды HgS), на основе которых готовят краску киноварь и др. Крайне опасны органические соединения ртути, например этилмеркурхлорид С 2Н 5-Hg-О. В медицине соединения ртути применяются в строгой дозировке (салициловортутные мази, цианид ртути).

Пары ртути задерживаются в легких и могут всасываться в кишечнике, что, по-видимому, связано с относительно хорошей растворимостью металлической ртути в воде.

Как и другие тяжелые металлы (свинец), ионы ртути энергично соединяются с группами SH белков и прочно удерживаются в получившихся комплексах; частично ртуть в тканях организма переходит и в сульфид. Белки, богатые этими группами, содержатся в почках, поэтому ртуть, попадая в организм, сосредоточивается преимущественно в почках и нарушает их нормальную деятельность.

Ртуть задерживается также и в клетках мозга и слизистой оболочки рта. При ртутных отравлениях поражаются почки, при хронических отравлениях серьезно страдает нервная система.

Следует избегать контактов с металлической ртутью. Даже если, например, в комнате разбился медицинский термометр, следует учитывать опасность отравления парами ртути, потому что ее предельно допустимая доза очень мала — 0,00001 мг/л. Раскатившиеся шарики ртути трудно бывает собрать, и лучше засыпать место, где могут оказаться мелкие частицы, порошком серы или залить раствором хлорида железа (III). Поверхность ртути при этом будет окислена и испарение резко уменьшится.

В промышленности и технике применяется как металлический кадмий, так и его соли — сульфат, сульфид и др. Соединения кадмия ядовиты. При переработке кадмия часто образуется оксид кадмия, относительно летучее вещество, которое может попасть в дыхательные пути. Ионы этого металла вступают в соединение с карбоксильными, аминными и сульфгидрильными (-СООН, -NH 2, -SH) группами, имеющимися в молекулах белков, и таким путем задерживаются в организме. Почки, печень, поджелудочная и щитовидная железы служат местами, в которых кадмий может оставаться годами. Известны случаи тяжелых отравлений кадмием, когда человек погибает спустя 9 лет после того, как была прекращена работа с кадмием. Действуя на кожу, кадмий вызывает дерматиты и экземы.

Этот легкий металл применяется в промышленности в виде сплавов (бериллиевые бронзы), используются также оксид и различные соли: фторид, карбонат, хлорид и др.

Пыль, содержащая металлический бериллий, и особенно его растворимые соединения исключительно ядовиты!

Чаще всего отравления происходят в результате вдыхания пыли или дыма бериллия. Бериллий накапливается в тканях легких, вызывая тяжелый бронхит, и может прочно удерживаться и костной тканью.

Животные, пасущиеся на почвах, богатых бериллием, страдают от так называемого "бериллиевого рахита".

Биологическая роль бериллия неясна.

Соединения свинца и металлический свинец широко применяются в технике. Из числа соединений большое практическое значение имеют карбонаты и хроматы, используемые как неорганические пигменты (краски), а также различные оксиды и сульфат, с которыми работают в аккумуляторном производстве.

Все соединения свинца и сам металл ядовиты.

Отравление чаще всего носит хронический характер. Обычно оно развивается, при вдыхании пыли, содержащей свинец или его соединения, в условиях недостаточного соблюдения правил техники безопасности. Предельно допустимая концентрация — 0,00001 мг/л. Свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови (в виде комплексов с гамма-глобулином) и наконец достигает почек, печени и других органов.

В костях свинец накапливается постепенно и долго остается там. Время от времени происходит выделение свинца из костей, что может стать причиной неожиданного развития симптомов острого отравления. Долгое время свинец остается и в головном мозге.

Поражения десен, расстройство кишечника, заболевания почек и нервной системы — результаты отравления свинцом.

В технике применяют металлический таллий, его оксиды и соли. Этот металл и его соединения также токсичны и в этом отношении несколько напоминают свойства свинца. Особенно токсичны соединения одновалентного таллия.