При бурном развитии новых технологических процессов в различных отраслях промышленности тяжелые металлы в возрастающих количествах поступают в окружающую среду, оказывая, тем самым, влияние на живые организмы.
Однако, несмотря на предохранительные меры, тенденция к увеличению тяжелых металлов в биосфере будет наблюдаться и в дальнейшем (В.В. Худолей, И.В. Мизгирев, 2006).
Так, при исследовании уровня загрязнения атмосферного воздуха в районах, где находится свинцово-плавильный завод, крупная теплоэлектростанция и завод по производству суперфосфатных удобрений, установлено, что годовой выброс соединений свинца в воздух составляет 18,650 мкг/м3 (D. Popovae et al., 2006).
Повышенное содержание свинца и кадмия обнаруживается в почве, воде, в печени, почках, крови и молоке животных, выращенных вблизи цинкоплавильного завода (J. Slamecka et al., 1994; S.K. Dwivedi et al., 2001).
М. Кирова и др. (2005) изучали содержание свинца в мышцах и внутренних органах крупного рогатого скота в районе комбината цветных металлов.
Было установлено, что содержание свинца в мышечной ткани, внутренних органах и трубчатых костях находится в прямой корреляции с возрастом животных и топографической близостью населенных мест к основному загрязнителю тяжелыми металлами – комбинату цветных металлов.
Кроме того, накопление свинца в организме крупного рогатого скота происходит в следующей последовательности: печень – почки – трубчатые кости – селезенка – мышечная ткань и является показателем хронической интоксикации организма животных свинцом без проявления клиники острого отравления, хотя в некоторых случаях было обнаружено повышенное содержание токсикоэлемента в мышечной ткани и печени.
Основными соединениями в выбросах дымовых труб промышленных предприятий являются: кадмия окись, свинца сульфат, свинца окись и свинца сульфид (A. Ciesla, J. Saniszewska, 2007).
Накопление свинца и кадмия в организме сельскохозяйственных животных, выращенных в промышленных районах, происходит в 2-4 раза больше, чем в органах и тканях животных, выращенных в сельских районах (V. Antoniou et al., 2005; Р. Иванова и др., 2005; М. Кирова, 2005; S.K. Dnivedi et al., 2005; О.И. Кальсина, 2005; M. Gallo et al., 2008).
В настоящее время во многих странах мира уделяется большое внимание загрязнению соединениями свинца окружающей среды в результате добавления к автомобильному топливу алкилсвинцовых присадок, таких как тетраэтилсвинец и тетраметилсвинец. С выхлопными газами соединения свинца выносятся в виде твердых частиц, около 20 % которых оседает в непосредственной близости от дороги.
Заметно повышено содержание свинца в организме животных, выращенных около автострад (K. Wilke et al., 2000).
Установлено, что вдоль автомобильных дорог содержание свинца намного выше (М.М. Ватсон, Н. Робертс, Д.Д. Маккукзи, 2002, А.О. Aduadi, T.A. Gbodi, Y.O. Alio, 2000). С удалением от дорог на расстояние 220 м в обе стороны концентрация свинца в почве снижается от 60 мг/кг до 30 мг/кг (Singh et al., 2007). В крови коров и буйволов концентрация свинца соответственно составляет 1,62+0,38 и 0,86+0,23 мг/л.
По сведениям К. С. Пегасовой (2001) в хозяйствах, расположенных вблизи федеральных автомагистралей, содержание свинца в мясной и молочной продукции составляет 0,7 допустимого уровня.
Особую опасность представляют сточные воды производств: металлургического, металлообрабатывающего, машиностроительного, химического, химикофармацевтического, нефтехимического, спичечного, фитоматериалов. Содержание в сточных водах иногда достигает 8204 мг/л, бытовые стоки содержат обычно не более 0,48 мг/л (J. Bires et al., 1995; М.Ю. Кроль, Г.А. Ларионов, 2007).
В результате поступления соединений тяжелых металлов в окружающую среду происходит их накопление в почве, воде, а оттуда они мигрируют в растения и корма.
С кормами соединения свинца и кадмия поступают в организм животных, иногда в количествах, превышающих допустимые уровни (М. Kirchgessner et al., 2004; R.I. Bakalli et al., 2005; Е.А. Печкурова, О.Н. Новикова, 2007; B. Filipek-Mazur et al., 2007; J. Kelemen et al., 2008; Г.А. Ларионов, Г.К. Волков, 2001; Л. Баскин, 2000).
При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления токсикоэлементов в рационы и соответственно в продукцию животноводства, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. Например, при содержании в рационе свинца в 2-7 раз выше ПДК содержание его в молоке оказалось в 1,25-2 раза выше допустимых уровней (Н. И. Морозова, 2008).
Значительное содержание свинца отмечается в фосфорных удобрениях – до 34 мг/кг, а в сложных и комбинированных – его концентрация доходит до 57 мг/кг (Н.З. Милащенко, 2000).
Кроме того, поступление тяжелых металлов из почвы в растения возрастает параллельно с увеличением кислотности почвы. Это происходит потому, что соединения лучше растворяются в кислой среде (P. Planguart et al., 2000).
При техногенном загрязнении почвы тяжелыми металлами одновременно в ней возрастает доля их подвижных форм (В. А. Вострокнутов и др., 2007).
Большая часть свинецсодержащих соединений проходит в организме транзитом, т. е. не всасывается, и меньшая часть быстро включается в обменные процессы. Так, приблизительно только 10 % свинца, поступающего в организм, всасывается (D. Rondia, 2001).
Абсорбция свинца при поступлении нерастворимых солей – сульфатов, сульфидов, хроматов очень низка. Несколько большее количество свинца всасывается при введении в желудочно-кишечный тракт хорошо растворимых соединений ацетата и нитрата. Желудочно-кишечная абсорбция свинца повышается при недостаточном содержании в пище кальция и железа, избытке витамина Д. Токсичность свинца зависит и от других факторов (Р. Е. Андрушайте, 2001).
При парентеральной инъекции растворимых солей абсорбция свинца происходит не полностью, а часть его задерживается в местах введения. При внутривенном введении солей свинца большая его часть связывается с эритроцитами, около 5 % остается в плазме в форме коллоидальных частиц фосфатов или комплексов с белками и органическими кислотами (K.A. Winship, 2001). Витамин Е защищает эритроциты от действия свинца (В.А. Тутельян и др., 2007).
Поступивший в кровь свинец быстро распределяется по органам, затем происходит перераспределение. Образуется два обменных пула свинца: быстрый – кровь, мягкие ткани и медленный – скелет (Р.Е. Андрушайте, В.К. Бауман, 2002).
Свинецсодержащие соединения, оказавшиеся в крови, разносятся и накапливаются в жировой ткани почек, печени, селезенке, костях.
При большей концентрации свинец поступает в клетки кожи, мышцы и кости, из последних он вытесняет кальций (V.N. Nayah et al., 2005).
При высокой концентрации свинца в крови отмечается достоверная корреляция между уровнем свинца в крови и моче (К. Higashikawa et al., 2000).
Свинец, независимо от путей поступления в организм содержится, в основном, в эритроцитах. Есть данные о перераспределении свинца и постепенном его накоплении в сыворотке крови, где он образует комплексы с разными фракциями белка. По-видимому, наиболее прочным является комплекс с g-глобулином. Уже через несколько часов после введения, свинец попадает в органы, по интенсивности поглощения в порядке убывания образующих следующий ряд: почки – печень – легкие – селезенка – мышцы (M.R. Moore, 2008).
Доказано, что всасывание тяжелых металлов из тонкого отдела кишечника зависит от их растворимости в воде (C.A. Kan, 2004).
Свинецсодержащие соединения откладываются в клетках почечных канальцев, образуя внутриядерные включения, окруженные ограничивающей мембраной. Предполагается, что таким образом осуществляется защита цитоплазменных органелл (Y. Bremmer, 2003).
В организме имеются три основных депо свинца: почки, печень и костная ткань. В других же органах свинец удерживается в значительно меньших количествах (Р.Е. Андрушайте, Б.Э. Гайлите, 2007).
Внутри клеток свинец распределяется неравномерно. Отмечается концентрирование свинца в клеточной мембране, митохондриях (E. Ritz, R. Nowach, 2004).
Таким образом, основными путями поступления свинца в организм является дыхательная система и желудочно-кишечный тракт. В кровь всасывается 30-50 % свинца, поступившего в дыхательные пути и 10-45 %, поступившего в пищеварительный тракт. Причем, 50-60 % свинца, поступившего в кровь, выводится через кишечник, остальное накапливается, главным образом, в костях (Hu Howard, P.L. Milder et al., 2002).
При повышенном содержании тяжелых металлов в организме происходит нарушение многих процессов, начиная с клеточных мембран, т. к. ионы металлов могут связываться со специфическими участками фосфолипидных полярных частей (В.А. Тутельян и др., 2007). В результате этого взаимодействия происходит расширение или сжатие поверхности мембраны и, следовательно, изменение ее обычных свойств. Особенно опасны металлоорганические соединения, т. к. они гораздо лучше проходят барьеры внутри организма (В. Калоус, З. Павличек, 2005).
Основные пути поступления кадмия в организм – желудочно-кишечный тракт и легкие.
Желудочно-кишечная абсорбция кадмия низка: для животных она составляет 3-8 %. На нее влияют уровень потребления цинка и растворимость солей кадмия.
Эксперименты на животных указывают, что кадмий абсорбируется посредством пассивной диффузии в двенадцатиперстной, тонкой и подвздошной кишках (P.J. Landrigan, 2003).
Абсорбция ионов кадмия из центров парентеральной инъекции в кровь происходит быстро и полно. В крови ионы кадмия входят в эритроциты и распределяются в плазме. Кадмий присоединяется к плазменным белкам, особенно g-глобулинам, и легко попадает в ткани.
При внутривенных инъекциях солей кадмия наблюдаются быстрое распределение его в тканях и медленное выделение. Так, распределение кадмия в печени, почках, селезенке и других органах через 28 дней мало отличается от распределения его через 1 час (A.K. Gautam, A.R. Chrowdhury, 2007).
Абсорбция кадмия через кожу незначительна. После вдыхания кадмиевой пыли или аэрозоля кадмий быстро и полностью абсорбируется легкими. Только малорастворимые соли, такие как CdS, остаются в легких не абсорбированными и вызывают местные воспаления и язвы. Вдыхаемые соли кадмия в зависимости от растворимости абсорбируются на 10-40 % (B.A. Fowler, R.E. Gandley, 2003).