Не говори мне: Шар Земной, скажи точнее: Шар Железный.
К. Бальмонт
В «ЗН» неоднократно приводились данные, свидетельствующие о крайне неблагоприятной экологической ситуации в Украине. Из этих данных явствует, в частности, что среди техногенных загрязнителей, негативно влияющих на человека и среду его обитания, в качестве приоритетных следует сегодня выделить соединения тяжелых металлов, пестициды и агрохимикаты, радионуклиды. Особенно учитывая реальную опасность их одновременного (комбинированного) воздействия.
С позиций медицинской экологии и профессионального здоровья изучением биологических и токсических эффектов, возникающих под влиянием тяжелых металлов, занимаются многие годы сотрудники лаборатории промышленной токсикологии Института медицины труда АМН Украины, руководимой членом-корреспондентом НАН, академиком АМН Украины И. Трахтенбергом - автором ряда публикаций в «ЗН» по актуальным проблемам профилактической медицины. Результаты проведенных в лаборатории экспериментальных исследований и гигиенических наблюдений по вопросам токсикологии тяжелых металлов и профилактики интоксикаций при их воздействии обобщены в научных монографиях, руководствах и обзорах, известных не только в нашей стране, но и за ее пределами. Исследования по данной проблеме являются традиционными для токсикологов и гигиенистов Украины, ведут свою хронологию от обстоятельных научных работ, предпринятых в Киевском медицинском институте (ныне Национальном медицинском университете) еще в начале пятидесятых годов.
Содержание настоящей публикации, предлагаемой вниманию читателя, отражает современные представления о тяжелых металлах, как глобальных загрязнителях производственной и окружающей среды, опасности их воздействия на человека.
яд - понятие условное
Еще врачи прошлого объясняли несведущим, что само понятие «яд» в известной мере относительное. При определенных условиях любые, даже жизненно необходимые вещества, например белки, витамины, гормоны, будучи введенными в организм в больших количествах, могут оказаться высокотоксичными. Даже лекарства. Отсюда и название одного из разделов медицины - лекарственная токсикология. Подобно тому, как медицинские препараты, предназначенные для излечения человека, при неправильном применении могут оказаться ядами, так и, скажем, «лекарства» для борьбы с болезнями и вредителями растений - пестициды, применению которых в значительной мере обязана «зеленая революция» в развитых странах, могут оказаться ядами при неправильном их использовании. Итак, нет ядовитых веществ, а есть ядовитые количества. Суть проблемы в том, что повседневное практическое применение химикатов, в том числе новых, способствующих продуктивности производства, должно быть прежде всего цивилизованным и, разумеется, высокопрофессиональным. Только при этом условии может быть обеспечена не только должная производственная и экономическая эффективность, но и надежная безопасность. Если ученые-медики, работающие в области гигиены и токсикологии, научно обосновали и постоянно проводят систему предварительной экспертизы и последующей профилактики, обеспечивающие эту безопасность, то практические работники призваны повседневно и строго реализовывать на местах действующие правила и регламенты. Но именно здесь, увы, образовался существенный разрыв между наукой и практикой. Низкая культура проведения работ с химическими веществами, отсутствие современных средств механизированного их использования, несоблюдение существующих норм и правил, неправильное их хранение и транспортировка, дефицит индивидуальных защитных средств - все это и многое другое на практике может приводить к пагубным последствиям. Таким образом, с одной стороны, нерациональное использование химических соединений снижает ожидаемую эффективность, с другой - создает предпосылки к нарушениям требуемых мер безопасности. В совокупности подобная ситуация, по существу, дискредитирует принятую во всех цивилизованных странах практику широкой химизации разнообразных сфер народного хозяйства и быта. А ведь именно химия сегодня - мощный рычаг научно-технического прогресса. Однако при обязательном условии надежной безопасности работающих и населения, охраны окружающей и производственной среды от опасного химического воздействия.
Сказанное выше в полной мере относится к тяжелым металлам как загрязнителям среды обитания человека. Но прежде о содержании их и роли как естественных компонентов природной среды и живых организмов, включая человека.
Металлы как микроэлементы
Тело человека, его ткани, органы построены и содержат большое количество химических веществ - от самых простых (низкомолекулярных) до самых сложных (высокомолекулярных). Организм человека, по сути, представляет собой сложную химическую лабораторию, в которой ежесекундно и ежеминутно осуществляются тысячи химических реакций, в своей совокупности называемых обменом веществ.
Очевидно, всем людям, имеющим среднее школьное образование, известно, что химия, как предмет науки, делится на неорганическую, органическую и биологическую (биохимию). Биологическая химия изучает состав и структуру тех химических соединений, которые содержатся в живых организмах, и те химические реакции, которые протекают в них. Преимущественно по составу это органические соединения, притом весьма сложной структуры, в большинстве своем специфичные только для живого организма и, в частности, человека. В целом их объединяют в три основные группы: белки, углеводы и липиды (жиры и жироподобные вещества). Эти основные вещества подвергаются в организме разнообразным превращениям - распаду и синтезу в ходе различных химических реакций, «запуск» которых и скорость протекания регулируются ферментами и витаминами, а согласованное взаимодействие - гормонами. Одновременно с этими органическими веществами в тканях и жидкостях организма постоянно присутствуют простейшие вещества неорганической природы, в частности элементы, которые в силу крайне малого их количества в организме (тысячные и менее доли грамма на килограмм веса) называются микроэлементами.
В настоящее время все больше накапливается данных о роли отдельных микроэлементов в живых организмах. Биохимики и токсикологи Украины продолжают сегодня разработку проблемы сравнительного изучения элементарного состава живого вещества на основе геохимических процессов. Истоки изучения этой проблемы восходят к работам выдающегося отечественного геохимика академика А.Виноградова, относящимся еще к тридцатым годам. Этим ученым было показано, что растительные и животные организмы содержат практически все известные в природе химические элементы. По мнению видного исследователя А.Ферсмана, опубликовавшего в те же 30-е годы обстоятельный труд «Геохимия», минеральные элементы, входящие в состав живых организмов, черпаются из почвы, каждый грамм которой содержит все элементы периодической системы Менделеева. Из 105 элементов этой системы 82 встречаются в живых организмах. По количественному признаку химический элементарный состав живой материи принято делить на три группы - макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. К макроэлементам относятся 11 элементов, микроэлементам - 39 и ультрамикроэлементам - 32. Концентрация первых в организмах составляет от десятых долей до десятков процентов, микроэлементов - от тысячных до стотысячных долей процента и ультраэлементов - от миллионных долей и меньше. Среди микроэлементов биологически значимыми являются хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, молибден, кадмий, а из ультрамикроэлементов - ртуть, таллий, висмут.
Большинство из названных элементов являются металлами, притом «тяжелыми», обладающими высокой биологической активностью. Деление металлов на тяжелые и легкие основано на величине их плотности, выражаемой в граммах на один кубический сантиметр, легкие металлы имеют плотность до 5 г/см 3 , тяжелые - выше 5 г/см 3 . Для таких металлов, как железо, медь, цинк, хром, марганец, кобальт, молибден, никель, ванадий, селен, установлена их биологическая значимость, а именно: каталитическая роль в регуляции биохимических процессов, в силу чего их именуют биометаллами. Наряду с этими жизненно важными элементами в органах, тканях и жидкостях организма обнаруживаются и другие металлы, для которых биологическая роль не доказана, но, поступая извне с пищей, воздухом и водой, они задерживаются в организме. По мнению В.Вернадского, биологическая значимость не исключена для всех металлов, встречающихся в природе. Им впервые была установлена прямая связь между составом земной коры и содержанием микроэлементов в живых организмах и их влияние на рост, развитие и физиологическое состояние последних.
В соответствии с этими взглядами правомерно сослаться на данные о развитии эндемических заболеваний в так называемых биогеохимических провинциях, богатых или бедных теми или иными металлами в окружающей среде. Всего же сегодня известно свыше двадцати эндемических заболеваний, связанных с определенными районами, где наблюдается избыток или недостаток микроэлементов (литий, бериллий, бор, фтор, натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор, кальций, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, селен, молибден, йод и т.д.). Обычно население таких мест вместе с пищей, водой и воздухом (пыль, газообразные вещества) поглощает избыточное или недостаточное количество микроэлементов, что отражается на их содержании в организме с отклонениями в ту или иную сторону от обычного среднего уровня, т.е. от «нормы». Это, естественно, может влиять на состояние здоровья. Подобные ландшафтные аномалии иногда занимают огромные территории, и большие контингенты жителей этих регионов нередко страдают от так называемых микроэлементозов. Таежно-лесные зоны, как правило, бедны медью и кобальтом, в почвах лесостепей, степей и полупустынь не хватает меди, в дерново-подзолистых и серых лесных почвах - молибдена. Это «отрицательные аномалии». Однако в природе встречаются и «положительные биогеохимические аномалии», где в верхних слоях земной коры обнаруживаются избыточные количества некоторых металлов. Так, избыток свинца содержится в красноцветных песчаниках, ртути - в вулканических породах и особенно в местах залегания ртутных пород, из которых добывают металлическую ртуть (рудники). В отдельных регионах располагаются аномалии с высоким содержанием марганца, сурьмы, мышьяка, селена и других металлов. Как видно из этих примеров, на стыке геохимии, географии и биологии сформировалось новое научное направление - геохимическая экология.
Металлы как техногенные химические загрязнители
Однако не только природные геохимические аномалии приводят к избыточному поступлению ряда металлов в организм современного жителя Земли. Развитие промышленности и транспорта, строительной индустрии, сельскохозяйственного производства сопровождается загрязнением окружающей среды разнообразными химическими веществами, среди которых значительный удельный вес занимают соединения тяжелых металлов. По цепи вода - растения - пища они поступают в организм человека в повышенных количествах. Это относится прежде всего к таким токсичным тяжелым металлам как свинец, ртуть, кадмий, никель, хром, марганец и др. Источников загрязнения окружающей среды металлами в наше время предостаточно. Особую озабоченность вызывает сегодня свинец. Почва, вода, воздух, ряд пищевых продуктов содержат относительно высокие количества этого металла, который, поступая в организм человека, накапливается в органах и тканях, в частности в костях, откуда выводится очень медленно. Свинец - весьма опасный металл, влияющий на нервную систему: у тех, кто подвергся воздействию этого металла, отмечается заторможенность, неспособность концентрировать внимание, потеря памяти, головная боль, дрожание рук. У детей нарушается способность к обучению, возникают изменения в поведенческих реакциях, даже замедляется умственное развитие. Возможны поражение почек, сочетающееся иногда с подагрой, изменения функции печени, нарушения крови. Нередко повышается кровяное давление, расстраивается функция сердца. Для предупреждения свинцовых отравлений важны прежде всего эффективные меры по ограничению поступления его во внешнюю среду и организм человека. В то же время существенное значение имеет и профилактическое питание. В частности, белковая пища (рационы с адекватным или повышенным уровнем белка) ослабляет токсическое действие свинца. Уменьшению всасывания металла в пищеварительном тракте и усилению его выведения из организма способствует употребление растительных продуктов и овощей, фруктов и соков из них, особенно с мякотью.
Вредным действием при повышенном содержании во внешней среде обладает и кадмий. Этот металл также накапливается в ряде органов и тканей, преимущественно в почках, печени, костях, нарушая их функцию. В Японии было выявлено заболевание под названием «итай-итай», сопровождавшееся повышенной хрупкостью и ломкостью костей, вызванное поступлением высоких количеств кадмия в связи с употреблением риса, выращенного на полях, обработанных ядохимикатами, содержащими этот металл.
Наши многолетние экспериментальные и гигиенические исследования показали, что ртуть, этот подвижный и легко испаряющийся металл, используемый в практической жизни людей в течение нескольких тысячелетий, является весьма токсичным веществом, поражающим при воздействии прежде всего нервную систему и почки. Неорганические соединения и пары этого металла поглощаются при поступлении в организм человека преимущественно тканями внутренних органов, органические - тканью мозга. Отравления ртутью сопровождаются нервными проявлениями, изменением поведенческих реакций, расстройством сна, головными болями, дрожанием рук. Примером тяжелых ртутных отравлений, которые носили массовый характер, является болезнь Минамата, впервые обнаруженная в Японии у жителей города с одноименным названием, употреблявших рыбу, выловленную в озере, куда сбрасывались ртутные промышленные отходы. О нарушениях здоровья работающих с ртутью, а также мерах защиты писали еще Г. Акрикала, Г. Фаллоппий, основоположник учения о профессиональных заболеваниях Б. Рамаццини. Известный отечественный гигиенист В. Левицкий подробно описал тяжелые нарушения здоровья рабочих (и членов их семей), занимавшихся изготовлением фетра, когда в кустарном шляпном производстве при выделке заячьих шкурок широко использовался нитрат ртути. Образное название «болезнь сумасшедшего шляпника» объединяет как суть тех тяжелых нервно-психических расстройств, свойственных длительно работающим со ртутью, так и их профессиональную избирательность. Показательно, что название это вошло и в обиходную речь, и в художественную литературу. Вероятно, читатель с детства помнит известную сказку английского писателя Л. Кэрролла «Алиса в стране чудес». Одним из ее героев является Болванщик, шляпных дел мастер, о котором говорят, что он «оболванился», не в своем уме, сумасшедший.
При повышенном поступлении молибдена в организм человека нарушается обмен мочевой кислоты, увеличивается ее образование, отложение в костях с развитием подагры. Серьезные нарушения возникают и при повышенном поступлении в организм таких металлов, как сурьма, висмут, таллий, кобальт и др. Перечень подобных примеров можно было бы продолжить.
Какие же мероприятия должны обеспечить сегодня охрану здоровья человека и среды его обитания от вредного влияния техногенных металлов? Мы можем обозначить здесь два основных пути: санитарно-технический - уменьшение содержания металлов в объектах внешней среды до предельно допустимых (безопасных) уровней путем внедрения архитектурно-планировочных, технологических, технических и других мероприятий; гигиенический - научная разработка допустимых уровней содержания их во внешней среде, требований и рекомендаций в сочетании с постоянным контролем состояния и качества этой среды. Профилактика хронических интоксикаций металлами и их соединениями должна обеспечиваться прежде всего их заменой, где это возможно, на безвредные или менее токсичные вещества. В случаях же, когда не представляется реальным исключить их применение, необходима разработка таких технологических схем и конструкций, которые бы резко ограничивали возможность загрязнения ими воздуха производственных помещений и наружной атмосферы. В отношении транспорта, являющегося, как об этом было сказано выше, одним из значительных источников выброса свинца в атмосферу, следует повсеместно внедрять экологически чистое горючее. Весьма радикальным средством является создание безотходных или малоотходных технологий.
Наряду в указанными выше мероприятиями необходимо постоянное осуществление эффективного контроля за уровнем содержания металлов в организме. С этой целью при медицинском обследовании работающих и населения в случаях их контакта с техногенными металлами должно проводиться определение их в биологических средах организма крови, моче, волосах.
Как свидетельствует опыт наших экспериментальных исследований и клинических наблюдений, проведенных в последние годы, экологическое неблагополучие в Украине усугубляется тем, что последствия чернобыльской катастрофы определили реальную опасность одновременного воздействия на организм человека радионуклидов, тяжелых металлов, пестицидов и других техногенных загрязнителей окружающей среды. В комплексе мероприятий, способствующих предотвращению этой угрозы, эффективным является проведение пектинопрофилактики среди контингентов промышленных и сельскохозяйственных рабочих, контактирующих в процессе своей профессиональной деятельности с потенциально токсичными химическими веществами, и населения, в том числе детей, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях. Пектиносодержащие препараты, а также пищевые продукты растительного происхождения, содержащие пектин (плоды, овощи, корнеплоды), способствуют выведению из организма указанных выше вредных веществ, оказывают общеукрепляющее действие на организм, способствуют нормализации обменных процессов.
Вместо послесловия (комментарии к концепции «польза-вред»)
В нынешних сложных условиях экологического неблагополучия особого внимания заслуживают следующие аспекты использования и распространения во внешней среде техногенных химических веществ. Первый сводится к тому, что одной из причин низкого уровня производства в ряде отраслей народного хозяйства является острый дефицит химических соединений и новых химических технологий. При этом перспективы расширения промышленного синтеза необходимых химикатов, к сожалению, не внушают оптимизма, а на приобретение их за рубежом не хватает нужных средств. В этих условиях крайне важна для общественности непредвзятая, строго аргументированная информация о насущных потребностях в химических соединениях и технологиях, о сфере их эффективного и при этом безопасного внедрения и способах рационального использования. А такая объективная информация сегодня явно недостаточна.
Второй аспект. Очевидно, что в повседневную практику должны внедряться только те химические соединения, в отношении которых разработаны соответствующие гигиенические регламенты и нормативы, действует система апробированных и эффективных мер профилактики. Последние должны соответствовать международным требованиям, регламентированным такими организациями, как Всемирная организация здоровья (ВОЗ), Международная организация труда (МОТ), Международная программа химической безопасности (МПХБ).
К разработке ряда этих основополагающих документов причастны отечественные гигиенисты и токсикологи, вклад которых в международную деятельность по проблемам безопасного применения химических соединений общеизвестен. Следует подчеркнуть, что становление национального законодательства в этой области и всесторонние научные исследования по гигиене и токсикологии вновь вводимых химических соединений являются традиционными для специалистов Украины.
Третий аспект. Разумеется, и это является сегодня признанным во всех странах, что без согласованного и аргументированного заключения специалистов-экспертов по охране производственной и окружающей среды, токсиколого-гигиеническому изучению химических соединений ни одно из новых соединений - отечественных или зарубежных - не должно регистрироваться и использоваться. Именно поэтому развернута сейчас, хотя и с некоторым опозданием, деятельность Комитета по гигиенической регламентации и регистрации потенциально опасных факторов окружающей среды при Министерстве здравоохранения Украины. Его задача - осуществлять научную экспертизу промышленных химических веществ, продуктов бытовой химии, пестицидов и других химикатов, внедряемых в сферу производства, науки, техники, быта. Вот только мешать их нынешней деятельности, безосновательно подвергать сомнению результаты согласованных решений независимых экспертов - сомнительное занятие.
Известно, что всяческие фобии, так называемые ятрогенные нарушения, могут возникать от чувства постоянного страха, тревоги, сознания безысходности. Допустимо ли нагнетать подобные отрицательные эмоции безответственными заявлениями о неизбежной обреченности человека перед техногенной химической экспансией? Тем более в нынешних условиях, когда общество и без того издергано всяческими социальными и экономическими неурядицами. Уместно напомнить известное предостережение мудрых предшественников: «слово ранит, слово убивает…».
Итак, в отношении соединений тяжелых металлов главное сегодня - уменьшить давление техногенного «металлического пресса» на биосферу, детское и взрослое население, а также на работающих в условиях воздействия аэрозолей металлов как профессиональной вредности. С этой целью особенно важно, чтобы новые, как, впрочем, и реконструируемые старые, технологии, при которых возможно загрязнение токсичными металлами внешней среды, внедрялись в народное хозяйство только после того, как они будут изучены специалистами в области профилактической медицины. На основе всесторонней научной экспертизы должно быть тщательно взвешено, что в конечном счете будет превалировать, исходя из концепции «польза-вред». Задача отнюдь не простая, при решении которой нельзя игнорировать и социально-экономические аспекты. Но ведь приоритет - за интересами общественного здоровья. А это наше с вами достояние, потеря которого невосполнима.