Биологическая роль и метаболизм свинца и кадмия

Кадмий – элемент II группы периодической системы с атомным номером 48. Он представляет собой металл серебристого цвета. На воздухе покрывается оксидной пленкой. Растворим в кислотах, не растворим в щелочах. Добывают кадмий при переработке цинковых, медных, свинцовых руд, серебра.

Биологическая роль кадмия

Кадмий относится к токсичным микроэлементам, являясь одним из основных поллютантов окружающей среды. Но в то же время кадмий относится к группе "новых" микроэлементов (кадмий, ванадий, кремний, олово, фтор) и в низких концентрациях способен стимулировать рост некоторых животных.

Для высших растений значение кадмия достоверно не установлено. При токсичном воздействии металла у растений наблюдаются задержка роста, повреждение корневой системы и хлороз листьев.

Физиологическая роль кадмия изучена недостаточно. Кадмий обнаруживается в составе так называемого "металлотионеина" - белка, для которого характерно высокое содержание сульфгидрильных групп и тяжелых металлов. Функция тионеина заключается в связывании и транспортировке тяжелых металлов и их детоксикации. Основные проблемы, связанные у человечества с кадмием обусловлены техногенным загрязнением окружающей среды и его токсичностью для живых организмов уже при низких концентрациях.

Метаболизм кадмия

В организм взрослого человека в течение суток поступает 10-20 мкг кадмия. В тонком кишечнике адсорбируется менее 5% поступившего с пищей кадмия. На всасывание кадмия существенно влияет присутствие других биоэлементов и пищевых веществ, таких как Ca, Zn, Сu, пищевые волокна и др. Кадмий, поступающий в организм с вдыхаемым воздухом, усваивается значительно лучше (10-50%).

В организме человека кадмий аккумулируется в основном в почках, печени и двенадцатиперстной кишке. С возрастом содержание кадмия в организме увеличивается, особенно у мужчин. Средняя концентрация кадмия у мужчин и женщин составляет соответственно в почках 44 и 29 мкг/г, печени - 4,2 и 3,4 мкг/г. Содержание кадмия в ребрах составляет 0,4-0,5 мкг/г.

Кадмий выводится из организма преимущественно через кишечник. Среднесуточная скорость выведения этого элемента очень незначительна и составляет, по некоторым данным, не более 0,01% от общего количества кадмия. содержащегося в организме. Эстрогены усиливают выведение кадмия, что может быть связано с активизацией обмена меди.

Обмен кадмия в организме характеризуется следующими основными особенностями: отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля; длительным удержанием (кумуляцией) в организме с очень долгим периодом полувыведения (в среднем 25 лет); преимущественным накоплением в печени и почках; интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне.

Хроническое воздействие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функции, легочной недостаточности, остеомаляции, анемии и потере обоняния. Существуют данные о возможном канцерогенном эффекте кадмия и о вероятном участии его в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь итай-итай, характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненными явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Кроме того, отмечаются частые переломы размягченных костей даже при кашле, а также нарушение функции поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др.

Свинец - элемент 4-й группы периодической системы с атомным номером 82. Свинец это мягкий, ковкий, пластичный металл тускло-серого цвета. На влажном воздухе свинец покрывается оксидной пленкой, однако устойчив к действию кислорода и воды; этот металл растворим в азотной кислоте. Свинец известен еще со времен древних цивилизаций.

Биологическая роль свинца

Роль свинца в жизнедеятельности организма изучена недостаточно. Однако в литературе встречаются данные, подтверждающие, что металл жизненно необходим для животных организмов на примере крыс. В небольших количествах он необходим и растениям. Дефицит свинца в растениях возможен при его содержании в надземной части от 2 до 6 мкг/кг сухого вещества. Дефицит свинца в эксперименте понижает рост животных, нарушает метаболизм железа, изменяет действия некоторых ферментов и концентрацию отдельных метаболитов в печени, связанных со статусом железа. Было обнаружено, что свинец увеличивает рост и улучшает гематокрит и концентрацию гемоглобина при дефиците железа у крыс, однако этот эффект был, вероятно, результатом фармакологического действия свинца. Известно, что свинец участвует в обменных процессах костной ткани.

Свинец является канцерогеном и тератогеном для организма. Токсическое действие свинца во многом обусловлено его способностью образовывать связи с большим числом анионов - лигандов, к которым относятся сульфгидрильные группы, производные цистеина, имидазольные и карбоксильные группы, фосфаты. В результате связывания ангидридов со свинцом угнетается синтез белков и активность ферментов, например АТФ-азы. Свинец нарушает синтез гема и глобина, вмешиваясь в порфириновый обмен, индуцирует дефекты мембран эритроцитов.

Метаболизм свинца

В организм человека свинец в основном поступает через пищеварительный тракт. Однако соединения свинца могут попадать в организм человека и с вдыхаемым воздухом. В организме взрослого человека содержится около 2 мг свинца. В желудочно-кишечном тракте всасывается 5-10% (а иногда и до 50%) от поступившего свинца. Степень всасывания свинца зависит от растворимости его соединений. Много свинца может попадать в организм с вдыхаемым воздухом (до 70% аэрозоля содержащего свинец оседает в лег-ких). При больших концентрациях тетраэтилсвинца возникает риск его проникновения через кожу. У мужчин удержание свинца в организме выше, чем у женщин. В норме в костях содержание свинца равно 20 мг/кг, печени - 1 мг/кг, почках - 0,8 мг/кг, головном мозге - 0,1 мг/кг.

Выводится свинец из организма со стулом (80-90%), а меньшая часть выделяется с мочой. При токсичных дозах элемент накапливается в почках, печени, селезенке и костных тканях. При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения (анемия), нервная система (энцефалопатия и нейропатия) и почки (нефропатия). Наиболее восприимчива к свинцу гематопоэтическая система, особенно у детей. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение.

Химик-эксперт медицинской

Организации                                                                                    Глебова (Салина) М.Н.