1 Теоретические сведения о кадмии как о токсикологическом металле
1.1 Общие сведения о тяжелых металлах
Термин "тяжелые металлы" был введен в обиход немецким химиком Леопольдом Гмелином в 1817 году для обозначения обширного набора загрязняющих элементов. В разных научных публикациях этот термин интерпретируется по-разному, что приводит к значительным колебаниям в списке элементов, причисляемых к тяжелым металлам. Критерии, по которым элементы определяются как тяжелые, включают в себя ряд параметров, таких как атомная масса, плотность, токсичность, их распространённость в природе, а также участие в естественных и антропогенных циклах [9].
Исходя из критерия относительной атомной массы больше 50, в категорию тяжелых металлов входят все элементы, начиная с ванадия, вне зависимости от их плотности. Другой популярный критерий – это плотность, которая должна быть равной или превышать плотность железа (8 г/см3), что включает в список такие металлы, как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, в то время как более легкое олово уже не соответствует этому критерию. В некоторых классификациях используются различные значения пороговой плотности, например, 5 г/см3, или порогового атомного веса. Существуют исключения в некоторых системах классификации, когда благородные и редкие металлы не включаются в категорию тяжелых, либо же нецветные металлы, такие как железо и марганец, исключаются из рассмотрения [44].
Часто понятие «тяжелые металлы» рассматривается преимущественно с медицинской перспективы, а не химической. Включение элемента в эту группу происходит не только на основе его химических и физических характеристик, но и с учетом его биологической активности, токсичности и широкого применения в экономической сфере.
Из-за существующей разницы в трактовке понятия в англоязычной научной среде его применение на протяжении многих лет является объектом критики и является предметом жарких дебатов. В то же время, в русскоязычной науке этот термин обычно не вызывает серьезных возражений.
В более широком понимании, термин «тяжелые металлы» описывается так: это токсичные вещества, которые представляют угрозу для здоровья человека. Они способны накапливаться в организме, приводя к хронической отравлению и последующим нарушениям в работе различных систем организма [8].
На сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и другие.
Загрязняющие элементы, такие как тяжелые металлы, проникают в организм человека через загрязненный воздух, воду, продукты питания, почву и разнообразные бытовые товары. Основным источником этих элементов являются пищевые продукты, поэтому санитарные нормы устанавливают строгие ограничения на их содержание как в готовых блюдах, так и в исходном сырье для их изготовления [10].
Основные металлы, включая железо, медь, цинк и молибден, играют ключевую роль в биологии и необходимы для здорового развития растений, животных и людей в определенных дозах как важные микроэлементы. Однако при превышении нормы они могут нанести ущерб здоровью, накапливаясь в тканях и вызывая различные недуги. Металлы, не приносящие пользы в биологических процессах, например, свинец и ртуть, считаются токсичными. В то же время, некоторые элементы, которые обычно вредны для большинства организмов, как например ванадий или кадмий, могут оказаться полезными для отдельных видов.
Отравление металлами или их токсичность связана с вредным влиянием определенных металлов в определенных состояниях и количествах на организм. Только растворимые металлы обладают токсическими свойствами. Растворимые металлы образуют комплексы, называемые координационными, в которых металлический ион окружен различными лигандами. Лигандами могут быть как молекулы воды в аккомплексах металлов, так и метильные группы, например, в тетраэтилсвинце. В большинстве случаев металлокомплексы представляют собой комплексные соединения с разными лигандами [11].
Токсичные соединения металлов можно нейтрализовать, превращая их в нерастворимые формы или заключая в твердые структуры с помощью хелатообразующих веществ. Кроме того, при значительном уменьшении концентрации комплексы металлов обычно становятся безвредены. В этом контексте растения играют ключевую роль, выполняя функцию по извлечению и уменьшению содержания опасных тяжелых металлов в почве. Один из перспективных подходов к очистке почвы от тяжелых металлов – это фиторемедиация или биоремедиация, однако они не всегда эффективно решают возникающие практические задачи.
Токсичные металлы могут биоаккумулироваться в организме и в пищевой цепи. Особенностью этих металлов является их хроническая токсичность. Особенно это проявляется в отношении радиоактивных тяжелых металлов, например, радия, который так хорошо имитирует кальций, что проникает в костную ткань человека. Аналогичные злокачественные эффекты для здоровья проявляются и при отравлении свинцом и ртутью [13].
Весь текст будет доступен после покупки
