Тяжелые металлы опасны тем, что способны накапливаться, и образовывать высокотоксичные металлосодержащие соединения, и вмешиваться в метаболический цикл живых организмов, вызывая у человека и животных ряд заболеваний. Помимо того, что определенное количество тяжелых металлов поступает в пищевые продукты из перерабатываемого сырья (при антропогенном загрязнении почв, воздуха, воды), токсичные элементы могут попасть в пищевые продукты во время технологического процесса (из материала оборудования, в котором проводится обработка и хранение сырья), из вводимых в пищу добавок.
Тяжелые металлы могут проявлять широкое токсическое действие.
Металлический кадмий не обладает токсическими свойствами.
Кадмий в растениях
Существует 2 пути поступления кадмия в растения: из атмосферы и из почвы. По фитотоксичности и способности накапливаться в растениях кадмий занимает первое место в ряду тяжелых металлов. Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Он локализуется в основном в корнях и меньшей степени - в стеблях, черешках и главных жилках листьев.
Кадмий в организме человека
Кадмий способен повышать кровяное давление. Он обладает канцерогенным эффектом. Кадмий накапливается в почках, в течение человеческой жизни его содержание может увеличиваться в 100-1000 раз.
Кадмий попадает в организм человека и в процессе курения. Растение - табак активно аккумулирует кадмий, который затем попадает в организм курильщика. В одной сигарете содержится 0т 1,2 до 2,5 мкг кадмия. Из них в легких курильщика оседает 0,1-0,2 мкг, остальное - рассеивается в атмосферном воздухе. По подсчетам ученых от курящих по всему миру людей может выделяться до 11,4 тонн кадмия в год.
В организм человека кадмий поступает с продуктами питания, питьевой водой, воздухом а также через кожу. Кадмий, поступающий через легкие, усваивается организмом на 10-20 %. При поступлении через желудочно-кишечный тракт процент усвояемости составляет 4-7.
Человек получает кадмий в основном с растительной пищей, так как он легко усваивается растениями из почвы (до 70 %). Очень большую опасность в этом отношении представляют грибы.
Кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме - период его полувыведения составляет 10-35 лет. Главным образом кадмий накапливается в почках (30-60 % всего количества) и печени (20-25 %).
Наиболее чувствительным и поражаемым органом при воздействии кадмия являются почки. Избыточный кадмий вступает в конкуренцию с цинком, тормозя действие цинкосодержащих ферментов и нарушает нормальное функционирование почек. В результате возникает протеинурея – повышенное выделение белка с мочой.
Кадмий нарушает фосфорно-кальциевый обмен, вытесняет кальций из соединений, входящих в состав костной ткани, вызывая ломкость костей. Недостаточное количество в организме человека цинка, железа и кальция может привести к 2–3-кратному повышению усвояемости кадмия из желудочно-кишечного тракта.
Попав в организм, кадмий не подвергаются каким-либо существенным превращениям, как это происходит с органическими токсикантами, и, включившись в биохимический цикл, он крайне медленно выводится из него.
Соединения же кадмия, независимо от их агрегатного состояния (пыль, дым окиси кадмия, пары, туман), ядовиты. Отравления кадмием могут происходить при нагревании металла или его сплавов, плавке руд и при производстве и применении красок и сплавов, в состав которых он входит.
По своей токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку. Менее растворимые, соединения его действуют в первую очередь на дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, а более растворимые — после всасывания в кровь — поражают центральную нервную систему (сильное отравление), вызывают дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом — в печени и почках) и нарушают фосфорно-кальциевый обмен.
Симптомы отравления кадмием зависят от пути его поступления в организм.
Характерными ранними симптомами хронического отравления малыми дозами кадмия (обычно после двух лет работы с ним) являются снижение обоняния (вплоть до полной его потери), золотистое окрашивание десен в области зубных шеек («кадмиевая кайма»), головокружение, головная боль, нарушение аппетита и сна. В городах, атмосфера которых содержит относительно больше кадмия, смертность среди страдающих сердечными заболеваниями выше.
Для острых отравлений обычен более или менее длительный (10—36 час, иногда — 30 мин. 2 час.) скрытый период. Начальные симптомы — сухость слизистых оболочек, неприятное вяжущее сладковатое ощущение на губах, медный вкус во рту, горловые спазмы, бледность, слабость, головокружение и головная боль (в области лба), тошнота и боль в подложечной области. Возможны дерматиты и изъязвление кожи; в тяжелых случаях наблюдаются боли в грудной клетке и брюшной полости, с последующей рвотой. Затем развиваются трахеит, бронхит с приступами болезненного судорожного кашля и сильной одышкой, повышается температура.
Для человека смертельной дозой является вдыхание в течение 1 мин. воздуха с содержанием 2500 мг/м3 окиси кадмия (или 30 сек. при концентрации 5000 мг/м3). Максимально допустимое количество CdO в воздухе — 0,1 мг/м3; для пыли кадмиевого сплава — 0,3—0,4 мг/ м3.
4.1.Боле́знь ита́й-ита́й
Боле́знь ита́й-ита́й (яп. 痛い痛い病 или イタイイタイ病 итай-итай — «болезнь „ой-ой больно“», названа так из-за очень сильных, нестерпимых болей) — хроническая интоксикация солями кадмия, которая впервые была отмечена в 1950 году в японской префектуре Тояма.
Хроническая интоксикация солями кадмия приводила не только к нестерпимым болям в суставах и позвоночнике, но и к остеомаляции и почечной недостаточности, которая часто заканчивалась смертью больных.
Причина
Заболевание было вызвано отравлением кадмием из-за добычи полезных ископаемых в префектуре Тояма. Самые ранние сведения о добыче золота в районе датируются 710 г. н. э. Регулярная добыча серебра началась в 1589 году, и вскоре после этого, началась добыча свинца, меди и цинка. Увеличение спроса на сырьё во время русско-японской войны, а затем и первой мировой, а также новые европейские технологии горнодобычи увеличили выход руды и сделали рудники Камиоки в Тояме одними из крупнейших в мире. Увеличение производства руды произошло также в период между мировыми войнами.
Начиная с 1910 года и вплоть до 1945 значительно увеличилась добыча кадмиевых руд, и поэтому самые первые упоминания о данном заболевании появились около 1912 года. Добыча полезных ископаемых, контролируемая горно-металлургической компанией «Мицуи», ещё больше увеличилась к началу второй мировой войны, чтобы удовлетворить потребности военной промышленности. Впоследствии это привело к ещё большему загрязнению солями тяжёлых металлов, прежде всего, кадмия, реки Дзиндзу и её притоков. Воды реки Дзиндзу использовались, в основном, для орошения рисовых полей и хозяйственных нужд. На реке и её притоках также было развито рыболовство.
Длительное потребление в пищу риса с орошаемых Дзиндзу полей и рыбы, выловленной в реке, привело к накоплению в организме жителей префектуры Тояма солей тяжёлых металлов и, прежде всего, кадмия.
Вплоть до 1946 года причину странной болезни жителей префектуры объяснить не могли и относили её или к какой-то природно-очаговой болезни или к неизвестной бактериальной инфекции.
Исследования причины странной болезни были начаты медиками в 1940—50 годы. Первоначально в качестве причины заболевания называли отравление свинцом, так как в 30 км вверх по течению находилась свинцово-рудная шахта. Только в 1955 году доктор Хагино с коллегами предположил, что странная болезнь может быть вызвана хроническим отравлением солями кадмия. В 1961 году префектура Тояма провела расследование, которое возложило всю ответственность за загрязнение окружающей среды и отравление жителей префектуры солями кадмия и других тяжёлых металлов на компанию «Мицуи».
В 1968 году Министерство здравоохранения и социального обеспечения Японии выступило с заявлением о симптомах болезни, вызванной отравлением солями кадмия.
Сокращение уровня содержания солей кадмия в водах реки Дзиндзу привело к сокращению числа новых жертв болезни. Новых случаев заболевания не было зарегистрировано с 1946 года. Хотя основная часть заболевших болезнью итай-итай были жителями префектуры Тояма, правительством Японии пострадавшие также были зарегистрированы и в пяти соседних префектурах.
Симптомы
Одним из основных симптомов отравления солями кадмия является остеомаляция — очень сильная боль в костях, суставах и позвоночнике, гипотония и гипотрофия мышц, патологические переломы и деформации костей. Также у больных появляется кашель и анемия. Самым грозным осложнением является почечная недостаточность, которая приводит к смерти больного.
Недавние исследования на животных показали, что отравления солями кадмия самого по себе недостаточно, чтобы вызвать все симптомы заболевания. Эти же исследования показали, что ключевую роль в развитии почечной недостаточности играет повреждение митохондрий почечных клеток.