Экотоксикология тяжелых металлов как универсальных индикаторов качества среды обитания

Одним из распространенных видов антропогенного загрязнения среды является поступление в почву тяжелых металлов (химические элементы с атомной массой более 50: ртуть, свинец, медь, кобальт, хром, цинк, никель и др.). Интенсивность поступления тяжелых металлов в окружающую среду и их накопление в почве значительно превышает скорость адаптации живых организмов к меняющейся геохимической среде. По пищевым цепочкам токсический эффект достигает и человека [7, 61].

Большое значение имеет проблема «металлического пресса» на биосферу. По тяжелым металлам в условиях промышленного города отмечается наиболее высокий индекс загрязнения. Актуальность данной проблемы, главным образом определяется, способностью тяжелых металлов куммулироваться в организме человека, оказывая, в первую очередь, воздействие на потомство за счет мутагенных, канцерогенных, тератогенных, эмбрио- и гонадотоксических свойств, а также вызывать нарушения нормального функционирования различных органов и систем: сердечно-сосудистой, выделительной, эндокринной, пищеварительной, иммунной, кроветворной.

Известно, что нормальное функционирование организма человека невозможно без оптимального содержания в нем микроэлементов в следовых и ультра следовых количествах. Обнаружено, что в составе организмов содержится в микро количествах более 60 элементов, из них облигатными считаются 7, в том числе марганец, кобальт, медь, цинк. Значительное влияние микроэлементов на физиологические процессы в организме можно объяснить тем, что они входят в состав так называемых «акцессорных веществ» - дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов, а также коферментов, участвующих в регуляции дыхательных процессов.

Первичными и основными источниками микроэлементов для живых организмов служат почвы и природные воды. Еще В.И. Вернадский обратил внимание на то, что состав почв находится в тесной связи с составом других частей биосферы. Круговорот элементов в системе «атмосфера - природная вода - почва - растение - животные организмы» имеет региональную закономерность, которую может нарушать наличие очагов с повышенным содержанием микроэлементов.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами - медью, цинком, хромом, свинцом, ртутью, кадмием и др. - формируется в районах размещения промышленных предприятий за счет выбросов в атмосферный воздух и дальнейшего оседания на почвенном покрове, за счет атмосферных осадков, содержащих токсичные элементы, в результате неправильного хранения промышленных и твердых бытовых отходов.

Промышленные предприятия и транспорт являются приоритетными источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами [16, 20, 21, 79]. Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха тяжелыми металлами вносят предприятия черной и цветной металлургии, теплоэнергетики. Процессы выплавки и переработки чугуна сопровождаются выбросом в атмосферу марганца, свинца, паров ртути, редких металлов. В выбросах мартеновских и конвекторных сталеплавильных цехов присутствуют пыль из металлической шихты, пары и окислы металлов, преобладающими из которых являются триокись железа и алюминия. Предприятия цветной металлургии являются источником поступления в атмосферный воздух алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и др. металлов. Выход металлов в окружающую среду происходит при сжигании топлива и горючего на предприятиях теплоэнергетики. В угле и нефти содержатся все металлы периодической таблицы, и в первую очередь свинец, ртуть, мышьяк, ванадий, никель, хром. Наряду с указанными отраслями промышленности, все большее значение в загрязнении окружающей среды приобретает химическая промышленность и особенно химия органического синтеза, где металлы (хром, никель, ванадий, кобальт, торий, палладий) используются в качестве катализаторов оргсинтеза и дожигания.

Установлено, что большая часть металлов осаждается в пределах 1 - 2 км от источников выбросов, а 10 - 40% - в пределах 8 - 10 км от предприятий, что создает высокий уровень загрязнения металлами на селитебной территории промышленно развитых регионов [21, 22, 26].

Атмосферные осадки адекватно отражают загрязнение воздуха в населенных пунктах. В составе снега, как в аккумулятивном индикаторе, отражается специфическая антропогенная нагрузка от отдельных источников или промышленных зон. Высокие концентрации токсичных и потенциально токсичных элементов обнаруживается в снеговом покрове населенных пунктов. Тяжелые металлы относятся к одним из основных веществ, загрязняющих водоемы [91].

Как показывают исследования производственных сточных вод, в них нередко присутствуют тяжелые металлы. В поверхностных стоках с территорий городов обнаруживаются соединения свинца, цинка, меди [30]. Осадки сточных вод, образующиеся в процессах гальванической обработки металлических изделий, содержат гидроокиси тяжелых металлов - хрома, никеля, меди. Донные отложения, отобранные в реках Атбасар (Казахстан), Урюп (Красноярский край), содержат тяжелые металлы (литий, бериллий, цинк, свинец) в высоких концентрациях, обладающих высокой токсической и мутагенной активностью.

Металлсодержащие промышленные отходы, формирующиеся в металлургической, машиностроительной, авиационной промышленности, гальванических производствах, занимают значительный удельный вес в общем, объеме промышленных отходов, складированных на почве. Присутствующие в их составе тяжелые металлы, такие как кадмий, свинец, хром, никель и др., обладают высокой биологической и миграционной активностью. Промышленные площадки предприятий, как правило, имеют уровни загрязнения тяжелыми металлами на порядок или два, превосходящие концентрации на прилегающих территориях и являются своеобразными «ядрами» загрязнения. Подобные предприятия являются не только загрязнителями своих территорий, но и создают вследствие разноса воздушными потоками и грунтовыми водами обширные площадные геохимические аномалии на прилегающих территориях.

Свой вклад в загрязнение почвы тяжелыми металлами вносят твердые бытовые отходы, которые по данным А.П. Щербо содержат хрома - 102,5 - 151,4 мг/кг абсолютного сухого вещества, марганца - 1015,7 - 1227,1, никеля - 6,8-20,3, меди - 31,1 - 87,6, цинка - 680,2, свинца - 206,5 - 295,5.

Установлено, что в материале поверхностного слоя свалок значительная часть цинка (40 - 70%), меди, никеля (10 - 20%) и кадмия находится в виде подвижных соединений, которые могут вымываться водными потоками и в результате являются повсеместными загрязнителями почвы прилегающих территорий.

Повышенное содержание тяжелых металлов в воздухе, воде, почве приводит к загрязнению ими продуктов питания. Исследованиями установлено, что в организм из окружающей среды с пищевыми продуктами попадает около 80 тяжелых металлов [61]. Одной из причин загрязнения тяжелыми металлами продуктов питания является миграция токсикантов из фарфоровой, фаянсовой металлической посуды и оборудования пищевых предприятий.

В поведении металлов-загрязнителей много общего. В то же время установлено, что они обладают неодинаковой склонностью к адсорбции. Так, при равных условиях ион меди адсорбируется в больших количествах, чем ион кадмия.

Почва, а также высшие и низшие растения, контролируют миграцию многих химических элементов необходимых для жизнедеятельности наземных биоценозов. От состава и свойств почв зависят состав питьевых вод, минеральная полноценность местных кормов, продуктов питания человека.

Тяжелые металлы могут обменно или необменно захватываться разными компонентами почвы, выпадать в виде нерастворимых солей. Возможности перевода токсикантов в малоподвижное состояние неодинаковы у разных почв. Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов, ландшафтной обстановки в целом и других причин [61].

Элементы - токсиканты, загрязняющие почву, концентрируются в верхнем (0 - 10 см) слое. Установлено, что 57 - 74% свинца и ртути при антропогенном загрязнении закрепляются в слое 0 - 10 см и только 3 - 8% мигрируют до глубины 30 - 40см. Важную роль в накоплении тяжелых металлов играют комплексы вторичных минералов с органическим веществом и гидроокислами железа и алюминия (R. Levy, G. Soldatini, R. Riffaldi., 1989). Микробиологическая фиксация играет важную роль в связывании тяжелых металлов (меди, железа, никеля) в различных типах почв. Микроорганизмы аккумулируют на поверхности клеток железо. Множество органических соединений образуют растворимые или нерастворимые комплексы с медью, в связи, с чем способность почв связывать медь или содержать ее в растворенном виде в значительной степени зависит от характера и количества органического вещества. Органические компоненты сорбируют цинк и связывают его в устойчивые формы, в результате чего наблюдается накопление последнего в поверхностных горизонтах. Большую роль в повышении миграционных свойств тяжелых металлов играют воднорастворимые органические соединения, с которыми связано 60 - 90% мигрирующих в почвенном профиле металлов.

Миграция кобальта, никеля, цинка в растворенной форме затруднена из-за сорбции его оксидами и гидрооксидами железа, марганца, алюминия. Ионы меди легко осаждаются такими анионами, как сульфид, карбонат, гидрооксид.

Причиной колебаний в содержании элементов в почвах может служить их миграция в почвенно-грунтовом слое с участием природных вод. К локальным изменениям в составе почвенной массы приводят передвижения твердой фазы почвы за счет поверхностного стока. Возможен перенос элементов с твердым стоком при эрозионных процессах. На содержание микроэлементов в почве сказывается и подстилающая порода. Миграция и перераспределение микроэлементов по профилю почв зависят от характера водного режима, реакции среды почвенного раствора, содержания в нем подвижных органических веществ и др. Мобильность тяжелых металлов зависит от многих компонентов и свойств почвы, обуславливающих ее буферность и защитные возможности. На примере кадмия доказано, что в почвах с низкой катионной емкостью (из-за небольшого содержания ила и гумуса) адсорбция токсиканта невелика. Кислые почвы демонстрируют намного меньшую способность удерживать тяжелые металлы, чем нейтральные[30]. Минимальное содержание железа отмечается в почвах с высоким значением рН. В связи с этим кислые почвы более обогащены растворимым неорганическим железом, чем нейтральные. Кадмий наиболее подвижен в кислых почвах в интервале рН 4,5 - 5,5, тогда как в щелочных он относительно неподвижен. Накоплению марганца вплоть до токсичных значений способствует рН<6,5.

Медь считается одним из наиболее подвижных элементов в кислых средах.

В виде истинных растворов микроэлементы передвигаются с грунтовыми и поверхностными водами. В родниковых и колодезных водах в районах распространения грунтов, богатых подвижными соединениями, можно обнаружить марганец, медь, хром, никель, кобальт и др. в концентрациях до нескольких мг на литр. Во многих регионах страны подземные воды содержат повышенные содержания железа, марганца, стронция и других микроэлементов.

Понимание процессов миграции и перехода элементов из одной среды в другую имеет большое практическое значение для изучения механизмов и путей воздействия на организм человека, оценки степени токсичности химических элементов.

Установлено, что многие эндемические заболевания связаны с аномальным составом почв, зональностью почвенного покрова или локальным повышенным содержанием некоторых элементов, в том числе микроэлементов. Считается, что значительную группу болезней составляют заболевания, в этиопатогенезе которых гипо- и гиперэлементозы играют не специфическую роль, а создают лишь определенный фон обмена веществ, предрасполагающий к возникновению того или иного заболевания,

По наблюдениям при поступлении в организм какого-либо одного микроэлемента в повышенных концентрациях, изменяется содержание и других микроэлементов. Перераспределение, происходящее в содержании микроэлементов в тканях организма в наиболее ранний период поступления какого-либо микроэлемента в повышенных либо пониженных концентрациях, носит адаптационный и защитный характер, направленный на обеспечение наилучшей работы тканей и органов при изменяющихся условиях. В том случае, если какой-либо микроэлемент поступает в организм в концентрациях, которые превосходят адаптационные возможности, необходимые для нормальной деятельности организма, эквилибрированные отношения между микроэлементами нарушаются и выходят из-под контроля физиологической регуляции; начинает проявляться болезнетворное действие данного микроэлемента.

В последнее время установлена экологическая обусловленность примерно 20 заболеваний, имевших место среди населения. Так, в частности, это широко известные случаи техногенных микроэлементозов вследствие загрязнения морской и речной фауны ртутьсодержащими промышленными стоками, что привело к заболеванию тысяч людей, употреблявших в пищу рыбу, содержащую метилртуть (болезнь «минамата»). Полив рисовых полей водой, загрязненной сточными водами, содержащими кадмий, привел в итоге к накоплению его в рисе и появлению среди населения, употреблявшего его, тяжелого заболевания «итай-итай».

Избыточные концентрации металлов могут вызывать серьезные изменения в обмене веществ и дезорганизацию метаболических процессов, что способствует снижению неспецифической резистентности организма, приводит к нарушению аллергического и соматического статуса, а,следовательно, и к нарушению функций различных органов и систем. Под воздействием металлов повреждается процесс гемопоэза, что в свою очередь ведет к нарастанию иммунодефицитного состояния в организме [10, 79].

Под действием токсичных металлов в той или иной степени страдают сердечно-сосудистая, выделительная, пищеварительная, эндокринная, иммунная, кроветворная системы. Однако, при всей полиморфности картины токсического воздействия, для каждого металла характерно наибольшее поражение одной из вышеназванных систем.

Свинец при попадании в организм человека, взаимодействует с сульфгидрильными группами белков и блокирует различные ферментные системы. Свинец токсичен для центральной и периферической нервной системы, способен к кумуляции в организме, особенно в костной ткани.

Доказано токсическое воздействие свинца на детей, приводящее к нарушениям способности к обучению, к отставанию умственного развития, что связано с изменениями в структуре клеток центральной нервной системы. Свинец отрицательно воздействует на половые клетки, вызывая снижение гонадотропной активности и нарушения сперматогенеза. Корреляционным методом установлена зависимость между уровнями свинца и кадмия в волосах учащихся и их умственным развитием. Воздействие свинца приводит к поражению почечных канальцев, что сопровождается протеинурией и глюкозурией. В дальнейшем это приводит к дефициту витамина «Д» и паратиреодного гормона, к нарушению обмена кальция в организме и обуславливает в последующем системное поражение костной ткани - остеопороз и остеомаляцию. Имеются сведения, что нарушение баланса свинца в организме может провоцировать опухолевый рост клеток [34, 78].

Избыток меди приводит к нарушению кроветворения, провоцирует развитие анемий с перерождением печени и ее полной атрофией. С нарушением обмена меди в организме связывают ранние стадии развития злокачественных опухолей.

Цинк, являясь биомикроэлементом, входит в состав 60 ферментов. Он не обладает специфическими токсическими свойствами, однако, попадая в значительных количествах внутрь организма, способен вызвать тяжелые отравления: тошноту, рвоту, диарею. В последние годы появился ряд данных о канцерогенном эффекте двух других микроэлементов - хрома и особенно никеля [98]. Кроме того, два последних элемента при повышенном содержании в окружающей среде способны провоцировать заболевание глаз, отставания в росте и развитии. Эпидемиологические исследования показали, что в местностях с высоким содержанием бария в воде (2 - 10 мг/л) выше смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, а в районах, где для борьбы с сельскохозяйственными вредителями применяют хлорид бария, у сельских жителей в несколько раз чаще встречаются новообразования (лейкоз), чем у населения других регионов.

Неорганические соединения кадмия при длительном ингаляционном и пероральном поступлении в организм, наряду с общетоксическим вызывают гонадо- и эмбриотоксический эффекты.

Марганец относится к нейротропным металлам, вызывает гиперплазию щитовидной железы. Есть сведения о мутагенном эффекте марганца, а также гонадотоксическом действии. Патологические процессы в организме человека, обусловленные поступлением марганца, связаны с метаболизмом последнего: марганец поступает в плазму и связывается с β-глобулином, а далее распределяется по всему организму. Марганец концентрируется в тканях, богатых митохондриями, при этом наиболее высокие концентрации обнаруживаются в печени, поджелудочной железе, почках и кишечнике.

По данным ВОЗ он способен проникать через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры. При изучении поглощения марганца из желудочно-кишечного тракта обнаружили, что при наличии железодефицитных анемий, увеличивается скорость поглощения марганца [53]. При высоких уровнях марганца в организме возрастает скорость выведения марганца, которая сопровождается повышением выведения железа. Эта взаимосвязь усугубляет уже имеющуюся анемию, увеличивая, таким образом, скорость поглощения марганца.

К концу 80-х годов в экспериментах на животных показано трансплацентарное канцерогенное действие более 60 веществ и их комбинаций, относящихся к различным классам (Дж. Райе, В.А. Александров, 1990) [53]. Выявлена канцерогенность на животных для ряда соединений металлов, таких как кобальт, цинк, магний, свинец.

Ионы металлов обладают способностью связываться с кислородом, серой, азотом, входящими в состав белков и нуклеиновых кислот и могут влиять на активность и правильность работы ДНК и РНК-полимераз. Наиболее высокими канцерогенными рисками обладают кадмий, мышьяк, никель, хром [79]. Способность металлов к канцерогенному действию характеризуется следующим образом: мышьяк>хром>никель>бериллий>свинец>кадмий>ртуть. Потенциально тератогенными для человека являются мышьяк и кадмий. Эмбриотоксическое действие оказывают свинец и ртуть. Под воздействием металлов индуцируются разные типы хромосомных аберраций.

Мутагенное действие одних металлов проявляется по превалирующему воздействию на генетические структуры, а других - по нарушению метаболической ситуации в клетках. Тяжелые металлы, минуя плацентарный барьер беременных женщин, проникают в организм плода и способствуют появлению неполноценного потомства. Наиболее явно нарушения репродуктивной функции развиваются в городах с развитой металлургической промышленностью. Так у жительниц «медных» городов Урала - Карабаша, Медногорска, Красноуральска - чаще наблюдаются токсикозы, самопроизвольные выкидыши, у новорожденных - врожденные уродства и аномалии развития, в 2 - 2,5 раза выше мертворождаемость.

При трансплацентарном действии химических, в частности, бластомогенных агентов, у эмбриона могут возникать нарушения, которые зависят от характера соединения, дозы, сроков и периода воздействия.

Так, при воздействии бластомогенного агента на 1 - 6-й неделе после оплодотворения (период деления зиготы, имплантации, органогенеза, плацентации) реализуется эмбриотоксический эффект, приводящий к гибели зародыша и спонтанному аборту, со 2-й по 8-ю неделю (органогенез) - тератогенный эффект в виде пороков развития, с 6-й недели и далее до конца внутриутробного развития зародыша (периоды плацентации, гистогенеза, органогенеза и роста плода) - канцерогенный эффект - возникают злокачественные новообразования. (Дж. Райе, В.А Александров, 1990) [53].

У сотрудников химических лабораторий и работников фармацевтического производства, имевших дело с эмбриотоксическими химическими веществами, в частности, тяжелыми металлами, наблюдали увеличение частоты самопроизвольных абортов и врожденных пороков развития у их детей (Хроника ВОЗ, 1986, G. Axelsson, R. Rylander, 1989, A. Ericsson, В. Kallen, 1984, M. Lindbohm, 1991) [53].

Известно, что большинство тяжелых металлов оказывает выраженное иммунотропное действие, что может сказаться на состоянии здоровья лиц, проживающих в районах с антропогенным загрязнением упомянутыми соединениями.

Иммунологическое действие металлов направлено на изменение пролиферации лимфоцитов. Показатели иммунного статуса (уровень иммуноглобулинов G, А, M, естественных антител, фагоцитарная активность нейтрофилов) у лиц, проживающих в районах выбросов в атмосферу различных металлов и их соединений, находятся на нижних границах установленных норм.

Изучение состояния иммунной системы имеет большое значение, т.к. она реагирует на воздействие ксенобиотиков в то время, когда в других системах подобные реакции не обнаруживаются. Неблагоприятное влияние факторов окружающей среды полиморфно и может проявляться в виде гиперплазии лимфоидных органов, в уменьшении числа и снижении функции иммунокомпетентных клеток, в уменьшении активности фагоцитарных реакций, что может в дальнейшем привести к развитию аллергических, онкологических и других заболеваний.

Результаты обследования населения показали, что для оценки состояния иммунной системы при проведении массовых скрининговых исследований возможно использование 4 тестов (SIgA - секреторный иммуноглобулин А слюны, ТГА - титр гетерофильных антител в слюне, R-белки, БАС - бактерицидная активность слюны).

Соединения металлов являются одним из основных факторов, вызывающих аллергические заболевания кожи и органов дыхания. На микротерриториях с высоким загрязнением тяжелыми металлами выявлена большая доля детей с аллергическими дерматитами, инфекционным поражением кожи, множественными увеличениями лимфоузлов подкожной клетчатки.

Например, при проведении исследований в г. Актюбинске выявлена прямая линейная связь средней силы между содержанием хрома в окружающей среде (вода, воздух) и заболеваемостью бронхиальной астмой (корреляция достигает r = 0,60), лекарственной аллергией, поллинозом, не зависящей от пола и возраста. Причем, усиление гибели клеток костного мозга достоверно коррелирует с повышенным содержанием хрома, марганца, ванадия. Степень повреждения макрофагов прямо коррелирует с концентрациями меди и марганца в металлосодержащих почвах.

Именно поэтому загрязнение почв тяжелыми металлами часто рассматривают как основной индикатор качества окружающей среды, прежде всего, в урбанизированных регионах.

Замечено, что дети, проживающие в загрязненных районах с опасным уровнем загрязнения почв, чаще жалуются на одышку и утомляемость, у них учащен пульс, удлинен восстановительный период после болезни, нарушены возрастные нормы пределов отклонений функциональных показателей состояния сердечно-сосудистой системы [79].

По данным С.Б. Нарзулаева с соавторами [87] наиболее значительная корреляция с геохимическими характеристиками почвогрунтов отмечается для заболеваний печени, почек, крови и органов кроветворения, нервной системы и, в меньшей степени, - для органов дыхания. Печень, почки и легкие выполняют в организме барьерную и очистительную функции, в первую очередь, взаимодействуя с ксенобиотиками и принимая на себя «первый удар». Нервная система и система кроветворения - наиболее лабильные системы. Кроветворная система способна накапливать и реплицировать повреждения, способствуя развитию хронических заболеваний. В то же время поражение сердечно-сосудистой, костно-мышечной, эндокринной систем слабо коррелирует с геохимическими параметрами. Видимо, последние названные физиологические системы являются более стабильными, в меньшей степени реагируя на прямое загрязнение среды обитания.

Различные виды рака в Читинской области коррелируют с содержанием микроэлементов в почве (рак гортани и кобальт, рак прямой кишки и кадмий, рак легкого и кадмий, никель, кадмий, хром, цинк, мышьяк) [84].

Сходная картина наблюдается и в ряде районов Центрального Черноземья. Так, по данным Н.А. Протасовой с соавторами (1992) [53], наблюдается положительная корреляционная связь средней и высокой степени между содержанием в почвах стронция, бериллия, никеля и распространением рака желудка, язвы желудка, гастрита, желчекаменной болезни у населения Тамбовской области. Достоверные прямые корреляции обнаружены между барием и нефритом, йодом и новообразованиями, цинком, титаном и эрозией шейки матки. Подобные факты могут быть использованы в профилактике этих заболеваний, а также для составления наиболее оптимального в микроэлементном отношении рациона питания населения.

А.Н. Поляковой, С.Б. Назаровым в 1995 г. при изучении воздействия тяжелых металлов были установлены специфические реакции организма: у детей и взрослых, проживающих в экологически неблагоприятном районе, были выявлены определенные изменения функциональных характеристик клеток крови [53]. Наиболее часто (как у детей, так и у взрослых) отмечались изменения резистентности эритроцитов, которые оцениваются как признак токсического мембранотропного действия солей тяжелых металлов. У детей обнаруживались специфические клинико-диагностические признаки интоксикации солями тяжелых металлов - увеличение сидероцитов, эритроцитов с базофильиой зернистостью и тельцами Гейнца. Выявленная у детей эозинофилия расценивалась, как признак сенсибилизации организма на действие экопатогенных факторов. Об интоксикации организма свидетельствовали достоверные изменения активности ферментов печени и содержания копро-порфирина в моче.

Опыт последних лет показывает, что изучение состояния здоровья должно ориентироваться на использование биологических маркеров, которые позволяют выявить ранние признаки иммунно-, нейро-, нефротоксического и других воздействий.

Микроэлементный состав биосубстратов (кровь, моча, волосы, ногти, зубы) отражает суммарное поступление загрязняющих веществ из воздуха производственных и жилых помещений, атмосферного воздуха, воды и продуктов питания. Для многих элементов на воздействие повышенных концентраций в первую очередь реагирует состав волос. Повышение содержания элемента в данном биосубстрате проявляется раньше, чем в других, и корреляционные связи с концентрацией в производственной или окружающей среде достоверны. Концентрации химических элементов в волосах детского и взрослого населения, не подвергающегося воздействию загрязненной окружающей среды, у большинства людей не превышают допустимые уровни. У детей, проживающих в городах со значительным уровнем аэротехногенной нагрузки, выявлено превышение показателей нормы тяжелых металлов в волосах и моче [79]. Волосы детей и взрослых различаются по микроэлементному составу. В волосах у детей в 1,6 раза выше содержание Pb (более активная абсорбция токсичных элементов в растущем организме); у взрослых - в 1,4 раза выше содержания Cu и Zn (возрастные накопления биоэлементов).

Значительно более высокие биоконцентрации химических элементов характерны для рабочих металлургических комбинатов, производств минеральных удобрений и минеральных красок, а также детей 5 - 7 лет в зонах влияния выбросов этих источников загрязнения. Важной особенностью изменения микроэлементного состава волос является накопление элементов, специфичных для техногенной геохимической аномалии, возникшей вокруг загрязняющих предприятий [16, 20].

При решении современных задач анализа качества окружающей среды основное внимание уделяется точной характеристике состава и уровней загрязнения окружающей среды с применением высокочувствительных и поддающихся автоматизации методов. Для определения тяжелых металлов используется большое количество разнообразных методов, в том числе цветные аналитические реакции, полярография, нейтронно-активатизационный анализ, дуговая спектрометрия, атомно-эмиссионный анализ и т.п. Применение полярографического метода анализа при контроле загрязнения атмосферного воздуха позволяет с достаточной чувствительностью и надежностью одновременно, без предварительного разделения, определять медь, свинец, кадмий, никель, цинк и марганец при их совместном присутствии в атмосферном воздухе.

В последние годы для определения тяжелых металлов и токсичных веществ в различных объектах окружающей среды все шире используется рентгеновская флюоресценция. Данный метод обладает высокой чувствительностью и воспроизводимостью и используется, в частности, как эффективный экспрессный метод определения меди в атмосферном воздухе, почве, пищевых продуктах, биосредах.

К высоко производимым методам относится проточный сорбционно-атомноабсорбционный метод определения меди, цинка, кадмия и свинца в природных водах и растворах, позволяющий экспрессно определять металлы на уровне концентраций ниже ПДК. В последнее время приобретает популярность метод ЭТА для следового анализа микроэлементов и тяжелых металлов, который на сегодняшний день является арбитражным во всех развитых странах мира.

Наиболее эффективным путем совершенствования методологии гигиенической диагностики является разработка и внедрение новых информационных технологий, компьютерных методов прогнозирования и диагностики качества среды обитания, состояния здоровья человека, а также связей «среда-здоровье». Множество показателей и параметров, которые необходимо учитывать и использовать при оценке конкретных мер по управлению территорией требуют использования автоматизированных систем сбора и переработки, включая автоматизированное картографирование.

Данные литературы свидетельствуют, что проблема хронического воздействия низких концентраций металлов на организм связана с двумя группами микроэлементов [84]:

во-первых, - с эссенциальными (жизненно важными) микроэлементами, к которым относят железо, медь, цинк, марганец, хром, селен, молибден, йод, кобальт, и условно эссенциальными - мышьяк, бор, бром, фтор, литий, никель, кремний, ванадий;

во-вторых, - с токсичными микроэлементами, являющимися одним из основных загрязнителей окружающей среды: алюминий, кадмий, свинец, ртуть, бериллий и др.

Эссенциальные микроэлементы при определенных условиях могут вызвать токсические реакции, а отдельные токсические микроэлементы могут обнаружить свойства эссенциальных. В оптимальных дозах эссенциальные микроэлементы являются активаторами ферментов (при разнообразии механизмов активации). Токсичные микроэлементы даже в самых ничтожных дозах подавляют ферментную активность. Наиболее часто содержание металлов в окружающей среде соответствует уровню хронического неспецифического действия, что выявляется при анализе заболеваемости детского населения.

По мнению И.М. Трахтенберга с соавторами [91] действие тяжелых металлов, поступающих в избыточном количестве в среду обитания, можно квалифицировать как токсическое воздействие факторов малой интенсивности. Микроинтоксикации имеют много общего, поскольку обладают выраженным нейтротоксическим действием. Кроме того, металлы существенно влияют на эндокринную систему, сердце, сосуды, печень, почки, а также процессы белкового обмена. Соединения некоторых из них (хрома, никеля, железа) могут приводить к мутагенным и канцерогенным эффектам. В связи с этим, как указывают Н.С. Касимов, А.Н. Геннадиев с соавторами [107], одним из условий корректного геохимического мониторинга является установление эталонного фона (в первую очередь - по тяжелым металлам), позволяющего оценить техногенные составляющие.