Токсичність елементів
Слово «токсичність» означає отруйність будь-якої речовини, здатність шкідливо впливати на живі організми, вражати їх, викликати отруєння. В організмі людини діють чотири шляхи виведення токсинів залежно від фізико-хімічних властивостей та джерела отруєння через печінку, нирки, лімфатичну систему, кишечник. Їх діяльність у боротьбі з вірусами, мікробами, що переродилися власними клітинами та іншими патогенами об'єднує імунну систему. У разі металевих отрут імунна система практично недієва, і отрута потрібно видаляти з організму іншими способами.
Токсичність описують дозою речовини мг на 1 кг живої маси, яка відбиває ступінь отруєння. Розрізняють середньосмертельні дози, що позначаються LD50 (летальна доза для 50% отруєних організмів), та PD10 (порогова доза для 10% отруєних організмів). Ці дози встановлюють переважно у дослідах на тварин, після чого оформляють законодавчо як ГДК (гранично-допустима концентрація).
ГДК - це максимальна кількість шкідливої речовини в одиниці об'єму повітря або води, яка при тривалому впливі на організм не викликає захворювань або порушення нормальної життєдіяльності. ГДК однієї й тієї ж речовини в різних об'єктах довкілля може помітно відрізнятися. З огляду на явища «виборчої токсичності» (Альберт, 1989) встановлені тварин ПДК в людини вважатимуться лише орієнтовними.
Амплітуда вмісту того чи іншого елемента в різних організмах може значно виходити за межі традиційно зустрічаються в даній популяції концентрацій. Фактор концентрації має з метою оцінки токсичної дії елемента визначальний характер. В. Мертц (1982) встановив, що:
1)Для кожного елемента існує діапазонбезпечної експозиції, при якому тканинні концентрації та функції цього елемента оптимальні;
2)У кожного елемента є токсичний діапазон концентрацій, при якому безпечний ступінь його експозиції виявляється перевищеним.
Правила Мерцяособливо важливі для токсикологічної хімії. Механізми дії отрут відрізняються в залежності від способів їх надходження в організм і від мішені, на яку отрута діє (Голіков, 1968). Метали з низькими значеннями діапазону концентрацій умовно розподілені за «ступенем небезпеки» (що менший діапазон експозиції, тим метал небезпечніший) на такі групи:
ІІ.В, Co, Cr, Сі, Mo, Ni, Sb, Sc, Zn;
ІІІ.Ba, Mn, Sr, V, W.
Примітка: 1) Виділені в 1 групі 4 елементи вважають найбільш небезпечними металевими отрутами,
2) Тут не вказаноАl. Тим часом він «недружній» до всіх форм життя і повинен ставитись до токсичних елементів 1 групи. Свою дію цей метал проявляє не відразу, а поступово, накопичуючись у нервовій тканині та викликаючи в ній різкі зміни,
3) Найменшу дозу, що викликає фізіологічний ефект, називають мінімальною діючою. Вона не завжди токсична, і нерідко її призначають із лікувальною метою.
Токсичність металу тісно пов'язана з його фізико-хімічними властивостями. Вважається, що токсичність зростає із збільшенням атомної маси, залежить від константи дисоціації металокомплексів з білками, від їх розчинності у воді та ліпідах та від константи їх стійкості з найбільш значущими лігандами. Наприклад, завдяки повільнішій іонізації оксиди металів менш токсичні, ніж солі тих-таки металів. Враховуючи правила Мерця, при оцінці ступеня шкідливості того чи іншого елемента для організму необхідно враховувати віклюдини та наявність у середовищі або в їжі антагоністів чи синергістів цього елемента.
У попередньому розділі наведено кілька класифікацій елементів залежно від їхньої фізіологічної дії. Усі вони досить суб'єктивні та майже не збігаються. Пояснення цьому просте — загальновизнаних критеріїв корисності чи шкідливості елементів немає. Як приклад, можна назвати найпростішу із сучасних класифікацій (Lobinski, 1998). У ній 15 найбільш важливих елементів розділені на три групи по 5 елементів: «есенціальні» (= необхідні) - Fe, Сі, Со, Mo, Zn ; "бенефіційні" (= корисні) -V, Сr, Ni, Se, В, "токсичні" (== отруйні) -Cd, Hg, Pb, Al, As. Серед перерахованих металів не згадані щонайменше ще 20 необхідних життєдіяльності; однак, не враховуючи їх, діагностувати захворювання, а також судити про ступінь порушення ме- лігандного гомеостазу (МЛГ) виявляється важко.
На наш погляд, «токсичними» слід вважати метали, що мають найменший токсичний діапазон, тобто елементи 12 групи довгооперіодної таблиці МенделєєваCd, Hgі елементи 6 періоду 13 і 14 груп -Tl, Рb. До них слід додати елемент 13 групиAl, хоча його токсична дія розвивається не відразу (табл. 1). Відомо, що токсичність металів залежить від їх потенціалів іонізації та відношення заряду до радіусу іонів, що відрізняється у м'яких та твердих кислот Льюїса (1.2.2, Williams, 1990).
Таблиця 1.Токсичні метали з найменшим діапазоном безпечної експозиції