Загрязнения химическими элементами

Рассматриваемые ниже химические элементы широко распространены в природе, они могут попадать в пищевые продукты, например, из почвы, атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, сельскохозяйственного сырья, а через пищу — в организм человека. Они накапливаются в растительном и животном сырье, что обусловливает их высокое содержание в пищевых продуктах и продовольственном сырье.

Большинство макрои микроэлементов жизненно необходимы человеку, при этом для одних установлена определенная роль в организме, для других эту роль еще предстоит определить.

Следует отметить, что химические элементы проявляют биохимическое и физиологическое действие только в определенных дозах. В больших количествах они обладают токсическим влиянием на организм. Так, например, известны высокие токсические свойства мышьяка, однако в небольших количествах он стимулирует процессы кроветворения.

Таким образом, большинство химических элементов в строго определённых количествах являются необходимыми для нормального функционирования организма человека, но избыточное их поступление вызывает отравление.

Согласно решению объединенной комиссии Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (далее ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (далее ВОЗ) по Пищевому кодексу, в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания, включено восемь химических элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, цинк, железо, стронций. Список этих элементов в настоящее время дополняется. В России медико-биологическими требованиями определены критерии безопасности для следующих химических элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, цинк, железо, олово.

Токсиколого-гигиеническая характеристика химических элементов.

Свинец. Один из самых распространенных и опасных токсикантов. В земной коре содержится в незначительных количествах. Вместе с тем только в атмосферу поступает в переработанном и мелкодисперсном состоянии 4,5?105 т свинца в год.

Среднее содержание свинца по отдельным группам продуктов, мг/кг: фрукты — 0,1, овощи — 0,19, крупы — 0,21, хлебобулочные изделия — 0,16, мясо и рыба — 0,16, молоко — 0,027.

Предусматривается содержание свинца в водопроводной воде не выше 0,03 мг/кг. Следует отметить активное накопление свинца в растениях и мясе сельскохозяйственных животных вблизи промышленных центров, крупных автомагистралей. Взрослый человек получает ежедневно с пищей 0,1−0,5 мг свинца, с водой — около 0,02 мг. Общее его содержание в организме составляет 120 мг. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости. 90% поступившего свинца выводится из организма с фекалиями, остальное с мочой и другими биологическими жидкостями. Биологический период полувыведения свинца из мягких тканей и органов составляет около 20 дней, из костей — до 20 лет.

Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная системы и почки. Отмечено отрицательное влияние на половую функцию организма.

Мероприятия по профилактике загрязнения свинцом пищевых продуктов должны включать государственный и ведомственный контроль за промышленными выбросами свинца в атмосферу, водоемы, почву. Необходимо снизить или полностью исключить применение соединений свинца в бензине, стабилизаторах, изделиях из поливинилхлорида, красителях, упаковочных материалах. Немаловажное значение имеет гигиенический контроль за использованием луженой пищевой посуды, а также глазурованной керамической посуды, недоброкачественное изготовление которых ведет к загрязнению пищевых продуктов свинцом.

Кадмий. В природе в чистом виде не встречается. Земная кора содержит около 0,05 мг/кг кадмия, морская вода — 0,3 мкг/кг.

Кадмий широко применяется при производстве пластмасс, полупроводников. В некоторых странах соли кадмия используются в ветеринарии. Фосфатные удобрения и навоз также содержат кадмий.

Все это определяет основные пути загрязнения окружающей среды, а, следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов. В нормальных геохимических регионах с относительно чистой экологией содержание кадмия в растительных продуктов составляет, мкг/кг: зерновые — 28−95; горох — 15−19; фасоль — 5−12; картофель — 12−50; капуста — 2−26; помидоры — 10−30; салат — 17−23; фрукты — 9−42; растительное масло — 10−50; сахар — 5−31; грибы — 100−500. В продуктах животного происхождения, в среднем, мкг/кг: молоко — 2,4; творог — 6; яйца — 23−250.

Установлено, что примерно 80% кадмия поступает в организм человека с пищей, 20% - через легкие из атмосферы и при курении.

С рационом взрослый человек получает в сутки до 150 и более мкг кадмия на 1 кг массы тела. В одной сигарете содержится 1,5−2,0 мкг кадмия, поэтому его уровень в крови и почках у курящих в 1,5−2,0 раза выше по сравнению с некурящими.

92−94% кадмия, попавшего в организм с пищей, выводится с мочой, калом и желчью. Остальная часть находится в органах и тканях в ионной форме или в комплексе с белковыми молекулами. В виде этого соединения кадмий не токсичен, поэтому синтез таких молекул — защитная реакция организма при поступлении небольших количеств кадмия. Здоровый организм человека содержит около 50 мг кадмия. Кадмий, как и свинец, не является необходимым элементом для организма млекопитающих.

Попадая в организм в больших дозах, кадмий проявляет сильные токсические свойства. Главной мишенью биологического действия являются почки. Известна способность кадмия в больших дозах нарушать обмен железа и кальция. Все это приводит к возникновению широкого спектра заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, снижение иммунитета и др. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты кадмия.

ДСП кадмия составляет 70 мкг/сутки, ДСД — 1 мкг/кг. ПДК кадмия в питьевой воде — 0,01 мг/л. Концентрация кадмия в сточных водах, попадающих в водоемы, не должна превышать 0,1 мг/л. Учитывая ДСП кадмия, его содержание в 1 кг суточного набора продуктов не должно превышать 30−35 мкг.

Важное значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание: преобладание в рационе растительных белков, богатое содержание серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, меди, селена, кальция. Необходимо профилактическое УФ-облучение. Целесообразно исключить из рациона продукты, богатые кадмием. Белки молока способствуют накоплению кадмия в организме и проявлению его токсических свойств.

Мышьяк. Содержится во всех объектах биосферы: морской воде — около 5 мкг/кг, земной коре — 2 мг/кг, рыбах и ракообразных — в наибольших количествах. Фоновый уровень мышьяка в продуктах питания из нормальных геохимических регионов составляет в среднем 0,5−1 мг/кг. Высокая концентрация мышьяка, как и других химических элементов, отмечается в печени, пищевых гидробионтах, в частности морских. В организме человека обнаруживается около 1,8 мг мышьяка.

ФАО/ВОЗ установила ДСД мышьяка 0,05 мг/кг массы тела, что составляет для взрослого человека около 3 мг/сутки.

Мышьяк, в зависимости от дозы, может вызывать острое и хроническое отравление. Хроническая интоксикация возникает при длительном употреблении питьевой воды с 0,3−2,2 мг мышьяка на 1 л воды. Разовая доза мышьяка в 30 мг смертельна для человека. Специфическими симптомами интоксикации считают утолщение рогового слоя кожи ладоней и подошв. Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические. После ртути мышьяк является вторым по токсичности элементом, содержащимся в пищевых продуктах. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищевом тракте. 90% поступившего в организм мышьяка выделяется с мочой. Биологическая ПДК мышьяка в моче равна 1 мг/л, а концентрация 2−4 мг/л свидетельствует об интоксикации. В организме он накапливается в волосах, ногтях, коже, что учитывается при биологическом мониторинге. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности организма человека не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения.

Загрязнение продуктов питания мышьяком обусловлено его использованием в сельском хозяйстве. Мышьяк находит применение в производстве полупроводников, стекла, красителей. Бесконтрольное использование мышьяка и его соединений приводит к его накоплению в продовольственном сырье и пищевых продуктах, что обусловливает риск возможных интоксикаций и определяет пути профилактики.

Ртуть. Один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающий способностью накапливаться в организме растений, животных и человека. Благодаря своим физико-химическим свойствам — растворимости, летучести — ртуть и ее соединения широко распространены в природе. В земной коре ее содержание составляет 0,5 мг/кг, морской воде — около 0,03 мкг/кг. В организме взрослого человека — около 13 мг, однако необходимость ее для процессов жизнедеятельности не доказана.

Загрязнение пищевых продуктов ртутью может происходить в результате:

• — естественного процесса испарения из земной коры в количестве 25−125 тыс. т ежегодно;
• — использования ртути в народном хозяйстве — производство хлора и щелочей, зеркал, электротехническая промышленность, медицина и стоматология, сельское хозяйство и ветеринария;
• — образование некоторыми группами микроорганизмов метилртути, диметилртути, других высокотоксичных соединений, поступающих в пищевые цепи.

Фоновое содержание ртути в съедобных частях сельскохозяйственных растений составляет от 2 до 20 мкг/кг, редко до 50−200 мкг/кг. Наибольшая концентрация ртути обнаружена в шляпочных грибах — 6−447 мкг/кг, в перезрелых — до 2000 мкг/кг. В отличие от растений, в грибах может синтезироваться метилртуть.

Фоновое содержание в продуктах животноводства составляет, мкг/кг: мясо — 6−20, печень — 20−35, почки — 20−70, молоко — 2−12, коровье масло — 2−5, яйца — 2−15. С увеличением количества ртути в корме и питьевой воде ее концентрация в органах и тканях существенно возрастает.

Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, которые активно аккумулируются в организме из воды и корма, содержащих другие гидробионты, богатые ртутью. В мясе хищных пресноводных рыб уровень ртути составляет 107−509 мкг/кг, нехищных — 79−200 мкг/кг, океанских — 300−600 мкг/кг. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накапливается в печени.

При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов — остается без изменений.

Неорганические соединения ртути выделяются преимущественно с мочой, органические — с желчью и калом. Период полувыведения из организма неорганических соединений — 40 суток, органических — 76.

Защитным эффектом при воздействии ртути на организм человека обладают цинк и особенно селен. Токсичность неорганических соединений ртути снижают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, органических — протеины, цистин, токоферолы.

Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают 50−100 мкг/л, волосах — 30−40 мкг/г, моче — 5−10 мкг/сут. Человек получает с суточным рационом 0,045−0,060 мг ртути, что примерно соответствует рекомендуемой ФАО/ВОЗ норме по ДСП — 0,05 мг. ПДК ртути в водопроводной воде, идущей для приготовления пищи, составляет 0,005 мг/л, международный стандарт — 0,01 мг/л (ВОЗ, 1974 г.).

Медь. Содержание в земной коре составляет 4,5 мг/кг, морской воде — 1−25 мкг/кг, организме взрослого человека — около 100 мг/кг.

Медь, в отличие от ртути и мышьяка, принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность — 4−5 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях — к смертельному исходу.

Однако при длительном воздействии высоких доз меди наступает «поломка» механизмов адаптации, переходящая в интоксикацию и специфическое заболевание. В этой связи является актуальной проблема охраны окружающей среды и пищевой продукции от загрязнения медью и ее соединениями. Основная опасность исходит от промышленных выбросов, передозировки инсектицидами, другими токсичными солями меди, потребления напитков, пищевых продуктов, соприкасающихся в процессе производства с медными деталями оборудования или медной тарой.

Цинк. Содержится в земной коре в количестве 65 мг/кг, морской воде — 9−21 мкг/кг, организме взрослого человека — 1,4−2,3 г/кг.

Цинк входит в состав около 80 ферментов, участвуя тем самым в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными симптомами недостаточности цинка являются замедление роста у детей, половой инфантилизм у подростков, нарушение вкуса и обоняния и др.

Суточная потребность в цинке взрослого человека составляет 15 мг. Цинк, содержащийся в растительных продуктах, менее доступен для организма. Цинк из продуктов животного происхождения усваивается на 40%. Содержание цинка в пищевых продуктах составляет, мг/кг: мясо — 20−40, рыбопродукты — 15−30, устрицы — 60−1000, яйца — 15−20, фрукты и овощи — 5, картофель, морковь — около 10, орехи, зерновые — 25−30, мука высшего сорта — 5−8; молоко — 2−6 мг/л. В суточном рационе взрослого человека содержание цинка составляет 13−25 мг. Цинк и его соединения малотоксичны. Содержание цинка в воде в концентрации 40 мг/л безвредно для человека.

Вместе с тем возможны случаи интоксикации при нарушении использования пестицидов, небрежного терапевтического применения препаратов цинка. Признаками интоксикации являются тошнота, рвота, боль в животе, диарея. Отмечено, что цинк в присутствии сопутствующих мышьяка, кадмия, марганца, свинца в воздухе на цинковых предприятиях вызывает у рабочих «металлургическую» лихорадку.

Известны случаи отравления пищей или напитками, хранившимися в железной оцинкованной посуде. В этой связи приготовление и хранение пищевых продуктов в оцинкованной посуде запрещено. ПДК цинка в питьевой воде — 5 мг/л, для водоемов рыбохозяйственного назначения — 0,01 мг/л.

Олово. Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем в организме взрослого человека около 17 мг олова, что указывает на возможность его участия в обменных процессах.

Количество олова в земной коре относительно невелико. При поступлении олова с пищей всасывается около 1%. Олово выводится из организма с мочой и желчью.

Неорганические соединения олова малотоксичны, органические — более токсичны. Основным источником загрязнения пищевых продуктов оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы, другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации. Активность перехода олова в пищевой продукт возрастает при температуре хранения выше 20° С, высоком содержании в продукте органических кислот, нитратов и окислителей, которые усиливают растворимость олова.

Опасность отравления оловом увеличивается при постоянном присутствии его спутника — свинца. Не исключено взаимодействие олова с отдельными веществами пищи и образование более токсичных органических соединений. Повышенная концентрация олова в продуктах придает им неприятный металлический привкус, изменяет цвет. Имеются данные, что токсичная доза олова при его однократном поступлении — 5−7 мг/кг массы тела. Отравление оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота и др.), отрицательно влияет на активность пищеварительных ферментов.

Действенной мерой предупреждения загрязнения пищи оловом является покрытие внутренней поверхности тары и оборудования стойким, гигиенически безопасным лаком или полимерным материалом, соблюдение сроков хранения баночных консервов, особенно продуктов детского питания, использование для некоторых консервов стеклянной тары.

Железо. Занимает четвертое место среди наиболее распространенных в земной коре элементов (5% земной коры по массе).

Этот элемент необходим для жизнедеятельности как растительного, так и животного организма. У растений дефицит железа проявляется в желтизне листьев и называется хлорозом, у человека вызывает железодефицитную анемию, поскольку железо участвует в образовании гемоглобина. Железо выполняет целый ряд других жизненно важных функций: перенос кислорода, образование эритроцитов и т. д.

В организме взрослого человека содержится около 4,5 г железа. Содержание железа в пищевых продуктах колеблется в пределах 0,07−4 мг в 100 г. Основным источником железа в питании являются печень, почки, бобовые культуры. Потребность взрослого человека в железе составляет около 14 мг/сут, у женщин в период беременности и лактации она возрастает.

Железо из мясных продуктов усваивается организмом на 30%, из растений на 10%.

Несмотря на активное участие железа в обмене веществ, этот элемент может оказывать токсическое действие при поступлении в организм в больших количествах. Так, у детей после случайного приема 0,5 г железа или 2,5 г сульфата железа наблюдали состояние шока. Широкое промышленное применение железа, распространение его в окружающей среде повышает вероятность хронической интоксикации. Загрязнение пищевых продуктов железом может происходить через сырье, при контакте с металлическим оборудованием и тарой, что определяет соответствующие меры профилактики.

В таблице приводятся допустимые уровни содержания металлов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, определенные санитарными правилами и нормами.

Таблица 1 Допустимые уровни содержания химических элементов в пищевых продуктах и продовольственном сырье, мк/кг, не более.