Токсичность тяжелых металлов

Токсичность тяжелых металлов относится к неблагоприятным последствиям для здоровья, вызванным воздействием определенных металлов и металлоидов — в частности, свинца, ртути, кадмия и мышьяка, — которые не имеют полезной биологической роли и вредны даже в низких дозах. Поскольку эти элементы не поддаются биологическому разложению, они сохраняются в окружающей среде и накапливаются в организме, где нарушают многие клеточные процессы.

Definition

Токсичность тяжелых металлов — это совокупность неблагоприятных эффектов, вызванных воздействием неэссенциальных токсичных металлов и металлоидов — главным образом свинца, ртути, кадмия и мышьяка, — которые биоаккумулируются и нарушают нормальную клеточную функцию.

Scope

Тема охватывает основные токсичные металлы, пути воздействия на человека, общие и специфические для каждого элемента механизмы повреждения, наиболее поражаемые системы органов и группы населения с наибольшим риском. Она рассматривает токсичность тяжелых металлов как справочный предмет в экологической и профессиональной токсикологии и не предоставляет инструкций по диагностике или лечению.

Core questions

• Какие металлы токсичны для человека и по каким путям воздействия?
• Какими общими механизмами токсичные металлы повреждают клетки и ткани?
• Какие системы органов и периоды развития наиболее уязвимы?
• Почему бремя токсичности металлов ложится в основном на определенные группы населения и регионы?

Key concepts

• Неэссенциальные токсичные металлы (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк)
• Биоаккумуляция и персистенция
• Окислительный стресс и активные формы кислорода
• Связывание с сульфгидрильными группами белков
• Нейротоксичность развития
• Нефротоксичность
• Хелатирование как механистическая концепция

Mechanisms

Токсичные металлы имеют несколько общих механизмов повреждения, несмотря на их химические различия. Многие активно связываются с сульфгидрильными (тиоловыми) группами белков, ингибируя ферменты и нарушая структурные и транспортные функции, а некоторые способствуют образованию активных форм кислорода, вызывая окислительное повреждение липидов, белков и ДНК (Tchounwou et al., 2012). Они также могут вытеснять эссенциальные металлы, такие как цинк и кальций, из их мест связывания, нарушая сигнализацию и метаболизм. Результатом является полиорганное повреждение, при котором часто поражаются нервная система, почки и сердечно-сосудистая система, причем развивающаяся нервная система особенно чувствительна (Grandjean & Landrigan, 2006).

Clinical relevance

Тяжелые металлы являются признанной причиной предотвратимых заболеваний, и анамнез воздействия является частью обследования людей, которые живут или работают вблизи источников загрязнения. Свинец и ртуть являются установленными нейротоксикантами развития, кадмий повреждает почки и кости, а мышьяк в питьевой воде связан с раком и сердечно-сосудистыми заболеваниями (Naujokas et al., 2013; Grandjean & Landrigan, 2006). Эта статья объясняет, как эти агенты наносят вред на популяционном уровне, и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Epidemiology

Воздействие токсичных металлов широко распространено и носит глобальный характер. Хроническое воздействие мышьяка через загрязненные грунтовые воды затрагивает десятки миллионов людей, особенно в некоторых частях Южной и Восточной Азии и Латинской Америки (Naujokas et al., 2013). Воздействие свинца, хотя и снизилось во многих странах после отказа от этилированного бензина, остается серьезной проблемой там, где сохраняются загрязненные участки, неформальная переработка и некоторые потребительские товары; воздействие кадмия происходит через пищу, табак и промышленность (Jarup, 2003).

Evidence & guidelines

Доказательства основаны на экологической и профессиональной эпидемиологии, биомониторинге концентраций металлов в крови и моче, а также на механистической токсикологии. Обзоры, такие как Tchounwou et al. (2012) и Jarup (2003), обобщают механизмы и последствия для здоровья, в то время как Naujokas et al. (2013) синтезирует литературу по мышьяку. Национальные и международные агентства устанавливают экологические пределы и предварительные значения потребления для этих металлов.

History

Отравление металлами является одной из старейших признанных форм токсичности, причем вред от свинца и ртути документирован с древних времен. Современное понимание возникло в результате исследований в области промышленной гигиены и экологических катастроф, таких как отравление ртутью в Минамате и связанная с кадмием болезнь итай-итай в Японии двадцатого века, которые установили, что низкоуровневое воздействие окружающей среды может вызывать широко распространенные хронические заболевания (Jarup, 2003).

Debates

Существует ли безопасный порог для воздействия свинца?

Накопленные данные показывают, что свинец нарушает нейроразвитие при концентрациях в крови, которые когда-то считались приемлемыми, что привело многие органы власти к выводу о том, что безопасный порог не установлен и что основное внимание должно быть уделено предотвращению воздействия.

Key figures

• Paul B. Tchounwou
• Lars Jarup
• Philippe Grandjean

Seminal works

• tchounwou-2012
• jarup-2003
• naujokas-2013

Frequently asked questions

Какие металлы обычно подразумеваются под «токсичностью тяжелых металлов»?

В контексте здоровья этот термин чаще всего относится к неэссенциальным токсичным металлам и металлоидам — свинцу, ртути, кадмию и мышьяку, — которые вредны даже в низких дозах и не имеют полезной биологической роли.

Почему токсичные металлы особенно опасны для детей?

Развивающаяся нервная система очень чувствительна к таким металлам, как свинец и ртуть, и воздействие в раннем возрасте может вызвать длительные последствия для когнитивных функций и поведения; дети также поглощают некоторые металлы более эффективно, чем взрослые (Grandjean & Landrigan, 2006).