Как и другие тяжелые металлы (свинец), ионы ртути энергично соединяются с группами SH белков и прочно удерживаются в получившихся комплексах; частично ртуть в тканях организма переходит и в сульфид. Белки, богатые этими группами, содержатся в почках, поэтому ртуть, попадая в организм, сосредоточивается преимущественно в почках и нарушает их нормальную деятельность.
Ртуть задерживается также и в клетках мозга и слизистой оболочки рта. При ртутных отравлениях поражаются почки, при хронических отравлениях серьезно страдает нервная система.
Следует избегать контактов с металлической ртутью. Даже если, например, в комнате разбился медицинский термометр, следует учитывать опасность отравления парами ртути, потому что ее предельно допустимая доза очень мала — 0,00001 мг/л. Раскатившиеся шарики ртути трудно бывает собрать, и лучше засыпать место, где могут оказаться мелкие частицы, порошком серы или залить раствором хлорида железа (III). Поверхность ртути при этом будет окислена и испарение резко уменьшится.
Кадмий
В промышленности и технике применяется как металлический кадмий, так и его соли — сульфат, сульфид и др. Соединения кадмия ядовиты. При переработке кадмия часто образуется оксид кадмия, относительно летучее вещество, которое может попасть в дыхательные пути. Ионы этого металла вступают в соединение с карбоксильными, аминными и сульфгидрильными (-СООН, -NH2, -SH) группами, имеющимися в молекулах белков, и таким путем задерживаются в организме. Почки, печень, поджелудочная и щитовидная железы служат местами, в которых кадмий может оставаться годами. Известны случаи тяжелых отравлений кадмием, когда человек погибает спустя 9 лет после того, как была прекращена работа с кадмием. Действуя на кожу, кадмий вызывает дерматиты и экземы.
Бериллий
Этот легкий металл применяется в промышленности в виде сплавов (бериллиевые бронзы), используются также оксид и различные соли: фторид, карбонат, хлорид и др.
Пыль, содержащая металлический бериллий, и особенно его растворимые соединения исключительно ядовиты!
Чаще всего отравления происходят в результате вдыхания пыли или дыма бериллия. Бериллий накапливается в тканях легких, вызывая тяжелый бронхит, и может прочно удерживаться и костной тканью.
Животные, пасущиеся на почвах, богатых бериллием, страдают от так называемого "бериллиевого рахита".
Биологическая роль бериллия неясна.
Свинец
Соединения свинца и металлический свинец широко применяются в технике. Из числа соединений большое практическое значение имеют карбонаты и хроматы, используемые как неорганические пигменты (краски), а также различные оксиды и сульфат, с которыми работают в аккумуляторном производстве.
Все соединения свинца и сам металл ядовиты.
Отравление чаще всего носит хронический характер. Обычно оно развивается, при вдыхании пыли, содержащей свинец или его соединения, в условиях недостаточного соблюдения правил техники безопасности. Предельно допустимая концентрация — 0,00001 мг/л. Свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови (в виде комплексов с гамма-глобулином) и наконец достигает почек, печени и других органов.
В костях свинец накапливается постепенно и долго остается там. Время от времени происходит выделение свинца из костей, что может стать причиной неожиданного развития симптомов острого отравления. Долгое время свинец остается и в головном мозге.
Поражения десен, расстройство кишечника, заболевания почек и нервной системы — результаты отравления свинцом.
Таллий
В технике применяют металлический таллий, его оксиды и соли. Этот металл и его соединения также токсичны и в этом отношении несколько напоминают свойства свинца. Особенно токсичны соединения одновалентного таллия.
Таллий, попав в организм, накапливается в волосах, костях, почках, мышцах. Одним из симптомов отравления таллием является выпадение волос. Поражаются желудочно-кишечная система, нервная система и почки.
Хром
Хром, важный для металлургии элемент, применяется как в виде металла, так и в форме соединений со степенями окисления +3 и +6. Степень окисления +2 встречается практически редко. Соединения со степенью окисления +3 и +6 ядовиты, особенно это относится к степени окисления +6 (хроматы и бихроматы). Отравления могут происходить при вдыхании пыли, содержащей соединения хрома; эти соединения всасываются и кожей!
Ион хрома (III) соединяется с белками, содержащими железо, белками печени, костного мозга, нуклеиновыми кислотами и накапливается в легких. Доказано, что соединения хрома вызывают рак легких и различные аллергии.
Предельно допустимая концентрация — всего 0,0001 мг/л.
Магний
Этот металл не является токсичным в том смысле, в каком мы говорили об опасных металлах. Наоборот, присутствие магния необходимо для организма — ионы этого металла выполняют важную работу по регулированию активности многих ферментов.
Но все в меру! Избыточное количество соединений магния может оказать и вредное действие. В легких оксид магния, который легко летуч, вызывает болезненные явления ("литейная лихорадка"); на коже при частых контактах с соединениями магния могут возникнуть раздражения — дерматиты; введение ионов магния под кожу может вызвать паралич мышц.
Цинк
Соединения цинка, так же как и соединения магния играющие важную роль в метаболизме, более опасны, чем соединения магния.
Оксид цинка и пыль металлического цинка в легких вызывают патологические изменения (воспаления); при попадании на кожу соединения этого металла могут стать причиной развития экзем и дерматитов.
Нельзя пить воду, сохранявшуюся в оцинкованных баках: растворимые соединения цинка окажут вредное Действие на желудочно-кишечный тракт. Предельно допустимая концентрация оксида в воздухе — 0,005 мг/л.
Добавим к этому, что все другие металлы второй группы периодической системы, биологическая роль которых нам пока неизвестна, — именно стронций, барий[10], радий[11] — являются сильно токсичными.
Серебро и платина
Соли серебра безусловно ядовиты. На кожные покровы соли серебра оказывают прижигающее действие, и вместе с тем в руках врачей серебро — один из самых полезных металлов. Хорошо известно, что вода, профильтрованная через слой песка, в котором осаждено металлическое серебро ("серебряный песок"), практически стерильна — большинство микроорганизмов в ней убито. По тем же причинам вода, сохраняющаяся в серебряных сосудах, не портится годами. Ничтожного количества ионов серебра, попадающего в воду, достаточно, чтобы обезвредить опасные бактерии. Ионы серебра обладают высокой бактерицидностью.
Проф. П. Е. Ермолаев предложил пользоваться для лечения заболеваний, вызванных стрептококками и стафилококками (воспаления кожных покровов, ангины, гнойные раны и т. п.), очень слабым раствором аммиаката серебра (примерно 1-2 капли двухпроцентного раствора на 100 мл воды); этот раствор под названием "аммарген" оказался весьма полезным. В настоящее время он, к сожалению, почти полностью вытеснен сульфамидами и антибиотиками, хотя имеет по сравнению с ними то преимущество, что бактерии к нему не привыкают.
Назовем еще один металл, соединения которого, может быть, войдут в арсенал средств борьбы с раком. Это платина (отчасти также палладий). Комплексные соединения ионов платины с аммиаком, как доказано недавно тормозят развитие злокачественных опухолей. Несомненно, что медицина будущего сможет широко использовать ценные биологические свойства ионов различных металлов.
Предельно допустимые концентрации соединений металлов в питьевой воде
Таблица 6. Предельно допустимые концентрации соединений металлов в питьевой воде
Бериллий(II) | 0,0002
Висмут (III) | 0,5
Висмут (V) | 0,1
Кадмий | 0,01
Ртуть(II) | 0,005
Диэтилртуть | 0,0001
Никель | 0,1
Свинец | 0,1
Титан | 0,1
Цинк | 0,3
Медь | 1,0
Хром (VI) | 0,1
Железо (III) | 0,5
Полезно обратить внимание на то, что, казалось бы, безвредные металлы в действительности требуют осторожного отношения к тем концентрациям, в которых они могут оказаться в питьевой воде. Соли железа в избытке не только портят вкус воды, но и проявляют вредное действие, и притом более значительное, чем медь. Токсичность никеля практически равна таковой свинца; примеси бериллия или ртути исключительно опасны.
Санитарный надзор должен следить за чистотой воды как с бактериологической, так и с химической точки зрения.
Глава 13. Как определяют содержание металлов в биологических материалах
Исследование функций ионов металлов в организмах требует в первую очередь разработки точных методов качественного и количественного анализа, позволяющих обнаружить тот или иной металл и измерить его концентрацию в биологических материалах (в крови, мышечной ткани и др.). Для решения всех этих задач современная наука располагает мощным арсеналом химических и физико-химических средств исследования. За последние годы громоздкие и трудоемкие химические методы все чаще уступают место физико-химическим, основанным на явлениях поглощения, испускания, рассеяния и отражения света, избирательной адсорбции и радиоактивности. Аналитическая химия биологических материалов ныне представляет собой огромную, хорошо разработанную область науки. В рамках этой книги мы ограничимся описанием некоторых физико-химических методов, в которых важную роль играют оптические свойства исследуемых соединений.