Свинец. 
Экологическая токсикология

Данные о распространении свинца в земной коре свидетельствуют о накоплении его в кислых магматических породах и в глинистых осадках, в которых обычно концентрации свинца колеблются в пределах 10—40 мг/кг. В то же время в ультраосновных породах и известковистых осадках его содержится только 0,1—10 мг/кг.

Естественное содержание свинца в почвах наследуется от материнских горных пород. Однако из-за широкомасштабного загрязнения среды свинцом большинство почв, по-видимому, обогащено этим элементом, особенно их верхние горизонты (Алексеенко и др., 2014).

Естественная концентрация свинца в верхних горизонтах различных почв показывает, что они колеблются в пределах 3—89 мг/кг. При этом средние значения по типам почв составляют 10—67 мг/кг (Алексеенко, 2006).

Природные содержания свинца в почвах тесно связаны с составом подстилающих пород, и, по имеющимся данным, свинец среди тяжелых металлов наиболее подвижен. Относительно низкие содержания свинца в природных почвенных растворах подтверждают это.

Растворимость свинца может быть понижена известкованием. При высоких pH свинец будет осаждаться в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната, эти же условия способствуют образованию свинецорганических комплексов. Таким образом, органическое вещество должно, вероятно, рассматриваться как важный фактор фиксации свинца в загрязненных почвах.

Как фактор серьезного экологического риска для здоровья населения свинец привлек к себе внимание только во второй половине XX столетия, главным образом в связи с загрязнением воздуха выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания, работающих на горючем с антидетонационной добавкой тетраэтилсвинца, разлагающегося при вспышке до неорганических соединений свинца. В связи с этим отметим, что в последнее время в некоторых западных странах и отчасти в России наметился постепенный отказ от этой добавки.

Второе место в качестве источника техногенного свинцового загрязнения окружающей среды занимает цветная металлургия (выплавка свинца и его сплавов, медеплавильное производство). Локально этот источник загрязнения может преобладать над транспортным. Так, в масштабах России около 80% свинцовых эмиссий металлургических заводов приходится на Свердловскую область. На третьем месте — сжигание каменного угля и различные технологические процессы во многих отраслях промышленности, связанных с использованием свинца или его сплавов (производство аккумуляторов, пайка, лужение и пр.).

От всех этих источников свинец попадает в атмосферу в виде тонкодисперсных аэрозолей оксидов, сульфатов, отчасти сульфидов и других неорганических соединений. Оседание аэрозольных частиц приводит к загрязнению свинцом почвы, откуда он переходит в растения, а затем и в организм животных и человека. В результате смыва с загрязненной почвы, а также с промышленными стоками металлургических, машиностроительных и химических производств через загрязняемые ими реки в Мировой океан ежегодно поступает 430—650 тыс. т свинца в виде взвесей и растворов его соединений. Дополнительным локальным источником попадания свинца в пищу и питьевую воду нередко является его поступление из содержащих свинец глазурей, припоев и т. п.

Анализ данных о поглощении свинца корнями растений позволил прийти к выводу, что способ его поглощения — пассивный. Содержание свинца в растениях, выросших в области развития рудной минерализации, в целом сильно коррелирует с его концентрацией в почве. Однако эта корреляция различна для разных органов растений. Когда свинец присутствует в питательных растворах в растворимой форме, корни растений способны поглощать его в большом количестве, при этом скорость поглощения возрастает с ростом концентрации и со временем.

Уровни содержания свинца, при которых он становится токсичным для растений, оценить нелегко, однако авторы дают довольно близкие значения, колеблющиеся в пределах 100—500 мг/кг (Алексеенко и др., 2014). Хотя в природных условиях свинец присутствует во всех растениях, выявить какую-либо его роль в метаболизме не удалось (Ковда, 1985).

Переносимый по воздуху свинец — главный источник свинцовых загрязнений — также легко поглощается растениями через листву. Хотя нет свидетельств о том, что свинец необходим для каких-либо видов растений, имеется много данных о стимулирующем действии на их рост низких концентраций некоторых солей свинца. Более того, описаны эффекты торможения метаболизма растений, возникающие из-за низких уровней содержания свинца.

С другой стороны, в ряде работ описано токсичное действие свинца на такие процессы, как фотосинтез, митоз, поглощение воды. Однако симптомы свинцового токсикоза у растений не очень специфичны (Кабата-Пендиас и др., 1989).

Некоторые растительные виды и бактериальные штаммы способны вырабатывать толерантность к свинцу, которая, по-видимому, связана со свойствами мембран. Несмотря на то что даже очень низкие концентрации свинца могут замедлять некоторые жизненные процессы в растениях, свинцовые отравления у растений, произрастающих в естественных условиях, наблюдались редко.

Отметим, что полученные в последнее время данные свидетельствуют о высокой токсичности органометаллических соединений свинца для широкого круга растений. Токсическое действие связано в основном с нарушениями фундаментальных биологических процессов, таких как фотосинтез, рост, митоз и т. п.

Наибольшую озабоченность вызывает влияние свинцового загрязнения среды обитания на развитие и здоровье детей. Указанные пути экспозиции к свинцу, а также особенности поведения детей (заглатывание несъедобных предметов, которые могут быть загрязнены, в том числе земли и снега, привычка сосать пальцы, грызть ногти и т. д.) приводят к более значительному накоплению свинца в организме детей по сравнению со взрослыми, находящимися в той же среде обитания.

В организме свинец распределяется между всеми органами и тканями, действие на которые и определяет многообразие токсических эффектов. Особую опасность вызывает накопление свинца в наиболее чувствительных к его токсическому действию нервной ткани и костном мозге. Относительно стойкое отложение свинца формируется в костной ткани, которая может стать внутренним источником, поддерживающим повышенный уровень свинца в крови длительное время после прекращения или снижения внешней экспозиции, в особенности при деминерализации кости, связанной, например, с менопаузой.

Специфичными эффектами хронической интоксикации свинцом являются нарушения некоторых биохимических механизмов, прежде всего порфиринового обмена (подавление синтеза гема — основная причина свинцовой анемии), а также токсическое действие на все отделы нервной системы, особенно на развивающуюся нервную систему у детей. Описаны также разнообразные патологические изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, почек, печени и кишечника, щитовидной железы, иммунной системы, женской и мужской репродуктивной системы. Выраженность всех этих нарушений и соотношение между ними зависят от дозы свинца в организме, а также от возраста и пола человека.

Свинец не относится к числу физиологически необходимых биомикроэлементов, и имеющиеся эпидемиологические данные не позволяют с уверенностью говорить о низком дозовом пределе (пороге), совершенно безопасном для здоровья населения, в особенности детей.

Особая опасность свинца для детей связана не только с тем, что при одном и том же уровне его содержания в окружающей среде в детском организме свинца накапливается существенно больше, чем в организме взрослого (в расчете на единицу массы тела). Важнейшей с токсикологической точки зрения является проблема повышенной чувствительности к токсическому действию свинца развивающейся нервной системы детей. Именно по этому эффекту принят предложенный американскими центрами контроля и предупреждения болезней (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) показатель, названный level of concern — «уровень озабоченности». Под этим показателем подразумевается та концентрация свинца в крови ребенка (РЬВ), превышение которой увеличивает вероятность снижения коэффициента интеллектуального развития (IQ), способности к обучению, вызывает нарастание поведенческих нарушений. В качестве такого уровня (который иногда ошибочно называют «нормой») рассматривается концентрация РЬВ >10 мкг/мл.

«Уровень озабоченности» часто используется не только для оценки вредного действия свинца в индивидуальном плане, но и в популяционном. Процент детей с превышением «уровня озабоченности» служит мерой популяционного риска. Такой критерий не является чрезмерно жестким, поскольку имеются данные, свидетельствующие о том, что и по коэффициенту интеллектуального развития IQ, и по некоторым другим психологическим тестам или поведенческим нарушениям порог вредного действия свинца значительно ниже (если он вообще существует). Это было отмечено в IPCS (1995), и такие данные продолжают публиковаться. Например, при обследовании большой группы детей, среди которых ни у одного ребенка уровень РЬВ не достигал 10 мкг/мл, уже при РЬВ > 4 мкг/мл все использованные психологические тесты показали худшие результаты по сравнению с детьми, у которых уровень РЬВ был ниже.