Мышьяк в организме человека: роль, источники, нехватка и избыток
Мышьяк (As) - химический элемент с атомным номером 33. В элементарном виде представляет собой довольно хрупкий стального цвета с зеленоватым оттенком полуметалл.
С мышьяком человек познакомился очень давно. Мышьяк нередко встречается в свободном виде. В элементарном виде и в форме соединений мышьяк - сильный яд, но об ядовитости мышьяка и его соединений люди узнали сравнительно недавно, долгое время использовав их даже в качестве лекарств. Поскольку мышьяку в природе очень часто сопутствуют минералы олова, то отравление мышьяком наступало всего лишь от употребления воды и вина из оловянных сосудов.
Мышьяк раньше очень часто использовался для истребления грызунов, от чего он и получил свое русскоязычное название (от слов "мышь" и "яд").
Существует версия, что Наполен после его ссылки на о. Св. Елены был отравлен мышьяком.
То, что мышьяк - самостоятельный химический элемент, в 1789 году доказали Г. Брандт и А. Лавуазье. А до этого времени даже ученые химики считали, что мышьяк и его оксид - это одно и то же вещество.
Рассматриваемый химический элемент находится в природе в рассеянном виде. Его средняя массовая доля в земной коре составляет 1,7•10-4%, а в Мировом океане его концентрация около 0,003 мг/л. Однако мышьяк можно обнаружить и в самородном виде, тогда он имеет вид серых скорлупок или плотных конкреций-зернышек с металлическим блеском. Геологи насчитывают около 200 минералов мышьяка. Очень часто он сопуствует в рудах свинцу, меди и серебру. Самыми распространенными минералами мышьяка являются реальгар (оранжево-красного цвета, прозрачный) и аурипигмент (лимонно-желтого цвета), однако в промышленных целях для извлечения мышьяка применяются в основном арсенопирит, называемый еще мышьяковым колчеданом, а также лёллингит (мяшьяковистый колчедан) и скородит. Значительная часть мышьяка извлекается попутно при добыче золота, свинца, цинка, меди, олова и других металлов.
Крупные месторождения этого химического элемента разрабатываются в Грузии, Казахстане и Средней Азии, Великобритании, Франции, Швеции, Норвегии, Японии, США, Канаде, Боливии. Россия также богата месторождениями мышьяка, которые обнаружены на Урале, в Сибири, Забайкалье, на Чукотке и в Якутии.
Зачем же нужен мышьяк, если он так ядовит?
Мышьяк входит в состав сплавов свинца, используемых в изготовлении дроби, для их легирования. Твердость свинца при этом возрастает на порядок.
Химически чистый мышьяк используется для синтеза полупроводников.
Сульфиды мышьяка входят в состав красок, используемых в живописи и кожевенном производстве (для удаления с кожи волос).
Минерал реальгар используется в пиротехнике для получения "греческого" ("индийского") огня. При его смешении с селитрой или серой получается смесь, образующая при горении ярко-белое пламя.
Люизит - боевое отравляющее вещество, содержит в своем составе мышьяк.
Вплоть до начала ХХ века мышьяк использовался в изготовлении препаратов для лечения сифилиса, но из-за высокой токсичной в последующем они были заменены другими лекарствами.
Однако мышьяк - не только убийца, но и лекарь. В микродозах он используется в лечении анемии и некоторых других тяжелых заболеваний, поскольку он оказывает стимулирующее действие на кроветворение и другие специфические функции организма. В зубоврачебном деле мышьяк используется как некротизирующее средство при пульпите, убивающее воспаленный нерв в канале зуба. Однако в связи с расширением рынка обезболивающих и омертвляющих нерв зуба препаратов в стоматологии мышьяк применяется все реже.
Роль мышьяка в организме человека
Мышьяк является условно эссенциальным, иммунотоксичным ядом для человеческого организма. Однако в микродозах он даже необходим.
Суточная потребность организма взрослого человека в мышьяке составляет 12-15 мкг, а при поступлении в дозах менее 1 мкг в сутки может развиться его дефицит. В организме человека содержится около 15 мг мышьяка.
В человеческое тело мышьяк попадает преимущественно с пищей и питьевой водой (около 80%), причем часто в избыточном количестве. Мышьяк быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте. Более 10% мышьяка человек получает с вдыхаемым воздухом и около 1% - через кожу.
При попадании в организм через желудочно-кишечный тракт неорганические соединения мышьяка поступают в печень, где происходит их метилирование.
Мышьяк накапливается в печени, легких, коже и тонком кишечнике. Через сутки с мочой выводится около 30% поступившего мышьяка, и примерно 4% выводится через кишечник. Остальная часть выделяется через кишечник в последующем либо выводится с потом, выпадающими волосами, отслоившейся кожей и желчью. Установлено также, что мышьяк накапливается в ретикулоэндотелиальной системе, поскольку арсениты связываются с SH-группами белков, которых именно в этих тканях больше всего.
Установлено, что мышьяк, регулируя фосфорно-кальциевый обмен, препятствует потере фосфора организмом. В этом отношении он сродни витамину D.
Мышьяк связывается с серосодержащими белками, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой и другими серосодержащими соединениями.
По всей видимости (доподлинно пока не известно) мышьяк принимает участие в некоторых ферментативных реакциях, действуя как заместитель фосфора. С другой стороны, мышьяк является ингибитором, реагируя с сульфгидрильными группами некоторых ферментов.
Этот химический элемент влияет на происходящие в митохондриях окислительные процессы, участвует в нуклеиновом обмене, то есть в синтезе белков, необходим для образования гемоглобина, хотя в состав этого белка не входит.
В организмах высших животных, включая человека, мышьяк служит потенциальным стимулятором синтеза металлотионеина с хлоридом кадмия.
До недавних пор считалось, что в микроскопических дозах мышьяк может стимулировать рост костной ткани, причем даже после окончания периода общего роста. Однако дальнейшие исследования опровергли такое предположение.
В настоящее время проводятся исследования мышьяка на предмет лечения его соединениями онкологических заболеваний.
Антагонистами мышьяка являются сера, селен, фосфор, серосодержащие аминокислоты, витамины С и Е. При отравлении селеном мышьяк может выступить эффективным противоядием.
Мышьяк применяют в лечении сонной болезни на последней стадии.
Мышьяковистые минеральные воды показаны в лечении малокровия и ряда желудочно-кишечных заболеваний.
Мышьяк входит в состав мумие - минерально-органического вещества природного происхождения.
Источники мышьяка в организме человека
Повышенная концентрация мышьяка обнаружена в следующих продуктах питания:
- вина (до 1 мг/л и более) и соки (из-за использования на виноградных плантация пестицидов и гербицидов);
- рыба (в особенности морская - до 10 мг/кг) и морепродукты (креветки, омары, криль, лангусты, моллюски, морская капуста), рыбий жир;
- дикий рис;
- зерно и хлеб;
- чечевица;
- морковь, виноград, изюм, земляника.
В питьевой воде концентрация мышьяка в пределах нормы, поскольку за этим очень пристально следят контролирующие инстанции. Однако в некоторых бедных странах (Индия, Бангладеш, Тайвань, Мексика и страны Центральной Америки) из-за широкого использования средств борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур содержание мышьяка в питьевой воде превышает 1 мг/л, что служит причиной массовых отравлений и широким распространением вызванной этим болезни под названием "черная стопа".
Нехватка мышьяка в организме человека
Последствия недостатка мышьяка в организме изучены недостаточно. Существуют предположения, что недостаточности этого минерального элемента могут возникнуть:
- дерматит;
- анемия (малокровие);
- пониженная концентрация триглицеридов в сыворотке крови.
Животные при дефиците мышьяка могут плохо расти и не донашивать плод.
Избыток мышьяка в организме человека
Самым токсичным соединением мышьяка считается его гидрид (арсин). На втором месте по токсичности органические соединения трехвалентного мышьяка.
При попадании в организм мышьяк препятствует усвоению цинка, селена, витаминов А, С и Е и некоторых аминокислот.
Причинами избытка мышьяка в организме человека могут быть:
- прием содержащих мышьяк препаратов, отравление содержащими его пестицидами и гербицидами;
- работа на вредном производстве, предполагающем повышенную концентрацию мышьяка в воздухе или прямой контакт с его соединениями, в том числе производство пестицидов, золотодобыча, выплавка сплавов мышьяка и т.д.;
- недостаток селена, который дополнительно стимулирует накопление мышьяка (замкнутый круг);
- нарушение регуляции обмена мышьяка;
- курение;
- злоупотребление виноградным вином.
Симптомы и последствия острого отравления мышьяком:
- металлический привкус во рту;
- рвота, понос;
- сильные боли в животе;
- внутрисосудистый гемолиз;
- острая печеночная и почечная недостаточность;
- кардиогенный шок;
- угнетение нервной системы, паралич, судороги, летальный исход.
При хроническом отравлении мышьяком отмечаются:
- раздражительность;
- головные боли;
- кожные аллергические реакции, дерматит, экзема, язвы, зуд, ладонно-подошвенный гиперкератоз, депигментация кожи;
- конъюнктивит;
- поражения сосудов (ендоангиит, нефропатия;
- поражение дыхательной системы (фиброз, прорыв носовой перегородки, аллергоз).
У животных при хроническом отравлении мышьяком может наблюдаться аномальная плодовитость, вызванная повышением половой активности и фертильности.
Отдаленными последствиями избытка мышьяка являются:
- рак печени, гортани, глаз, кожи (рак Боуэна) и крови;
- поражение костного мозга, желудочно-кишечного тракта;
- язвы на коже;
- поражение легких и почек;
- эндемический зоб;
- жировой гепатоз;
- снижение остроты слуха у детей;
- заболевания нервной системы (нарушения речи, энцефалопатия, судороги, психозы, нарушение координации движений;
- нарушение трофики мышц;
- полиневриты;
- иммунодефицит.
При отравлении мышьяком нужно незамедлительно промыть желудок, принять противоядие (водный раствор тиосульфата натрия, унитиол). В отсутствие специализированной помощи может помочь белок молока - казеин, поэтому рекомендуется как можно быстрее выпить молоко и (или) съесть творог. Восстановительная терапия предполагает прием препаратов селена.
