Бериллий. Бериллий в организме человека. Избыток бериллия

Бериллий является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Бериллий используется в промышленности, в частности он выступает в роли источника нейтронов в атомном реакторе. Но этот элемент содержится и в человеческом организме. В этой статье мы поговорим про влияние этого элемента на здоровье человека, а также про недостаток, дефицит бериллия в организме.

Воздействие бериллия на организм

Если концентрация в воздухе достигнет 0, 01 мг на куб. м, могут проявиться явные признаки отравления бериллием. Выделяют три стадии отравления:

1. Лихорадка литейщиков, сопровождается значительным повышением температуры, и проходит через сутки - двое.
2. Воспаление легких, вызванное токсическим воздействием бериллия, может проявиться спустя несколько лет.
3. Хроническое отравление - промышленный саркоидоз, или бериллиоз.

Согласно статистике, 100 отравлений в 10-ти случаях заканчивается смертельным исходом.

Бериллий относится к классу нерадиоактивных химических элементов. Его использование в последние годы увеличилось на 500%, при том что применение хрома возросло всего лишь на 50%, бора на 78%, марганца на 45%, меди на 30%, цинка на 44%, никеля на 70%.

Бериллий является достаточно редким элементом на нашей планете. Он характеризуется рядом ценных свойств: при достижении определенных условий он служит источником нейтронов, к тому же он очень легкий, примерно в 4 раза легче железа. Энрико Ферми в своих первых экспериментах использовал именно препараты бериллия и радия, благодаря которым и появился первый реактор. От всех остальных металлов бериллий отличается тем, что он не ржавеет.

Несколько десятков лет бериллий в комплексе с цинком использовался в качестве наполнения цветных уличных фонарей, свет которых, как, оказалось, впоследствии являлся токсичным.

Порошок бериллия используется в топливных смесях, использующихся в ракетах, при сгорании он выделяет огромное количество энергии. Однако все его многочисленные преимущества перевешивает всего лишь один единственный недостаток: бериллий является ядовитым, даже в минимальных количествах он может вызвать отравление. Он оказывает губительное влияние на половые функции.

Повсеместное использование бериллия в промышленных целях серьезно беспокоит диетологов, врачей и все население планеты.

Бериллий является токсичным химическим элементом. В организм бериллий может попасть через легкие и с пищей. Ежесуточно в организм человека попадает порядка 10-20 мкг бериллия. В пищеварительной системе в растворимом виде бериллий способен взаимодействовать с фосфатами, в результате чего получается плохо растворимая соль. Кроме того, бериллий связывается с белками эпителия и образуются прочные протеинаты. По этой причине всасываемость бериллия в пищеварительном тракте достаточно невелика и колеблется в пределах 4-10% от поступившего в организм элемента. Данный показатель напрямую зависит от уровня кислотности желудочного сока. В организме общее количество данного элемента достигает 0, 4-40 мкг. Металл присутствует в мышечной, костной ткани и в крови. Бериллий может накапливаться в печени, легких, костях, лимфатических узлах и миокарде. Выводится он с мочой (около 90%).

Бериллий принимает участие в поддержании иммунитета, в регуляции фосфорного обмена. Активность бериллия проявляется в ряде биохимических реакций, которые связанны с участием некоторых неорганических фосфатов.

Недостаток бериллия и его избыток

В организме человека содержание бериллия должно составлять не больше 0, 036 мкг. Активность ряда ферментов (аденозинтрифосфазы, щелочной фосфазы) может тормозиться, если имеет место быть дефицит бериллия в крови.

Повышенное содержание данного элемента в пище приводит к образованию фосфатов бериллия. Бериллий способен забирать фосфаты из важнейших частей костей, он замещает кальций, тем самым ослабляя костную ткань и способствуя ее разрушению. Экспериментально доказано, что введение данного элемента в организм животных может вызвать «бериллиевый» рахит. Даже при малых количествах бериллия в составе кости может привести к ее размягчению (бериллиоз). В области парентерального введения солей бериллия наблюдается разрушение близлежащих тканей, впоследствии бериллий вывести из организма практически невозможно, он начинает скапливаться в печени и скелете.

Согласно современным представления о бериллии, можно сказать, что данный элемент является токсичным, канцерогенным и мутагенным. Патогенное воздействие бериллия можно наблюдать в результате ингаляций в концентрациях, превышающих норму примерно в 2 раза. Соли бериллия оказывают угнетающее действие на активность некоторых ферментов. Хорошо изучены токсические свойства данного элемента. В патологии выделяют хронические и острые отравления бериллием. Вывод соединений бериллия, например, из лимфоидной ткани, происходит очень медленно, так бериллий может выводиться на протяжении 10 лет. Достаточно высокий уровень бериллия можно наблюдать в семьях, контактирующих с данным элементом на производстве.

К основным признакам повышенного содержания в организме бериллия относят:

• Всевозможные поражения кожи - эритемы, дерматоз;
• Поражение легких - саркоидоз, фиброз;
• Бериллиоз;
• Эрозии слизистых пищеварительного тракта;
• Литейная лихорадка;
• Развитие опухолей, аутоиммунных процессов;
• Нарушение функций печени, миокарда.

Для того, чтобы предупредить развитие патологий, вызываемых контактом с различными соединениями бериллия на производстве, необходимо придерживаться правил по технике безопасности (использование сменной одежды, респиратора), устранение воздействия на организм человека всевозможных раздражителей (холодный воздух, никотин, спреи). На определенных стадиях развития патологий может потребоваться смена работы.

Загрязнение окружающей среды этим металлом тоже связано с развитием промышленности, и притом самой современной - атомной. На предприятиях с большими мощными источниками атомной энергии (бериллий служит источником в атомных реакторах), на фабриках и в карьерах, где концентрация этого элемента достигает 0,01 мг на 1 м 3 воздуха, уже могут отмечаться признаки отравления. Различают три степени отравления: I - так называемая лихорадка литейщиков, проходящая через 24 или 48 ч; II - токсическое воспаление легких, появляющееся по прошествии даже нескольких лет; III - хроническое отравление, называемое бериллиозом, или промышленным легких. Статистика показывает, что на 100 таких отравлений бывает 10 смертельных случаев. Первый случай был отмечен уже в 1930 г., но тогда в 1 м 3 воздуха было всего лишь 25 мг бериллия.

Бериллий принадлежит к тем нерадиоактивным элементам, использование которых возросло за последние 20 лет примерно на 500 %, в то время как, например, бора - на 78 %, - на 50 %, меди - на 30 %, марганца - на 45 %, никеля - на 70 %, - на 44 %.

Потребность промышленности в этом элементе резко возросла, и это беспокоит врачей и диетологов, тем более что бериллий используется еще и в ракетных двигателях, причем не только в ракетах для исследований атмосферы, но и в военной технике. Известно, что в ракетах для исследований атмосферы используется несколько тони бериллия в год, а сколько в военной технике? В СССР уже с 1963 г. ищут материал, который мог бы заменить этот элемент.

Бериллий - редкий элемент на нашей планете - имеет много ценных свойств. Он очень легкий (в 4,5 раза легче железа) и при бомбардировке альфа-частицами становится богатым источником нейтронов. Энрико Ферми использовал препараты и бериллия в экспериментах, давших миру первый реактор.

Долгие годы бериллием вместе с цинком заполняли цветные уличные лампы с флюоресцирующим светом, оказавшиеся впоследствии вредными. Бериллий не ржавеет. И еще одно огромное преимущество: порошок бериллия, постоянно используемый в топливных смесях для ракет, при сгорании выделяет большое количество энергии.

Но один его недостаток перевешивает все его преимущества: он ядовит, притом даже в минимальных количествах. В большей степени он действует на женщин, иногда и мужчин губит.

Эксперименты на курах показали, что бериллий отравляет их смертельно. Если даже и появлялись цыплята из отравленных яиц, то это были уродцы с разными деформациями. А куры, отравленные бериллием, несли яйца большего размера, чем нормальные, как если бы хотели таким путем избавиться от яда.

Метод определения Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).

Исследуемый материал Волосы

Токсичный микроэлемент. Данное исследование входит в состав Профиля: См. также отдельное исследование: Для исследования данного микроэлемента в Профилях также принимается другой биоматериал:

Бериллий (9,0 а.е.м.) - щёлочно-земельный металл II группы периодической системы. Широко применяется в промышленности и в медицине (рентгеновские установки). Физиологическая роль бериллия недостаточно изучена, но доказано, что бериллий участвует в регуляции фосфорно-кальциевого обмена и поддержании иммунитета. В теле взрослого человека содержится от 0,4 до 40 мкг бериллия. Он обнаруживается практически во всех тканях и органах, в частности - в волосах и в ногтях. Бериллий - высокотоксичный, канцерогенный и мутагенный элемент, хотя нет данных о его токсической и летальной дозах. Соли бериллия подавляют активность щёлочной фосфатазы и угнетают другие ферменты. Бериллий ослабляет и разрушает костную ткань, поражает лёгкие (фиброз), кожу (экзема, дерматоз), слизистую глаз (литейная лихорадка), может быть причиной аутоиммунных процессов. Антагонистом бериллия является магний. Именно замещения магния бериллием (сходство их химических свойств) - причина подавления магнийсодержащих ферментов внутри клеток. Поэтому в терапии бериллиевого поражения организма используют препараты магния, наряду с гормонами и иммуномодуляторами. Отравления бериллием обусловлены, главным образом, воздействием профессиональных факторов. Промышленные источники бериллия связаны с процессами обогащения металлов, предприятиями атомной, космической, электронной, электротехнической промышленности, производством ракетной техники. Сплавы бериллия прочные и лёгкие, имеют широкое бытовое применение, включая материалы, использующиеся в стоматологии (обсуждается потенциальный риск повышенной экспозиции к бериллию среди зубных техников). Отравления бериллием происходят, главным образом, путем ингаляции и поглощения промышленных газов и пыли, содержащих повышенную концентрацию этого элемента. Хроническая ингаляция промышленной пыли, содержащей бериллий, может привести к развитию хронической бериллиевой болезни (бериллиоза), которая характеризуется формированием гранулём в лёгких в результате иммунной реакции организма на присутствие частиц бериллия. Заболевание может развиваться даже в отдалённые сроки после воздействия умеренных количеств бериллия. Описаны эффект повышенной чувствительности и индивидуальные различия к бериллию. Контакт бериллия с участками повреждения кожи (раны, царапины) может приводить к появлению сыпи или язв. У литейщиков наблюдается раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Токсическое воздействие бериллия ассоциировано с увеличенной частотой случаев рака лёгких. Содержание бериллия в биосубстратах организма может не коррелировать с проявлениями бериллиевой болезни, но является желательным компонентом оптимальной диагностики наряду с рентгенологическими и иммунологическими методами.

Литература

1. Tietz Clinical guide to laboratory tests. 4-th ed. Ed. Wu A.N.B.- USA,W.B Sounders Company, 2006, 798 p.
2. Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. 4 ed. Ed. Burtis C.A., Ashwood E.R., Bruns D.E. Elsevier. New Delhi.2006. 2412 p.
3. Ершов Ю.А., Плетнева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М., Медицина, 1989 г. 72 с.

Бериллий постоянно находится в растениях, а также в организмах животных, т.е. он является примесным ультрамикроэлементом. Биологическая роль бериллия изучена недостаточно. Известно, что соединения бериллия токсичны и вызывают ряд заболеваний (бериллиевый рахит, бериллиоз и т.д.). Особенно токсичны летучие соединения бериллия. Как уже было рассмотрено выше, отрицательное влияние иона Ве 2+ на физиологические процессы можно объяснить его химическими свойствами (способностью образовывать прочные связи с биолигандами и хорошей растворимостью фосфатов бериллия).

Магний формально относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 0,027 % (около 20 г). Топография магния в организме человека такова: в наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается он также в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце. У взрослого человека суточная потребность в магнии составляет около 0,7 г. Ион магния, так же как и ион калия, является внутриклеточным катионом.

В биологических жидкостях и тканях организма магний находится как в виде акваиона, так и в связанном с белками состоянии в количестве <: 10~2 %, т. е. по сущности это микроэлемент.

Рис. Топография s-элемёнтов IIА-группы в организме человека

Концентрация ионов магния внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточных жидкостях. Ионы магния играют важную биологическую роль в организме человека. Вследствие меньшего радиуса иона и большей энергии ионизации ион Мg 2+ образует более прочные связи, чем ион кальция, и поэтому является более активным катализатором ферментативных процессов. Входя в состав различных ферментативных систем, ион магния является их незаменимым компо­нентом и активатором (такие ферменты, как карбоксипептидаза, холинэстераза и некоторые другие, являются специфическими для иона магния).

Гидролиз АТФ, сопряженный с рядом ферментативных реакций, в результате которых образуется гидрофосфат-ион НРО 4 2- и выделяется большое количество энергии, проходит при обязательном избытке ионов Мg 2+ .

Кальций

Кальций относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 1,4 %/ Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50 % всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых кальция фосфата Са 3 (РO 4) 2 и кальциевых солей жирных кислот.

В организме концентрация ионов кальция регулируется гормонами.

В костях и зубах взрослого человека около 1 кг кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала - гидроксилапатита Са 10 (РO 4) б (ОН) 2 , образование которого происходит при взаимодействии ионов кальция с фосфат-ионами.

В крови и лимфе кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии-в соединениях с белками, углеводами и др. Механизм свертывания крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят от наличия ионизированного Са 2+ . Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы.

Концентрации ионов кальция внутри и вне клетки соответственно составляют 10 -6 и (2,25-2,8) 10 -3 моль/л. Поскольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного материала в организме, в костях, зубах. Скелет - основное хранилище кальция в организме.

Используют кальций хлорид при отравлении солями магния, а также оксалат- и фторид-ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, а во втором случае-на,образовании нетоксичных малорастворимых соединений кальция оксалата и фторида.

Антацидным и адсорбирующим действием обладает кальций карбонат СаСОз. Его назначают внутрь при повышенной кис­лотности желудка, так как он нейтрализует соляную кислоту:

СаСОз (т) +2НС1 (жел.сок) = СаСl 2 (р) + Н 2 O (ж) + СO 2 (г)

Кальций сульфат (жженый гипс) применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах, а также в качестве слепочного материала при протезировании зубов.

Находит применение в медицине и радиоактивный изотоп Са. С помощью этого изотопа были изучены процессы всасывания и распределения кальция в организме, отложения его в костях и выведение при нормальной жизнедеятельности организма и различных патологиях.

Был открыт французским химиком Луи Никола Вокленом в 1798 г. Также данный элемент, его соединения и минералы исследовал русский химик И. В. Авдеев.

Название бериллия происходит от древнегреческого названия минерала берилла, которое в свою очередь произошло от названия города Белур в Индии. В начале данный элемент получил название «глюциний», что с древнегреческого переводится как сладкий. Это было связано со сладким вкусом растворимых в воде соединений бериллия.

Бериллий в организме человека

Бериллий считается довольно таки редким элементом. Он оказывает токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм животных и человека. В организм человека он поступает с воздухом и пищей. В среднем в сутки в наш организм попадает 10-20 мкг бериллия. Поступая в желудочно-кишечный тракт в растворимой форме бериллий взаимодействует с фосфатами. В результате образуется плохо растворимое соединение Be3(PO4)2. Также бериллий способен связываться белками эпителиальных клеток в прочные протеинаты. В желудочно- кишечном тракте всасывается немного бериллия — от 4 до 10%. Процент всасывания также зависит от кислотности желудочного сока.

В среднем в организме человека содержится 0,4 — 40 мкг бериллия. Он концентрируется в основном в костной и мышечной тканях, крови и в других органах.

Бериллий депонируется в печени, легких, костях, лимфатических узлах и в миокарде. Выводится он из организма в основном с мочой (около 90%). Бериллий участвует в регуляции фосфорно-кальциевого обмена, поддерживает иммунный статус организма. При употреблении чрезмерного количества бериллия образуется фосфат бериллия. Он способен ослаблять и разрушать костную ткань, негативно воздействуя на кальций. Бериллий обладает способностью замещать магний в некоторых ферментах, нарушая их работу.

Согласно исследованиям, введение бериллия животным провоцирует развитие «бериллиевого» рахита. Даже небольшое количество данного элемента в костях приводит к их размягчению (бериллиозу). Высвобождается бериллий из организма очень медленно, в течение 10-ти лет. В группе риска отравления бериллием рабочие промышленных предприятий.

Симптомы пере избытка бериллия в организме :

1. поражение легких (саркоидоз, фиброз);
2. нарушения функций сердца и печени;
3. кожные поражения — дерматоз,экземы, эритемы;
4. бериллиоз;
5. раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек глаз);
6. эрозии слизистых оболочек желудка и кишечника;
7. возникновение аутоиммунных процессов и опухолей.

Для предупреждения отравления бериллием на производстве необходимо соблюдать меры предосторожности, а именно использовать респиратор, носить сменную одежду и т.д. Также нужно избегать негативное воздействие на организм таких раздражителей, как спреи, холодный сухой воздух и никотин. В крайнем случае при интоксикации необходимо сменить работу.