И. В. Шугалей, А. В. Гарабаджиу, М. А. Илюшин, А. М. СудариковСанкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет)
Некоторые аспекты влияния алюминия |
Экологическая химия, т. 21, № 3, 2012, стр. 172–186 |
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический
университет) Оригинал здесь АБСТРАКТВ настоящей работе собраны и обобщены данные по вопросу токсичности соединений алюминия в отношении различных организмов, рассмотрены вопросы профпатологии у работников, контактирующих с соединениями алюминия на производстве, обобщены данные экспериментальных исследований, выполненных на животных, полученные для различных соединений алюминия. Ключевые слова: алюминий, токсичность, нарушение здоровья, гигиеническое нормирование, накопление в тканях. ВВЕДЕНИЕАлюминий — один из наиболее распространенных в природе элементов и занимает третье место после кислорода и кремния, с которыми в виде алюмосиликатов составляет больше 82% массы земной коры. Как писал Д. И. Менделеев в своем классическом учебнике "Основы химии", "алюминий есть самый распространенный в природе из всех металлов; достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в коре земной. Алюминий, или металл квасцов (alumen), потому и называется иначе глинием, что находится в глине" [1]. Химические формы алюминия в природе чрезвычайно разнообразны. Известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий. Многие из этих минералов активно используются человеком в различных отраслях деятельности [2]. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии. Однако в 1978 году в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров [3]). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий [4]. В почвах содержится 150–600 мг/кг, в атмосферном воздухе городов — около 10 мкг/м3, в сельской местности — 0,5 мкг/м3 алюминия [5]. Накопление алюминия в почве содействует ее закислению. При закислении водоема нерастворимые формы алюминия переходят в растворимые, что способствует резкому повышению его концентрации в воде. Являясь одним из самых распространенных элементов в земной коре, алюминий содержится практически в любой природной воде. Алюминий попадает в природные воды естественным путем при частичном растворении глин и алюмосиликатов, а также в результате вредных выбросов отдельных производств (электротехническая, авиационная, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность, машиностроение, строительство, оптика, ракетная и атомная техника) с атмосферными осадками или сточными водами [6]. Сульфат алюминия широко используется в качестве коагулянта в процессах водоподготовки для коммунальных нужд, и присутствие его в питьевой воде в значительных количествах является результатом нарушений технологии и недостаточного контроля при проведении этих процессов. Содержание алюминия в водоисточниках колеблется в широких пределах от 2,5 до 121 мг/л [7–8]. Иногда указанные выше значения могут быть превышены в сотни раз. Согласно исследованиям, проведенным в США, содержание алюминия в грунтовых водах может достигать 14–290 мг/л, а в поверхностных водах 16–1170 мг/л [9]. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органических кислот, алюминий мигрирует в почвах и водах в виде органоминеральных коллоидных соединений [10]. В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные или щелочные, алюминий почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция алюминия в вулканических областях, где имеются сильнокислые речные и подземные воды, богатые алюминием [11]. В местах смешения кислых вод со щелочными — морскими, например, в устьях рек, алюминий осаждается с образованием бокситовых месторождений. Предельно допустимые концентрации алюминия в воде хорошо известны и определяются категорией водоема. Для водоемов рыбохозяйственного назначения ПДК = 0,04 мг/л, а для водоемов питьевого и коммунально-бытового назначения — 0,5 мг/л. Рекомендуемое содержание алюминия в питьевой воде составляет 0,2 мг/л [12]. В США для алюминия в питьевой воде установлена ПДК = 0,05 мг/л [8,13]. Будучи наиболее распространенным в земной коре металлом, алюминий активно влияет на процессы жизнедеятельности организмов различного уровня [14–15]. ВЛИЯНИЕ АЛЮМИНИЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РАСТЕНИЙАлюминий оказывает вредное действие на растения, начиная с концентрации 1 мг/л воды [16], поэтому использование алюминийсодержащих сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур нецелесообразно. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, алюминий нарушает их поглощение корнями [17]. Избыток алюминия в почве приводит к деформации органов: листья большинства растении скручиваются, на них появляются белые пятна; падает урожайность зерновых культур, возделываемых на кислых почвах (около 40% всех обрабатываемых земель) [18,19]. При выпадении "кислотных дождей" токсичность алюминия повышается, поскольку он переходит в растворимое состояние и вымывается из глины [20]. При этом в клетках корневой меристемы образуется весь спектр аберраций — геномных, хромосомных и хроматидных [21,22]. Разработана биохимическая модель токсичности алюминия в отношении растений. Один из путей токсического повреждения — продукция активных форм кислорода (АФК). Кроме того, отмечается конкуренция между алюминием и железом и угнетение усвоения железа клетками растений [23], а также установлено отрицательное влияние алюминия на ассимиляцию азота [24]. Под действием ионов алюминия угнетается развитие корневой системы, что было установлено на таких важнейших сельскохозяйственных культурах как горох [25] и лук [26]. Однако влияние кислотности почвы не столь однозначно. Присутствие органических кислот в питательных растворах снижает токсическое действие алюминия по отношению к некоторым сортам пшеницы [27]. При изучении сорго, пятой по важности зерновой культуры в мире, клонировали неизвестный ранее ген, обеспечивающий устойчивость к почвенному алюминию [28]. Этот ген кодирует мембранный переносчик, активирующийся в ответ на воздействие алюминия и обеспечивающий высвобождение лимонной кислоты, эффективно связывающей токсичные ионы и предотвращающей их проникновение внутрь корней [29], что открывает путь к созданию устойчивых к алюминию растений [30–32]. Так, в настоящее время ведутся исследования по повышению устойчивости риса к алюминию [33]. Известны организмы–концентраторы алюминия, например плауны (Lycopodiaceae), которые содержат до 5,3% алюминия в золе. ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКАВ настоящее время алюминий относится к жизненно важным элементам, обнаруживаемым в следовых количествах. Суточная потребность в алюминии для взрослого человека составляет 35–49 мг [34]. Одним из специфических источников поступления алюминия в организм человека является все возрастающее использование его в пищевой промышленности (посуда, упаковочный материал, пищевые добавки) [35–37] и фармакологии [38]. Алюминий входит в состав медицинских препаратов, которые обладают обезболивающим, адсорбирующим и антацидным действием, помогая снизить кислотность желудочного сока [39]. Соединения алюминия применяются при лечении язвы желудка, ряда заболеваний поджелудочной железы, гастрита, изжоги [40]. Общее содержание алюминия в суточном смешанном рационе человека составляет 80 мг. Алюминий входит в состав тканей животных и растений. В органах млекопитающих животных обнаружено от 10-3 до 10-3 % алюминия в расчете на материал естественной влажности. Алюминий может поступать в животный организм с питьевой водой, воздухом, а также с растительной пищей [41]. Содержание алюминия в пшенице составляет 42 мг/кг, горохе — 36 мг/кг, кукурузе — 16 мг/кг, картофеле — 4 мг/кг, репе — 46 мг/кг, меде — 4 мг/кг, мясе и мясных изделиях — от 1,6 до 20 мг/кг. Много алюминия в цветной капусте, моркови, помидорах. В яблоках содержится до 150 мг/кг алюминия, а в листьях чая — 850–1400 мг/кг [42]. Алюминий содержится в овсянке, рисе, авокадо, артишоках, савойской капусте, баклажанах, топинамбуре, киви, персиках, белокочанной капусте, фасоли, манной крупе. Растительные продукты содержат в 50–100 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения [43]. Алюминием обогащен хлеб, так как выпекается в алюминиевой посуде. Источниками повышенного поступления алюминия в организм человека также могут быть консервированная пища [44,45], некоторые травы и плавленые сыры, дезодоранты, бумажные полотенца, а также продукты, контактирующие с алюминиевой фольгой. НЕОБХОДИМОСТЬ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА И ДРУГИХ ТЕПЛОКРОВНЫХАлюминий играет в организме важную физиологическую роль — он участвует в образовании фосфатных и белковых комплексов, в процессах регенерации костной [46], соединительной и эпителиальной ткани; оказывает, в зависимости от концентрации, тормозящее или активирующее действие на пищеварительные ферменты, способен влиять на функцию околощитовидных желез [47–48]. Дефицит алюминия может развиваться, если его поступление в организм человека меньше 1 мкг в день, но пагубного влияния нехватки данного микроэлемента на организм не известно, так как этого практически никогда не случается. В связи с этим данные о возможных патогенных эфффектах дефицита алюминия у человека отсутствуют. У экспериментальных животных в случае дефицита алюминия наблюдается увеличение числа выкидышей, снижение продуктивности, задержка роста, нарушение координации движений, слабость в конечностях. СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ТКАНЯХНа сегодняшний день принято, что общее содержание алюминия в крови взрослого человека находится в пределах 50–140 мг. Содержание в крови — 0,024–0,070 мг/мл (большей частью в сыворотке), легких — 0,59 мг/г, трубчатых костях — 0,5 мг/г, зубах — до 0,33 мг/г, сердце — 0,056–0,210 мг/г, мышцах — 0,015 мг/г, головном мозге — до 0,016 мг/г, грудном молоке — до 0,01 мг/мл, яичниках — 0,4 мкг/г, семенниках — 0,4 мкг/г, лимфатических узлах — 0,032 мг/г. Больше всего алюминия содержится в ногтях (до 0,93 мг/г) [49]. Депонируется алюминий в костях, печени, легких и в сером веществе головного мозга. С возрастом содержание этого элемента в легких и головном мозге увеличивается. Алюминий выводится из организма с мочой, калом, пóтом и выдыхаемым воздухом [50]. Оценка содержания алюминия в организме дается по результатам исследований крови, мочи и волос. Среднее содержание алюминия в плазме крови составляет около 2 мкг/л. В моче содержание алюминия находится в пределах 1–20 мкг/л, а в волосах 1–20 мг/кг. Повышенное содержание алюминия в волосах у мужчин встречается чаще, чем у женщин, а у детей этот показатель выше, чем у взрослых. ТОКСИЧНОСТЬ АЛЮМИНИЯНесмотря на распространенность, алюминий относится к токсическим элементам [51]. Данные по острой токсичности алюминия представлены в табл. 1 Табл. 1 Характеристики острой токсичности некоторых солей алюминия
Органами-мишенями при избыточных концентрациях алюминия в организме являются почки, центральная нервная система, кости, легкие, костный мозг, яичники, матка и молочные железы. Достаточно выражены и многообразны биохимические проявления интоксикации алюминием. Алюминий способен вызывать осаждение белков и образование нерастворимых белковых соединений в виде волокнистых субстанций без признаков воспаления [52,53]. Высокая способность алюминия образовывать комплексные соединений обуславливает его роль в снижении активности многих ферментов и их систем [54–56]. Токсичность алюминия во многом связана с его антагонизмом по отношению к кальцию [52] и магнию [58], фосфору, цинку и меди [59], а также способностью влиять на функции околощитовидных желез, легко образовывать соединения с белками [52,53], накапливаться в почках, костной и нервной ткани [60]. Алюминий тормозит усвоение кальция, магния, железа, витаминов В6 и С и некоторых серосодержащих аминокислот [61]. Установлено, что соединения алюминия проявляют гемолитический эффект. В опытах in vitro выявлено, что в ряду гидроокись, ацетат, сульфат алюминия снижается гемолитическое действие [62]. При экспериментально вызванной анемии соли алюминия задерживают восстановление содержания гемоглобина до исходного уровня [63]. Алюминий вызывает различные нарушения биохимических процессов в клетках [64]. Установлено, что соединения алюминия нарушают процессы фосфорилирования (синтез АТФ) [65]. Алюминий конкурирует с усвоением фосфора, кальция и железа, может приводить к дефициту магния и марганца. Алюминий изменяет энергообмен в клетках, в результате чего клетки теряют способность к нормальному размножению, начинают делиться хаотично, порождая опухоли [66]. Отмечается факт алюминий-индуцированного апоптоза [67,68]. В результате снижения поступления фосфатов в организм угнетается транспорт углеводов, связанный с фосфатами. Особо следует отметить влияние соединений алюминия на мембранный транспорт, так как алюминий оказывает существенное влияние на состояние мембранных липидов [69]. При интоксикации алюминием существенно снижается уровень АТФ, что приводит к тяжелым нарушениям тканевого метаболизма. При хронической пероральной экспозиции солей алюминия вследствие нарушений фосфорного обмена снижается всасывание глюкозы из кишечника. В результате возникает гипогликемия, падает уровень гликогена в печени, возрастает уровень лактата в печени и пирувата в печени и мышцах [70]. Накопление алюминия в организме может вызвать нарушение холинэргической передачи нервного импульса [71]. При концентрации порядка 100 мкмоль ионы алюминия снижают активность очищенной холинэстеразы плазмы крови человека в два раза. Показано, что ионы алюминия действуют как неконкурентный ингибитор холинэстеразы, однако ионы кальция снимают это действие, а ионы магния не оказывают аналогичного защитного эффекта [72]. Одним из возможных механизмов токсического действия алюминия может быть нарушение зависящего от трансферрина транспорта железа в организме [73,74]. При токсических дозах алюминия снижение транспорта железа может вызвать железодефицитную анемию [75]. Интоксикация высокими дозами алюминия (до 200 мг на кг) приводит к увеличению в плазме крови активности альдолазы, что сопровождается гипергликемией. У экспериментальных животных на срезах печени выявляется пониженное потребление кислорода в тканях. In vitro растворимые соли алюминия увеличивают агглютинацию эритроцитов. Разнообразные токсические проявления действия алюминия, вероятно, обусловлены его активным связыванием белками. Показано высокое сродство алюминия к лактоферрину и трансферрину [76]. Алюминий снижает усвоение фосфора в организме, что может привести к нарушению фосфорно-кальциевого обмена. Имеются данные о мутагенной активности алюминия [77]. У детей алюминий вызывает анемию [78], так как ингибирует синтез гемоглобина [79,80], вызывает заболевания почек, печени, колиты. Интоксикация алюминием часто сопровождается такими проявлениями как мышечные подергивания и судороги, боли в желудке и во всем теле, запоры. снижение веса и аппетита, изменение состава крови (лимфоцитоз, эозинопения, анемия) [81], постоянный кашель, дезориентация в пространстве, потеря памяти, нарушение фосфорно-кальциевого обмена, снижение стабильности синтеза и повреждение ДНК, развитие фиброзных уплотнений в мягких тканях. Часто интоксикация алюминием сопровождается нарушением функции почек (нефропатии, увеличение риска мочекаменной болезни). В клинической картине алюминиевой интоксикации как наиболее значимые различают неврологические, костные, гематологические синдромы [82]. РАЕКЦИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ НА ИНТОКСИКАЦИЮ АЛЮМИНИЕМАлюминий известен как нейротоксичный металл [83]. Ионы алюминия медленно и необратимо накапливаются в нейронах — достаточно долго живущих клетках [84]. Алюминий может переноситься трансферрином, а специфические трансферриновые рецепторы, которые обнаружены в капиллярах головного мозга [85], обеспечивают проникновение связанного алюминия через гематоэнцефалический барьер [86]. Лимонная и другие органические кислоты не только усиливают всасывание алюминия, но и способствуют его накоплению в тканях [28]. В результате накопления алюминия в ткани головного мозга развивается энцефалопатия, характеризующаяся выраженными психическими нарушениями. К важнейшим клиническим проявлениям нейротоксического действия относят нарушения двигательной активности, судороги, снижение или потерю памяти, психопатические реакции, трудности в обучении, наклонность к депрессии, энцефалопатии [87,88]. Реакции нервной системы на интоксикацию алюминием достаточно многообразны. Алюминию приписывают существенную роль в возникновении таких тяжелых заболеваний нервной системы как болезнь Альцгеймера (возникает в зрелом возрасте, проявляется появлением провалов памяти, дезориентацией в окружающей обстановке, депрессией и прогрессирующим слабоумием) [89], боковой амиотрофический склероз (возникновение прогрессирующих параличей мышц, смерть от остановки дыхания и сердечной деятельности через несколько лет), паркинсоническое слабоумие (дрожание головы, кистей рук, нижней челюсти, стоп из-за повышения тонуса мышц, нарушения в психоэмоциональной сфере в виде появления назойливости, эгоизма, обидчивости) [90,91]. Выявлена ассоциация между потреблением алюминия с питьевой водой и развитием деменции [28]. Более того, в опытах на животных при использовании препаратов алюминия удавалось вызвать развитие различных патологических изменений и клинических симптомов, сходных с таковыми при деменции альцгеймеровского типа [92,93]. Алюминий, по-видимому, способен усиливать окислительные и воспалительные реакции, ведущие к повреждению ткани, и способствовать прогрессированию нейродегенеративных изменений [94,95]. Если алюминий на самом деле принимает участие в патогенезе болезни Альцгеймера, то это свидетельствует о том, что его токсические эффекты могут проявиться спустя десятилетия. Некоторые неврологические симптомы, сопровождающие интоксикацию алюминием, представлены в табл. 2. Табл. 2 Неврологические признаки и симптомы токсичности алюминия
Особенно склонны к негативному воздействию алюминия дети и пожилые люди [96]. У детей избыток алюминия вызывает повышенную возбудимость, нарушения моторных реакций, головные боли. Гиперактивность, повышенная возбудимость, агрессивность подростков, нарушения памяти и трудности в учебе могут быть результатом даже небольшого повышения концентрации ионов алюминия в организме [97]. Алюминий часто обнаруживается в тканях у некоторых пожилых людей, страдающих потерей памяти, рассеянностью или слабоумием, и может приводить к деградации личности [98]. ИЗМЕНЕНИЯ В КОСТНОЙ СИСТЕМЕ ПРИ АЛЮМИНИЕВОЙ ИНТОКСИКАЦИИНарушения со стороны костной системы также являются одним из ведущих проявлений алюминиевой интоксикации. На фоне высоких концентраций алюминия в сыворотке крови происходит включение алюминия в костную ткань [99]. Гистологически у больных с поражением скелета вследствие интоксикации алюминием снижается отложение солей кальция в остеоид. Выраженность остеомаляции тесно коррелирует с содержанием алюминия в костной ткани. В местах отложения алюминия, образующего структуры величиной от 20 до 100 нм, практически полностью отсутствуют активные остеобласты, а в выстилающих поверхность кости клетках не выявляется эндоплазматический ретикулум. При интоксикации алюминием костная ткань выглядит неактивной, для нее характерно резкое замедление процессов ремоделирования (новообразования) костной ткани. Дальнейшая аккумуляция алюминия приводит в конечном итоге к развитию остеомаляции [61], органические кислоты существенно изменяют биохимическое влияние алюминия [27]. Механизм, посредством которого алюминий индуцирует изменения в костной ткани, окончательно не расшифрован. Однако проведенные с культурой костной ткани исследования показали, что алюминий через гидроксильную группу формирует с цитратом металлоцитратный комплекс, препятствующий росту кристаллов фосфата кальция и угнетающий минерализацию остеоида [100]. Алюминий в концентрации 54–135 мкг/л способен ингибировать рост кристаллов фосфата кальция. Цитрат усиливает ингибирующее действие: ингибирующая активность металло-цитратного комплекса, который откладывается на поверхности кристаллов, во много раз выше. В дальнейшем недостаточное обызвествление большой массы остеоида ведет к размягчению костей, развитию деформаций и патологических переломов. Некоторые проявления костных изменений, зависимых от алюминия, обобщены в табл. 3. Табл. 3 Типичные изменения костной ткани при интоксикации алюминием
Интоксикация алюминием приводит к развитию остеохондроза, рахита и другим заболеваниям опорно-двигательного аппарата [101]. По некоторым данным, алюминий может вызвать или усилить новообразования костей [102]. АЛЮМИНИЙ И БЕРЕМЕННОСТЬОпыты на животных свидетельствуют о том, что алюминий проникает через плаценту и накапливается в тканях плода, вызывая различные нарушения развития, включая внутриутробную смерть, пороки развития, замедленное формирование скелета, задержку роста [103]. Возможность интоксикации алюминием при пероральном его применении в значительной степени зависит от биодоступности используемого препарата и присутствия в пище других веществ, которые усиливают всасывание алюминия [104]. Плод и новорожденный более чувствительны к токсическим эффектам алюминия по сравнению с организмом взрослого [105]. Алюминий обнаружен в грудном молоке у женщин [28,106], что свидетельствует о возможности поступления его в организм новорожденных, которые вскармливаются грудью [107]. Показано выраженное негативное влияние алюминия на развитие недоношенных новорожденных. Проводилось сравнение эффектов стандартных растворов для парентерального питания и растворов с пониженным содержанием алюминия на недоношенных новорожденных детях. Через 18 месяцев у детей, которым вводили стандартные растворы, индекс неврологического развития был ниже, чем у детей группы сравнения. Хотя риск интоксикации алюминием при пероральном его применении у новорожденных является низким (исключая детей с почечной недостаточностью), тем не менее у новорожденных следует избегать применения растворов для парентерального питания, содержащих алюминий [108]. Во многих европейских странах существуют определенные ограничения по поводу применения алюминийсодержащих антацидов у беременных и кормящих женщин. Например, в Австрии, Франции, Италии, Испании и Швейцарии в листках-вкладышах на подобные средства указано, что применять их во время беременности и кормления грудью следует только по рекомендации врача или фармацевта [109]. АЛЮМИНИЙ И ИММУНИТЕТАлюминий относится к иммунотоксичным элементам [110]. Алюминий кумулируется и подавляет функцию макрофагов, Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов. При этом он вызывает не только супрессию клеточных реакций, но и митогенный эффект лимфоцитов [111]. Предполагают, что алюминий может быть одной из причин старческого клеточного иммунодефицита [112]. Кроме того, алюминий может вызывать аллергию, что обусловлено супрессивным влиянием этого микроэлемента на мутаген-опосредованный иммунный ответ [113]. В то же время алюминий способствует обострению целого ряда аутоиммуных заболеваний в пожилом и старческом возрасте. Считается, что соединения алюминия проникают при контактном воздействии через кожу и оказывают системное воздействие на иммунную систему, не вызывая развития контактного дерматита [114]. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОКСИЧНОСТИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙВыявление широкого спектра биохимических изменений под действием соединений алюминия стимулировало экспериментальные исследования по токсичности его соединений [115]. Изучалось как острое, так и хроническое действие. При изучении острой токсичности алюминия растворимые соли данного металла вводили животным в желудок [116]. В эксперименте использовали белых крыс, соли вводили в количестве 0,25 ЛД50. Среднеэффективная летальная доза при введении в желудок составила для Al2(SО4)3 и АlСl3 980 мг/кг, а для Al(NO3)3 — 204 мг/кг [117]. При остром отравлении у животных наблюдали следующие симптомы: возбуждение, нарушение дыхания, судороги, также отмечалось снижение содержания гликогена в печени, гипергликемия, увеличение активности альдолазы в сыворотке крови [118]. У крыс под воздействием соединений алюминия увеличивается активность ксантиноксидазы и изменяется антиоксидантный статус животных [119]. Экспериментальное хроническое отравление лабораторных животных (белых крыс) моделировали вдыханием пыли алюминия (18 тыс. частиц в 1 мл) 44 часа в неделю в течение 6 недель. У экспериментальных животных, подвергнутых такому воздействию, выявлен легочный фиброз, а также более частые случаи пневмонии. При вдыхании пыли алюминия и алюминиевой бронзы в течение 20–40 дней по 1–2 часа у кроликов наблюдали интестициальные воспаления легких, скопления клеток, заполненных алюминием. При вдыхании пыли в легких лабораторных животных постоянного образуются эмфиземы. При вдыхании пыли алюминия (80 мг/м3 20 мин в день 4–7 месяцев) у кроликов развивается узелковый и диффузный пневмосклероз и склероз сосудов легких, склероз сосудов печени, увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов [120]. В сходных условиях эксперимента (вдыхание пыли 15, 30, 50 и 100 мг/м3 6 часов в день 12 месяцев) у крыс, морских свинок и хомяков обнаружили в крови значительное повышение уровня липидов [121]. Через месяц после введения в трахею белым крысам 50–100 мг нитрида алюминия у животных увеличивается содержание коллагеновых белков в легких, появляются очаговые утолщения межальвеолярных перегородок, участки эмфиземы, бронхит, а через 6 месяцев — слабовыраженный пневмосклероз, дистрофия клеток печени. При вдыхании аэрозоля, образующегося при сварке алюминия (120–140 мг/м3 3 часа в день 12 месяцев), у крыс утолщаются альвеолярные перегородки, появляются клеточно-пылевые очажки и разрастаются коллагеновые волокна. Дым, образующийся при сгорании электродов (∼109 частиц алюминия в 1 м3 при вдыхании 1–2 мин ежедневно в течение 12 месяцев), вызывает пневмонию. При вдыхании дыма Аl2O3 в концентрации 0,2 мг/л белыми крысами и кроликами в течение 7 месяцев по 5 часов ежедневно бóльшая часть животных погибла от воспаления легких и бронхов, а также отека легких. Пыль глинозема (∼33 г/м3 5 часов в день) сильно повреждает эпителии дыхательных путей крыс. Воздействие пыли синтетического корунда (200 мг/м3 2 часа в день) вызывает в первые 3 месяца разрыхление эпителия верхних дыхательных путей крыс. Через 6 месяцев у экспериментальных животных обнаруживаются повреждения эпителия полости носа, дистрофические изменения хрящевой ткани трахеи; через 8 месяцев — эрозии слизистой оболочки носа и трахеи, некроз хрящевых колец, в легких — проявления диффузного и мелкоочагового склероза [122]. При введении в трахею морских свинок пыли, осевшей у печей для плавки боксита, с размером частичек от ультрамикроскопических до 40 мкм (состав: 6,8% SiO2 — 50% корунда, 9% Fe2О3, 4% ТіO2 и 10–11% других оксидов металлов) в количестве 0,5 мл 5% взвеси 1 раз в неделю в течение года фиброзные изменения в легких не обнаруживались. "Дым", собранный над печами для плавки боксита (размер частиц от сотых долей до 0,5 мкм; 32,3% SiО2 и 56% Аl2O3), при тех же условиях через 2–4 месяца вызывал скопление пылевых клеток в ткани легких и фиброз. Через 8 месяцев фиброз усиливался, через год развивались спайки легких с плеврой, рубцы и разлитой тонкий фиброз легких [123]. Из трех видов пыли (бокситовой руды, известняково-бокситовой шихты и известняково-содового бокситового спека) наиболее токсичным при интрахеальном введении (50 мг) оказался последний — треть крыс при этом погибла в первые часы и дни при явлениях отека легких; у выживших животных и в остальных группах наблюдали медленно развивающийся склероз легких. Длительное вдыхание пыли спека (0,9–91,7 мг/м3 5 часов в день 10 месяцев) вызывает гнойное воспаление слизистой носа, медленно развивающийся склероз легких в участках отложения пыли. Вдыхание пыли спека (смесь бокситов и соды, прокаленная при 1200 ºС) вызывает гнойные воспаления слизистой носа, дыхательного горла, реже — воспалительные изменения в легких [124]. Токсична пыль литейного цеха алюминиевых сплавов: после введения силумина в течение 7 месяцев (введение 50 мг в трахею) снижается рост крыс, резко активируется синтез гиппуровой кислоты. При вскрытии животных обнаруживается дистрофия паренхиматозных органов, нерезко выраженный склероз легких. Агрессивен аэрозоль, образующийся при получении сплавов алюминия с магнием [125]. В опытах на кроликах и крысах показано, что в месте подкожного введения бионеорганических комплексов алюминия образуется отек. Воспалительные процессы могут быть сопряжены с усилением оксидативного стресса [126] и интенсификацией продукции внутриклеточных окислительных агентов [127]. Можно говорить об алюминий-индуцированном оксидативном стрессе, хотя имеются данные и об антиоксидантной активности алюминия. Установлено, что при введении растворов солей алюминия в мозг кроликов и кошек в их нейронах образуются "узелки", или клубки, подобные тем, которые наблюдаются у человека при тяжелой форме старческого слабоумия — болезни Альцгеймера [51,97]. В опытах на кроликах показано, что нейротоксичность алюминия обусловлена активацией каспазы-32 в нейронах [128]. Некоторые исследователи рекомендуют использовать различные химические вещества для понижения содержания алюминия в мозге. Этими веществами являются дезфероксамин и соединения фтора [129]. Показано, что распределение алюминия в организме изменяется под влиянием повышенного поступления иона фтора. В частности, если крысам давать фтор в течение 540 дней, то у них уменьшается содержание алюминия в костях [130]. Недавно выявлено влияние алюминия на половую сферу, в частности, имеются данные, свидетельствующие об угнетении сперматогенеза при интоксикации алюминием у крыс [131]. В опытах на крысах показано проникновение алюминия через плацентарный барьер и попадание в организм детенышей через материнское молоко [132]. ТОКСИКОКИНЕТИКА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ОРГАНИЗМЕЗначительное внимание уделяется вопросам кинетики всасывания и выведения алюминия. Установлено, что всасывание солей алюминия из желудочно-кишечного тракта незначительно, что может быть связано со способностью алюминия образовывать в кишечнике нерастворимые соединения с фосфором [133]. В желудочно-кишечном тракте человека всасывается 2–4% поступившего алюминия, причем лучше усваиваются растворимые соли, такие как АlСl3 [134]. При длительном введении солей алюминия собакам некоторое накопление происходило только в печени. У здоровых людей примерно 90% алюминия, поступающего из желудочно-кишечного тракта в кровь, быстро выводится почками и в меньшей степени с желчью. При парентеральном введении алюминий минует защитный барьер кишечника и откладывается в различных тканях, прежде всего в костях, печени, селезенке и почках, а также в головном мозге и других отделах нервной системы. При внутримышечном или внутрибрюшинном введении растворимых неорганических солей алюминия в небольших дозах поступление в кровь происходит медленно, в течение нескольких дней. У рабочих, занятых на погрузке глинозема, содержание алюминия в крови до работы составляло 42,8 мкг % после работы — 206,6 мкг % (в контрольной группе 5,1 мкг %) [135]. Хотя выделение алюминия происходит в основном через кишечник, у лиц, длительное время работающих с соединениями алюминия, обнаружено в моче 0,62 мг % (в норме 0,2 мг %). При образовании в кровеносных сосудах плохо растворимых коллоидных частиц соединений алюминия они удаляются из кровяного русла путем фагоцитоза. ОСОБЕННОСТИ НАРУШЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ РАБОТНИКОВ,
|