Влияние на организм человека

Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов [4].

Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты. Соединения хрома(VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим. ПДК хрома (VI) в атмосферном воздухе 0,0015 мг/м³. Также малоядовиты соединения низших степеней окисления (но в организме они могут перейти в соединение Cr(VI)). Попадают в кровь, откладываются в печени, почках, эндокринных железах, зубах. ПДК (в пересчете на СrО₃) 0,01 мг/м³, Сг⁶⁺ 0,0015 мг/м³ (атм. воздух).

В медицине отдельные изотопы хрома используют в радиоизотопной диагностике. Пиколинат и аспарагинат хрома применяют в качестве биологически активной добавки к пище, а также как компонент витаминно-минеральных комплексов.

Естественным источником хрома для человека являются растения. Хром содержится во многих овощах, ягодах и фруктах; в некоторых лекарственных растениях (сушеница топяная, гинкго билоба, мелисса); а также в рыбе, креветках, крабах, печени, куриных яйцах, пивных дрожжах и черном перце [4]. В организме человека содержится около 6 мг хрома. Один из биологических эффектов хрома связан с его влиянием на так называемый фактор толерантности к глюкозе, активность которого падает при дефиците хрома и восстанавливается после его добавления. Является составной частью низкомолекулярного комплекса – фактора толерантности к глюкозе (GTF), который облегчает взаимодействие клеточных рецепторов с инсулином, уменьшая, тем самым, потребность в нем организма. Фактор толерантности усиливает действие инсулина во всех метаболических процессах с его участием. Кроме того, хром принимает участие в регуляции обмена холестерина и является активатором некоторых ферментов.

Синдром нарушения толерантности к глюкозе сопутствует сахарному диабету и проявляется в виде гипергликемии и глюкозурии на фоне дефицита хрома. Наблюдается снижение поглощения глюкозы хрусталиком глаза, утилизации глюкозы для липогенеза, повышение выработки CO₂ и снижение синтеза гликогена из глюкозы. Все эти нарушения купируются введением хрома и инсулина. Имеются данные, свидетельствующие о том, что хром потенцирует действие инсулина в периферических клетках.

Хром способен влиять на гомеостаз сывороточного холестерола и предупреждать тенденцию к его росту с увеличением возраста. При дефиците хрома у животных нарушается способность включения аминокислот глицина, серина, метионина и α-амино-изомасляной кислоты в сердечную мышцу. На обмен других аминокислот хром не оказывает эффекта.

При беременности наблюдается существенное снижение концентрации хрома в волосах и моче. Уровень хрома в волосах также понижен у недоношенных детей и при задержке развития. Снижение содержания хрома и усиление его экскреции с мочой отмечено при повышенных физических нагрузках у спортсменов.

В организм соединения хрома поступают с пищей, водой и воздухом. Всасывание хрома происходит преимущественно в тонкой кишке, при этом не усвоенный хром выводится с калом. В тканях органов содержание хрома в десятки раз выше, чем в крови. Наибольшее количество хрома присутствует в печени (0,2 мкг/кг) и почках (0,6 мкг/кг), кишечнике, щитовидной железе, хрящевой и костной ткани, в легких (в случае поступления соединений хрома с воздухом). Усвоенный хром выводится из организма главным образом через почки (80%) и в меньшей степени через легкие, кожу и кишечник (около 19%).

Потребность человеческого организма в хроме составляет 50-200 мкг в сутки. Биоусвояемость хрома из неорганических соединений в желудочно-кишечном тракте невысока, всего 0,5-1%, однако она возрастает до 20-25% при поступлении хрома в виде комплексных соединений (пиколинаты, аспарагинаты). Шестивалентный хром усваивается в 3-5 раз лучше, чем трехвалентный. В легких оседает до 70% поступившего хрома. Дефицит хрома в организме может развиться при недостаточном поступлении этого элемента (20 мкг/день и менее). Порог токсичности хрома составляет 5 мг/день.

Хром – жизненно важный микроэлемент, который является постоянной составной частью клеток всех органов и тканей. Перечислим основные функции хрома в организме:

• хром участвует в регуляции синтеза жиров и обмена углеводов, способствует превращению избыточного количества углеводов в жиры;

• входит в состав низкомолекулярного органического комплекса - фактора толерантности к глюкозе, обеспечивающего поддержание нормального уровня глюкозы в крови;

• вместе с инсулином действует как регулятор уровня сахара в крови, обеспечивает нормальную активность инсулина;

• способствует структурной целостности молекул нуклеиновых кислот;

• участвует в регуляции работы сердечной мышцы и функционировании кровеносных сосудов;

• способствует выведению из организма токсинов, солей тяжелых металлов, радионуклидов.

Токсическая доза для человека: 200 мг.

Летальная доза для человека: более 3,0 г.

Индикаторы элементного статуса хрома.

Оценку содержания хрома в организме проводят по результатам исследований крови, мочи и волос. Среднее содержание хрома в плазме крови составляет 0,1-0,5 мкг/л, в моче 0,1-1,5 мкг/л, в волосах 0,2-2,0 мкг/г. О риске интоксикации хромом свидетельствует повышенная концентрация хрома в моче (до 25-50 мкг/г) и волосах (более 5-15 мкг/г). Определение содержания хрома в плазме и сыворотке крови не представляет интереса с токсикологической точки зрения, поскольку в этих биосубстратах он находится в виде относительно безопасной «трехвалентной фракции». Шестивалентный хром накапливается в клетках, поэтому его определение в эритроцитах имеет значение для диагностики в медицине труда [4].

По сравнению с взрослыми у детей чаще наблюдается повышенное содержание хрома в волосах. У взрослых, как мужчин, так и женщин, отмечается следующая тенденция: чем выше содержание кальция в волосах, тем выше содержание хрома. У детей эта зависимость носить еще более выраженный характер.

Пониженное содержание хрома в волосах обычно наблюдается при ожирении, атеросклерозе, диабете, инфекционных заболеваниях, белковом голодании, стрессовых воздействиях и интенсивных физических нагрузках [14].

Пониженное содержание хрома в организме.

Причины дефицита хрома:

• недостаточное поступление извне;

• нарушение регуляции обмена;

• повышенное расходование (например, беременность);

• усиленное выведение хрома из организма, в условиях повышенного содержания в пище углеводов (избыточное потребление белого хлеба, сладостей, макаронных изделий);

• увеличение выведения хрома с мочой в результате повышенных физических нагрузок.

Основные проявления дефицита хрома:

• утомляемость, беспокойство, бессонница, головные боли;

• невралгии и сниженные чувствительности конечностей;

• нарушение мышечной координации, дрожь в конечностях;

• повышение уровня холестерина триглицеридов в крови;

• увеличение риска развития атеросклероза;

• изменения массы тела (исхудание, ожирение);

• снижение толерантности к глюкозе, особенно у лиц среднего и пожилого возраста;

• изменения уровня глюкозы в крови (гипергликемия, гипогликемия);

• увеличение риска развития сахарного диабета;

• увеличение риска развития ишемической болезни сердца;

• нарушения репродуктивной функции у мужчин.

Хотя хром является жизненно важным элементом, при избыточном поступлении в организм он может стать опасным токсикантом. Соединения хрома токсичны для человека. Шестивалентный хром является канцерогеном I класса опасности. Опухоли легких образуются после длительного (15-20 лет) контакта с повышенными концентрациями хроматов (Cr⁶⁺).

Причины избытка хрома:

• избыточное поступление извне (повышенная концентрация в воздухе, избыточный прием с хромсодержащими биодобавками, усиленное всасывание при недостатке цинка и железа);

• нарушение регуляции обмена хрома.

Основные проявления избытка хрома:

• воспалительные заболевания с тенденцией к изъязвлению слизистых оболочек (перфорация носовой перегородки);

• аллергизирующее действие;

• дерматиты и экземы;

• астматический бронхит, бронхиальная астма;

• астено-невротические расстройства;

• увеличение риска онкологических заболеваний.

Как дефицит, так и избыток хрома в организме способен привести к существенному нарушению здоровья человека.

При недостаточном поступлении хрома в организм необходимо увеличить в рационе количество продуктов с повышенным содержанием хрома. К таким продуктам следует отнести свеклу, редис, картофель, капусту, томаты, вишню, яблоки, сливы, виноград, чернику, говяжью печень, рыбу и яйца [4].

При интоксикации хромом необходимо прекратить его поступление в организм из источника загрязнения и провести симптоматическое лечение. Возможно применение хелатирующей терапии (ДМПС (димеркаптопропансульфонат) с аскорбиновой кислотой) [4]. При контакте с солями хрома рекомендуется мытье в душе с раствором CaNa₂-ЭДТА.

Хром - один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание хрома в растениях - 0,0005% (92-95% хрома накапливается в корнях), у животных - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. Высшие растения не переносят концентрации хрома выше 3-10-4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами.

У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора).

Основной источник поступления хрома в организм животных и человека – пища. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину [4].

Отравления хромом, и его соединениями встречаются при их производстве: в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок. Токсичность соединений хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr(VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III).

Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и так далее; они могут проходить при прекращении контакта с хромом. При длительном контакте с его соединениями развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема.

Пути метаболизма и токсичность хрома зависят от степени окисления. Абсорбция в желудочно-кишечном тракте хрома низка – 0,4-2,5% от общего количества (основной пищевой источник хрома – мясо, цельнозлаковые продукты, зеленая фасоль, брокколи). Cr³⁺ после абсорбции переносится в крови в комплексе с белками в составе b-глобулинов (преимущественно - трансферрином), распределяется в организме диффузно, экскретируется, главным образом, с мочой. Абсорбция хрома в легких зависит от растворимости солей хрома. Для Cr⁶⁺ продемонстрирована возможность поступления через кожу. Чистый металлический хром нетоксичен, Cr⁶⁺ значительно более токсичен, чем Cr³⁺. Хотя соединения Cr³⁺ считаются относительно нетоксичными, но при приеме в высоких дозах даже пиколинат хрома, применяющийся в пищевых добавках, может вызывать поражение печени и почек. Cr⁶⁺ обладает канцерогенными свойствами, его присутствие в парах и пыли в производственных условиях ассоциировано с повышением частоты рака легких, дерматитов, кожных язв.

Прием внутрь может привести к появлению головокружения, болей в области брюшной полости, тошноте, анурии, судорог, шока и комы. Источники хрома – производство стали, пигментов, обработка кожи, защитные растворы для обработки древесины, фотографическое дело, растворы, использующиеся в процессах гальванического и электролизного покрытия, производство цемента. Опасность для здоровья может представлять загрязнение почвы отходами производства красителей и кожевенных предприятий, содержащими Cr⁶⁺.

Хром может присутствовать в качестве контаминации в растворах для парентерального питания. Показано, что уровень хрома в волосах коррелирует с повышением его содержания в сыворотке и моче в условиях профессиональной экспозиции к этому элементу. Сниженный уровень хрома в волосах у пациентов с диабетом показывал корреляцию со снижением уровня хрома в сыворотке крови (содержание хрома в моче пациентов с диабетом повышено) [4].

Вывод. Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Но влияние его на организм достаточно широко.

Заключение

На основании проведенного анализа литературных источников получен полноценный материал по детальному описанию исследуемого элемента. Раскрыты все аспекты касательно элемента хрома, металлического хрома и его соединений. Решены поставленные задачи, а именно:

1) Проведено комплексное исследование физических и химических свойств атома.

2) Раскрыты свойства хрома и хромсодержащих соединений.

3) Описано содержание и распространение его в природе.

4) Описаны способы получения и обработки металла.

5) Современные способы обнаружения хрома в органических и неорганических пробах.

6) Подробно изучено биологическое значение хрома и его роль в организме человека.

Список используемой литературы

1. Азимов А. Строительный материал Вселенной. Вся галактика в таблице Менделеева. М.: «ЗАО Центрполиграф». 2007. 269 с.

2. Васько А.Т., Ковачь С.К., Электрохимия тугоплавких металлов. К.: «Техника». 1983. 160 с.

3. Гемпел К.А., Физические свойства металлов. Перев. с англ. М.: «Мир». 1965. 946 с.

4. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Хром. Современное издание Программы ООН по окружающей среде. Женева. 1990. 168 с.

5. Куликов И.С. Изотопы и свойства элементов. М.: «Металлургия». 1990. 120 с.

6. Куликов И.С. Термическая диссоциация соединений. М.: «Металлургия». 1969. 574 с.

7. Куликов И.С. Термодинамика оксидов. М.: «Металлургия». 1986. 342 с.

8. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т.1: Общая теория. М.: «Мир». 1969. 592 с.

9. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т.3: Химия переходных элементов. М.: «Мир». 1969. 592 с.

10. Плинер Ю. Л., Игнатенко Г. Ф., Лаппо С. И.. Металлургия хрома. М.: «Металлургия». 1965.

11. Приходько Э.В., Металлохимия комплексного легирования, М.: «Металлургия», 1983, 184 с.

12. Реми Г. Курс неорганической химии. Т1. М.: «Мир». 1972. 824 с.

13. Трифонов Д.Н., Трифонов В.Д., Как были открыты химические элементы. М.: «Просвещение». 1980. 224 с.

14. Уильямс Д., Металлы жизни. М.: «Мир», 1975, 240 с.

15. Химия координационных соединений/ред. Бейлар Дж., М.: «ИЛ», 1960.

16. Periodic table of elements/USA NSRDS, Sargent – Welch Scientific Co, Illionois. – 1980.