«Изучение влияния тяжелых металлов на организм человека»

X Всероссийский конкурс учебно-исследовательских
экологических проектов
«Человек на Земле»
Номинация «Экологические проблемы родного края»
Тема работы:
«Изучение влияния тяжелых металлов на
организм человека»
Авторы: Пятаева Иван,
Жарков Андрей
учащиеся 7В класса, МОУ СОШ №25, члены детского экологического
объединения «Ареал».
Руководитель: Пятаева Татьяна Юрьевна, учитель химии
и биологии МОУ СОШ № 25
ТОЛЬЯТТИ
2014-2015
Содержание
1. Введение
стр. 3
2. Обзор литературы
стр. 4
2.1. Тяжелые металлы – загрязнители биосферы
стр. 4
2.2. Влияние кадмия на живые организмы
стр. 4
2.3. Свинцовая интоксикация
стр. 5
2.4. Опасная ртуть
стр. 6
2.5. Источники алюминия и средства защиты
стр. 7
2.6. Курение как фактор экологической опасности
стр. 8
3. Экспериментальная часть
стр. 8
3.1. Объект исследования
стр. 8
3.2. Методы исследования
стр. 8
3.3. Результаты и их обсуждение
стр. 9
4. Выводы
стр. 10
5. Список используемой литературы
стр. 11
6. Приложение
стр. 12
Введение
2
Как известно, для жизни человека необходимы различные элементы. В нашем
организме их очень много. Они называются биогенные элементы. Но есть элементы, не
имеющие никакой ценности для организма. Они являются ядовитыми в любых
количествах. Это тяжелые или токсичные металлы. К этой группе относятся свинец,
кадмий, ртуть, алюминий и другие. Эти металлы могут серьезно нарушать состояние
здоровья человека. В России отсутствует активная просветительская работа по
разъяснению населению степени опасности воздействия тяжелых металлов на живые
организмы. Люди мало знают о вреде тяжелых металлов, и как следует избегать
поступления их в организм. Так как одним из источников свинца является автотранспорт,
мы решили проверить, сколько его выделяется в воздушную среду нашего поселка из
выхлопных газов автомобилей. Одним из источников тяжелых металлов в атмосфере
также является сигаретный дым. Мы решили выявить, сколько школьников ежедневно
подвергается их опасному воздействию.
Цель:
Изучить
влияние тяжелых металлов на организм человека, исследовать степень
загрязнения ими воздушной среды п. Поволжского
Задачи:
1. Изучить пути попадания тяжелых металлов в организм человека и их токсическое
действие.
2. По литературным источникам выявить защитные средства от их действия
3. Определить степень загрязнения тяжелыми металлами, попадающими в атмосферу из
выхлопных газов автомобилей, воздушной среды поселка Поволжского.
4. Определить % учащихся школы № 25, подвергающихся влиянию сигаретного дыма.
2. Обзор литературы.
3
2.1. Тяжелые металлы – загрязнители биосферы.
Тяжелые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая
пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как двуокись
углерода и серы, в прогнозе же они должны стать самыми опасными, более опасными, чем
отходы АЭС и твердые отходы. Загрязнение тяжелыми металлами связано с их широким
использованием в промышленном производстве, со слабыми
системами очистки, в
результате чего тяжелые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву и
воду, загрязняя и отравляя их. Основными источниками загрязнения атмосферного
воздуха являются тепловая энергетика, промышленные предприятия и автомобильный
транспорт, причем в городских условиях именно автотранспорт служит наиболее мощным
загрязнителем. В выхлопных газах двигателей содержится более 200 химических
соединений и элементов. В среднем за год одна автомашина выбрасывает в воздух 200 кг
диоксида углерода, 60 кг оксидов азота. 40 кг углеводородов, 3 кг металлической и
резиновой пыли, 2 кг диоксида серы и 0,5 кг свинца. Загрязнителями атмосферы среди
тяжелых металлов являются свинец, кадмий, ртуть, медь, цинк, хром, кобальт, никель и
другие. Самыми опасными считаются свинец, ртуть и кадмий /1/. Количество свинца в
воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения и может достигать
4-12 мг/ м в день. В России
30% заболеваний горожан непосредственно связано с
загрязненностью воздуха выхлопными газами.
Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за
которыми обязательны во всех средах.
2.2. Влияние кадмия на живые организмы.
Химический символ кадмия Cd курильщикам можно читать как аббревиатуру от
англ. Сапсег disease – раковое заболевание. Рак легких – вероятный результат длительного
воздействия аэрозоля оксида кадмия, поступающего в альвеолы с табачным дымом. Более
четверти кончин онкологических больных происходит от рака легких. Среди заболевших
80-90% курильщики /5/.
Кадмий – бомба замедленного действия. В окружающую среду рассеивается вместе с
суперфосфатом и фунгицидами. Он - спутник широко применяемого цинка и всегда
присутствует в изделиях, содержащих цинк. В воздух Сd поступает из общих со свинцом
источников – сжигание ископаемых топлив на ТЭС, с газовыми выбросами предприятий,
производящих Сd. Оседание Сd – аэрозолей на почвы дополняется внесением сd в почву
сельских угодий с минеральными удобрениями. В организме Сd обнаруживают во всех
тканях и органах, но больше всего в почках и печени. В атмосферу кадмий попадает при
4
сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в составе красителей. В организме
человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь «итайитай». Это искривление и деформация костей, сопровождающиеся сильными болями,
необычайная хрупкость и ломкость костей. Кадмий повышает кровяное давление и
обладает канцерогенными свойствами. В
содержится около 50 мг Сd.
организме человека среднего возраста
В течение жизни его содержание в почках может
увеличиваться в 100 – 1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят
курильщики. Курение приводит к нарушению функций почек, болезням легких и костей.
К несчастью, растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Одна сигарета
содержит 1,2 – 2,5 мкг кадмия, в организм с ней попадает 0,1 – 0,2 мкг Увеличение
концентрации тяжелых металлов в окружающей среде увеличивает число мутаций,
передающихся по наследству. Мутанты подвержены порокам физического и умственного
развития. Если проследить за мутацией рыб /они живут около 3 лет/, станет очевидно, что
у многих из них, в загрязненных водоемах нарушается генофонд. Это телескопические
потери
плавников,
чешуи,
нижней
челюсти
и
другие
уродства.
Средняя
продолжительность жизни человека - 60 лет. Поэтому уже сегодня нужно резко ставить
вопрос об экологических проблемах /2/.
2.3. Свинцовая интоксикация.
В настоящее время свинец занимает первое место среди причин
промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных
отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие, добывающие
свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при
пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий,
этилированного бензина, свинцовых красок и др. Загрязнение свинцом атмосферного
воздуха, почвы и воды в окрестности таких производств, а также вблизи крупных
автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего, а
этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых
металлов /3/. Случаи хронической свинцовой интоксикации зафиксированы в 14 отраслях
промышленности России. Ведущими являются электротехническая промышленность
(производство аккумуляторов), приборостроение, полиграфия и цветная металлургия, в
них интоксикация обусловлена превышением в 20 и более раз предельно допустимой
концентрации (ПДК) свинца в воздухе рабочей зоны. Значительным источником свинца
являются автомобильные выхлопные газы, так как половина России все еще использует
5
этилированный бензин. Однако металлургические заводы, в частности медеплавильные,
остаются главным источником загрязнений окружающей среды
Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние здоровья
людей. Воздействие свинца нарушает женскую и мужскую репродуктивную систему. Для
женщин беременных и детородного возраста повышенные уровни свинца в крови
представляют особую опасность, так как под действием свинца нарушается менструальная
функция, чаще бывают преждевременные роды, выкидыши и смерть плода вследствие
проникновения свинца через плацентарный барьер у новорожденных детей высока
смертность. Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей – он действует
на развитие мозга и нервной системы. Проведенное тестирование 165 красноуральских
детей от 4 лет выявило существенную задержку психического развития у 75,7%, а у 6,8%
обследованных детей обнаружена умственная отсталость, включая олигофрению. Дети
дошкольного возраста наиболее восприимчивы к вредному воздействию свинца,
поскольку их нервная система в стадии формирования. Даже при низких дозах свинцовое
отравление вызывает снижение интеллектуального развития, внимания и умения
сосредоточиться, отставание в чтении, ведет к развитию агрессивности, гиперактивности
и другим проблемам в поведении ребенка. Эти отклонения в развитии могут носить
длительный характер и быть необратимыми. Низкий вес при рождении, отставание в
росте и потеря слуха также являются результатом свинцового отравления. Высокие дозы
интоксикации ведут к умственной отсталости, вызывают кому, конвульсии и смерть.
Анализ распределения сбросов свинца в водные объекты на территории России
показывает, что по этому виду нагрузки лидируют Ленинградская, Ярославская,
Пермская, Самарская, Пензенская и Орловская области /2/.
2.4.
Опасная ртуть.
О токсичности соединений ртути, в частности сулемы, было известно
очень давно. Сама же ртуть не обладает выраженными токсичными свойствами.
В
прошлом жидкую ртуть использовали для лечения заворота кишок. Известен
медицинский случай нечаянного попадания жидкой ртути в кровяное русло, без
выраженных последствий. Пары ртути губительно действуют на организм, поражая
нервную систему. Хроническое поражение происходит уже при содержании ртути в сотых
долях мг/ м.
Попадая в воду, ртуть, казалась, должна оставаться неизменной. По этой причине
сбрасывание жидкой ртути в воду не рассматривалось, прежде всего, как экологическое
преступление.
Затем,
однако,
выяснилось,
что
существуют
микроорганизмы,
6
способствующие переводу ртути в диметилртуть. Освободить атмосферу, воду и почву от
загрязнения ртутью не удается. В организм человека она поступает в наибольшей степени
с морепродуктами. /3/.
2.5.
Источники алюминия и средства защиты.
Алюминий – наиболее распространенный металл, входящий в состав различных
минералов. Соответственно высоко содержание алюминия в различных объектах
окружающей среды: в почвах, в воздухе городов, в водоисточниках. А в живых
организмах алюминий не выполняет какой-либо физиологической функции. Из-за его
распространенности, входит в состав живого вещества. Общее количество такого
включенного в клеточные организмы алюминия составляет 5 млрд. т. Больше всего
алюминия в бактериях и наземных растениях. Острая токсичность алюминия не велика.
Первые данные о токсичности алюминия получены в 70-х гг XX. Поступающие в
организм с водой и пищей ионы алюминия в форме нерастворимого фосфата выводятся с
фекалиями, а частично всасываются в желудочно-кишечном тракте в кровь и выводятся
почками. Если же деятельность почек нарушена, происходит накапливание алюминия,
сопровождающееся ростом хрупкости костей, нарушением метаболизма кальция, магния,
фосфора, фтора и развитием различных форм анемии. Обнаружены и более грозные
проявления токсичности алюминия: нарушения речи, провалы памяти, нарушение
ориентации, помутнение рассудка, конвульсией, а порой и гибель пациентов с почечной
недостаточностью, проходивших лечение на аппаратах гемодиализа. Все эти симптомы
мозгового заболевания, называемого «диализная энцефалопатия», исчезли, когда
используемую при гемодиализе воду стали предварительно очищать от ионов алюминия.
Саму же очистку от ионов алюминия предприняли, поскольку в мозговых клетках
погибших было обнаружено высокое содержание этих ионов. Аналогичные симптомы
наблюдались у лабораторных животных при обогащении их пищи соединениями
алюминия.
Эта новая напасть проявляется в развитых странах и поражает пожилых
людей.
Токсичность алюминия явилась « ударом в спину » для человечества. Будучи
третьим, по распространенности, элементом земной коры и обладая ценными качествами,
металлический алюминий нашел широчайшее применение в технике, и в быту.
Обогащение ионами алюминия питьевой воды начинается на водоочистных станциях при
обработке ее сульфатом алюминия. Не следует злоупотреблять содержащими гидроксид
алюминия лекарствами. Как буферную добавку вводят гидроксид алюминия в некоторые
7
препараты аспирина и губную помаду. Среди пищевых материалов наивысшей
концентрацией алюминия выделяется, увы, чай./5/
2.6. Курение как фактор экологической опасности
Эксперты Всемирной Организации Здравоохранения подсчитали, что из каждых
двух взрослых, курящих с подросткового возраста, один будет убит табаком. У второго же
сильно сократится продолжительность жизни, возможно, на 20-25 лет. Скорее всего, это
произойдет вследствие заболеваний сердечно-сосудистой системы. Смертельная доза
никотина для взрослых содержится в 20 сигаретах, выкуренных одна за другой; для
подростка она составляет 10 сигарет. Известно, что 90% онкологических заболеваний
связано с курением: вместе с дымом в организм попадает формальдегит, бензол и другие
высокотоксичные вещества – канцерогены. Основными компонентами табачного дыма
(по В.В. Худолею и И.В. Мизгиреву) из твердой фазы одной сигареты являются никотин
(1800мкг), свинец (0,24мкг), алюминий (0,22мкг), кадмий (0,12мкг), никель (0,08мкг),
железо (0,042мкг), ртуть (0,0014мкг) и другие.
За последние десятилетия ученые выяснили, что у людей не курящих стали
обнаруживаться болезни, присущие курильщикам. Причина? Некурящие люди длительное
время находились в помещении с курильщиками. При курении в организм человека
проникает 20-25% ядовитых веществ, а 50% вместе с выдыхаемым дымом поступает в
воздух. А им дышат окружающие. Получается, что не курящие «курят». Появился даже
специальный термин «пассивное курение»/6/.
3. Экспериментальная часть
3.1. Объект исследования
Объектом исследования являются транспортные потоки у здания младшей школы п.
Поволжского; учащиеся 6- 8 классов МОУ сш № 25.
3.2. Методы исследования
Для подсчета количества выбросов вредных веществ в атмосферу от автотранспорта
изучили поток автотранспорта у здания младшей школы. Наблюдения вели в двух точках:
1- на улице Олимпийской и на пересечении улиц 60 лет СССР и Полевой. Определяли
число единиц автотранспорта, проходившего по участкам в течение 20 мин. Длину пути
приняли за 1 км.. Измерения были проведены утром (7.30), когда учащиеся идут в школу
и (12.00), когда заканчиваются уроки.
Измерения провели 4 раза. При обработке
8
результатов использовали расчетный метод: определили общий путь, пройденный
автомобилями, количество топлива разного вида, сжигаемого при этом двигателями и
объем выбросов (см. Приложение).
Для
выявления процента курильщиков и «пассивных курильщиков» провели
анкетирование учащихся 6-8 классов. Анкета представлена в приложении.
3.3. Результаты и их обсуждение
Результаты исследования по выявлению количества вредных веществ в воздушной
среде в результате работы автотранспорта представлены в учетной таблице № 1. В
таблицу внесены средние значения.
Таб. 1 -Учетная таблица
Тип автотранспорта
Кол-во (шт)
Кол-во (шт)
Общий путь
за 20 мин
за час
за 1 час, (км)
Легковые автомобили
41
123
123
Автобусы
4
12
12
3
9
9
Дизельные
грузовые
автомобили
По формуле (см. Приложение) высчитали расход различных видов топлива. Результаты
приведены в таблице 2.
Табл.2- Расход топлива
Тип автотранспорта
Кол-во
автомобилей
Сожженное топливо (л)
Бензин
Дизельное топливо
(шт) за час
Легковые автомобили
123
Автобусы
12
Дизельные
15,99
1,56
грузовые 9
1,17
автомобили
Всего
15.99
2,73
Учитывая расход топлива и данные коэффициентов (см. Приложение), определяющих
выброс вредных веществ от автотранспорта, определили их общий объем (Табл. 3).
Сравнивая полученные результаты со среднесуточными предельно допустимыми
концентрациями
в населенных пунктах, выяснили, что наличие вредных веществ в
9
поселке Поволжском находится в пределах допустимой концентрации /7/ Предельно
допустимая концентрация (среднесуточная) свинца и его соединений составляет 0,0003
мг/куб.м.
Табл. 3 - Объем выбросов.
Вид топлива
Расход
Количество вредных веществ, л
топлива, л
Угарный газ
Углеводороды
Диоксид
Свинец
азота
(мг)
0,000145
Бензин
15.99
9,594
1,599
0,64
Дизельное
2,73
0,273
0,0819
0,298
18,72
9,867
1,6809
0,938
топливо
Всего
Результаты анкетирования
На вопросы анкеты ответили 82 ученика МОУ сш № 25. Анкетирование показало,
что 14,6% (12 человек) курят. «Пассивными курильщиками» являются 51 человек, что
составляет 62%. Это происходит в основном дома, на улице и других общественных
местах (например, в газелях).
4. Выводы.
1. Тяжелые металлы являются опасными для организма человека. Самыми токсичными
являются свинец, кадмий, ртуть.
2. Попадают тяжелые металлы в окружающую среду из различных источников (выбросы
транспорта, удобрения, сигаретный дым, сгорание топлива, промышленные отходы,
лекарства, мази, краски, кухонная посуда и др.)
3. Основным источником заражения людей являются продукты питания, сигаретный дым,
вода и различные выбросы в атмосферу.
4. Защитными средствами являются:

Хорошее питание

Употребление витаминов и минеральных веществ

Соблюдение здорового образа жизни.
5. Воздушная среда поселка Поволжского загрязнена слабо. Наличие вредных веществ
находится в пределах допустимой концентрации.
6. Из учащихся школы № 25 г.о. Тольятти «пассивными курильщиками» являются 62%.
10
Список используемой литературы.
1.Зверев А.Т. Экология. 10-11 кл. Учебник для общеобразовательных учреждений- М.:
ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004. -256 с.: ил.
2. file: //A:\Физиологическое действие тяжелых металлов на организм человека.htm.
3. Винокурова Н.Ф., Трушин В.В. Глобальная экология.- М.: Просвещение, 1998. – 270 с.
4. ГубареваЛ.И. Экология человека: практикум.- М.: Гуманитар. изд. Центр ВЛАДОС,
2005. – 112с.
5. Тяглова Е.В. Исследовательская деятельность учащихся по химии.- М.: Глобус, 2007. –
224с.
6. Реферат на тему «Табакокурение и алкоголизм». Автор Шевчишин Михаил, ученик 11А
класса МОУ СОШ № 83, 2006г.
7. Алексеев С. В., Груздева Н.В., Гущина Э.В. Экологический практикум школьника:
Справочное пособие. – Самара: Издательство «Учебная литература», 2006.- 80 с.
11
Приложение
ИСТОЧНИКИ КАДМИЯ

Дым сигарет

Промышленное загрязнение воздуха

Плодородный слой почвы

Металлургия

Удобрения

Дым из печных труб

Обработанные зерна злаков
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Подавление антител

Нарушение метаболизма кальция

Шелушение кожи

Поражение почек

Сердечные заболевания

Выпадение волос

Гипертония

Потеря цинка организмом
ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА

Витамин С и другие антиоксиданты

Различные сорта капусты

Пищевые волокна

Селен

Кальций

Цинк
ИСТОЧНИКИ СВИНЦА

Выбросы авиационных двигателей

Инсектициды

Масляные краски на свинцовой

Трубы из свинца или со свинцовым
основе
покрытием

Автомобильные аккумуляторы

Процесс получения свинца из руды

Удобрения из костной муки

Автомобильное топливо с

Пыль и частицы от красок на
повышенным содержанием свинца
свинцовой основе
(выхлопные газы)

Керамические покрытия на фарфоре

Овощи, выращенные вблизи
автомагистрали


Дым сигарет
Припои
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Спастические боли в области живота

Нарушение роста и развития
новорожденных

Анемия

Влияние на синтез
витамина D
12

Артрит

Поражение почек

Повышенная возбудимость

Поражение печени

Перенапряжение

Психологические заболевания

Влияние на синтез гемоглобина

Потеря аппетита

Нарушение детородной функции у

Неврологические нарушения
женщин

Общая слабость
Параличи

Ослабление иммунитета

ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА

Витамины группы В

Витамин С

Кальций

Магний, цинк

Пектиновые соединения

Альгинат натрия

Витамин D

Различные сорта капусты
ИСТОЧНИКИ РТУТИ

Химические удобрения

Мази

Загрязненные виды крупных рыб

Некоторые косметические средства

Пломбы из амальгамы
(особенно кремы для смягчения
кожи)

Пестициды

Лекарства

Взрывчатые вещества

Фунгициды

Фотопленки

Пластмассы

Промышленные отходы

Водоэмульсионные краски
ПОТЕНЦИАЛЬНЫК ЭФФЕКТЫ

Разнообразные аллергические

Поражение почек
реакции

Депрессивные состояния

Артрит

Неврологические нарушения,

Потеря веса
приводящие к эпилепсии, инсульту и

Врожденные дефекты
обширному склерозу

Нарушения мозговой деятельности

Ослабление иммунной системы

Нарушение структуры

Вредное воздействие на развитие
соединительной ткани локтевого и
плода
коленного суставов

Ухудшение зрения, катаракта,

Уменьшение количества лейкоцитов
слепота
13
ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА

Пищевые волокна

Хорошее питание

Различные сорта капусты

Селен
ИСТОЧНИКИ АЛЮМИНИЯ

Банки из алюминия

Кухонная посуда

Дезодоранты, губная помада

Алюминиевая фольга

Антиокислитель

Питьевая вода, чай

Прессовочные
с

Противни и сковородки.
Постоянное употребление столовой

Солонина

Некоторые сорта сыра.
порошки
алюмосульфатом натрия

соли

Стабилизированный аспирин
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Анемия

Низкий уровень кальция

Нарушение

функций
щитовидной
Колит

Агрессивность подростков

Неврологические изменения

Диализное слабоумие

Головные боли
железы

Изменения
в
клетках
мозга
и
нервной системы

Повышенная возбудимость у детей
Табл.4.Нормы расхода топлива
Тип автотранспорта
Средние нормы расхода
Удельный расход топлива (л
топлива (л на 100 км)
на 1 км)
Легковые автомобили
11-13
0,11-0,13
Автобусы
41-44
0,41-0,44
Дизельные грузовые
31-34
0,31-0,34
автомобили
14
Расчет общего пути, пройденного выявленным количеством автомобилей каждого типа за
1 час (L, км):
L= N*l,
где N- количество автомобилей каждого типа, проходящих за 1 час;
l – длина участка, км.
Расчет количества топлива ( Q, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями машин:
Q=L*V
Значения V взять из табл.4.
Коэффициенты выброса
Вид топлива
Значение коэффициента
Угарный газ
Углеводороды
Диоксид азота
Бензин
0,6
0,1
0,04
Дизельное топливо
0,1
0,03
0,04
Анкета
Уважаемые респонденты! Просим Вас честно ответить на наши вопросы для сбора
достоверной информации.
1. Курите ли Вы? Если да, то, как часто в день.
2. Приходится ли вам бывать в компании курильщиков? Если да, то, как
часто в день?
3. Где вы являетесь «пассивными курильщиками»?
А- в школе
Б- дома
В – на улице
Г – в других общественных местах?
15
16