Гигиенические параметры токсикантов (хром). Хром в растениях

Хром (Chromium) | 36i6.info

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. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

Действие хрома и его роль в организме

Хром в организме человека задействован во многих сферах и имеет очень важную роль, однако основная его задача заключается в поддержке нормального баланса сахара в сыворотке крови. Это происходит за счет усиления процесса обмена углеводов путем облегчения транспортировки глюкозы внутрь клетки. Данное явление носит название глюкотолерантный фактор (ГТФ). Минерал раздражает рецепторы клетки по отношению к инсулину, который легче вступает с ней в взаимодействие, при этом уменьшается его потребность для организма. Поэтому микроэлемент так жизненно важен для диабетиков, особенно со II типом болезни (инсулин-независимым), так как их способность пополнять запасы хрома с пищей очень мала. Даже, если человек не болен диабетом, но у него присутствуют проблемы с обменом веществ, то он автоматически попадает в категорию риска и его состояние расценивается как диабетоподобное.Выходит, что положительное действие хрома проявляется во всех недугах, связанных со слабым взаимодействием организма с инсулином. Такими болезнями являются гипергликемия (гипогликемия), ожирение, гастриты, колиты, язвы, болезнь Крона, болезнь Миньера, рассеянный склероз, мигрени, эпилепсия, инсульт, гипертония.Хром участвует в синтезе нуклеиновых кислот и тем самым поддерживает целостность структуры РНК и ДНК, которые несут информацию о генах и отвечают за наследственность.Если у человека проявляется йододефицит и восполнить его нет возможности — хром может его заменить, что очень важно для нормального функционирования щитовидной железы, которая в свою очередь отвечает за правильный обмен веществ.Хром снижает риск развития многих сердечнососудистых заболеваний. Как он действует? Микроэлемент принимает участие в метаболизме липидов. Он расщепляет вредный холестерин низкой плотности, который забивает сосуды, тем самым препятствуя нормальной циркуляции крови. При этом повышается содержание холестерина, который выполняет положительные функции в организме.Повышая степень содержания стероидного гормона, минерал укрепляет кости. В связи с этим полезным свойством ним лечат остеопороз. Хром в сочетании с витамином С участвует в процессе регулирования внутриглазного давления и стимулирует транспортировку глюкозы к кристаллику глаза . Эти свойства позволяют использовать данное химическое вещество в лечебных процессах против глаукомы и катаракты.Цинк, железо и ванадий оказывают отрицательное воздействие на попадание хрома в тело человека. Для своей транспортировки в крови он образует связь с белковым соединением трансферрином, который, в случае конкуренции хрома с вышеперечисленными элементами, выберет последнего. Поэтому в организме человека с переизбытком железа, всегда присутствует дефицит хрома, что может ухудшить состояние при диабете.Основная его часть содержится в органах и тканях, а в крови – в десятки раз меньше. Поэтому, если в организме происходит пересыщение глюкозой, то количество макроэлемента в крови резко увеличивается за счет его передислокации из органов-накопителей.

Суточная норма

Физиологическая потребность в минерале обусловлена возрастом и полом человека. В раннем грудном возрасте эта потребность отсутствует, так как у младенцев он накопился еще до рождения и расходуется до 1 года. Далее, для малышей в возрасте 1-2 лет эта норма составляет 11 мкг в сутки . С 3 до 11 лет — это 15 мкг/сутки. В среднем возрасте (11-14 лет) потребность увеличивается до 25 мкг/сутки, а в подростковом (14-18 лет) — до 35 мкг/сутки. Что же касается взрослого человека, тут уж отметка достигает 50 мкг/сутки.В норме содержание хрома в организме должно быть около 6 мг. Но даже если придерживаться правильного питания, достижение нормы очень затруднительно. Только в органических соединениях идет усваивание микроэлементов , а способствуют этому процессу аминокислоты, которые находятся только в растениях. Поэтому лучшие источники этого минерала находятся в пище, в натуральных продуктах.Если доза составляет более 200 мг, то он становится токсичен, а 3 г — смертельны.

Недостаток или дефицит хрома

Есть несколько причин возникновения недостатка минерала в организме. Из-за внедрения в почву определенных удобрений она пересыщена щелочными соединениями, что уменьшает содержание элемента в нашем рационе питания. Но даже если поступление этого минерала с продуктами полноценно, усвоение хрома будет затруднено при нарушенном обмене веществ. Также недостаток может возникнуть и по причине тяжелых физических нагрузок, в состоянии беременности, стрессовых состояниях — в случаях, когда минерал активно расходуется и необходимы дополнительные источники для его пополнения.При нехватке микроэлемента глюкоза усваивается неэффективно, поэтому ее содержание может быть занижено (гипогликемия) или завышено (гипергликемия). Повышается уровень холестерина и сахара в крови. Это приводит к повышенной тяге к сладкому — организм требует углеводов и не только «сладких». Чрезмерное употребление углеводов ведет к еще более значительной потере хрома — замкнутый круг. В конце концов, возникают такие болезни, как избыточный вес (в случае гипогликемии — резкое похудение), сахарный диабет, атеросклероз.Также при недостатке хрома можно наблюдать такие последствия (симптомы):

нарушение сна, беспокойные состояния;
головные боли;
задержка роста;
нарушение зрения;
снижение чувствительности ног и рук;
нарушается работа нервно-мышечных комплексов;

снижается репродуктивная функция у мужского пола;
наблюдается чрезмерная утомляемость.

При дефиците хрома, если нет возможности пополнить его запасы с приемами пищи, необходимо добавлять в свой рацион биодобавки, но перед употреблением нужно провести консультации с доктором о дозах и способах приема.

Избыток хрома — в чем его вред?

В основном переизбыток хрома в органах и тканях происходит из-за отравления на предприятиях, в технологический процесс которых входит наличие хрома и его пыли. Люди, которые работают на вредных производствах и контактируют с этим элементом, болеют раком дыхательных путей в десятки раз чаще, так как хром воздействует на хромосомы и соответственно на структуру клеток. Соединения хрома также присутствуют в шлаках и медной пыли, что проводит к астматическим болезням.Дополнительная опасность переизбытка микроэлемента может появиться при неправильном приеме биодобавок без рекомендации врача. Если у человека наблюдается дефицит цинка или железа, то вместо них всасывается чрезмерное количество хрома.Помимо вышеперечисленных недугов, избыто хрома может быть вреден еще и тем, что могут появиться язвы на слизистых оболочках, аллергии, экземы и дерматиты, нервные расстройства.

В каких пищевых источниках содержится?

Из каких пищевых продуктов можно пополнить запас хрома? Самый ценный продукт в этом случае — это пивные дрожжи, причем можно употреблять и пиво , но в разумных пределах без вреда для здоровья .Также богаты на этот микроэлемент печень, орехи , морепродукты , проросшие зерна пшеницы, арахисовое масло, перловка, ячмень, говядина , яйца , сыр , грибы , хлеб из муки грубого помола. Из овощей выделяют капуста , репчатый лук , редис, бобовые, зеленый горошек , помидоры , кукуруза , ревень, свекла, а из фруктов и ягод — это рябина, яблоки , голубика, виноград , черника, облепиха. Заваривая чайки из лекарственных растений (сушеницы, мелиссы ), можно тоже подзарядиться хромом.Бедны на этот микроэлемент высокоочищенные продукты: сахар, макароны, мука тонкого помола, кукурузные хлопья, молоко, масло, маргарин.Вообще, пища с большим содержанием жиров всегда беднее на микроэлементы, чем пища с пониженным их содержанием. И еще, в продуктах хром сохранится лучше, если приготовлены они были в посуде из нержавеющей стали.

Показания к применению препаратов хрома

Хром (препараты с хромом) назначают как для профилактики, так и для лечения внутренних болезней:

нарушение обмена веществ: сахарный диабет, ожирение;
заболевания кишечника;
болезни печени и сопутствующих ей органов;
сердечно сосудистая патология;
воспалительные процессы в мочевыводящих путях и заболевания почек;
аллергические состояния, сопровождающиеся дисбактериозом;
различные формы иммунодефицита.

Также хром назначается в соответствии со следующими показаниями:

для профилактики болезней сердца и онкологических предрасположенностей;
для защиты от болезни Паркинсона и при депрессии;
как вспомогательное средство при похудении;
для укрепления иммунной системы;
для устранения негативных последствий воздействия окружающей среды;
при состояниях, сопровождающихся повышенным потреблением хрома (беременность, лактация, период роста и полового созревания, тяжелые физические нагрузки).

36i6.info

Гигиенические параметры токсикантов (хром)

Хром содержится во всех природных объектах. В приземном слое воздуха над свободными от воздействия промышленных предприятий областями содержание хрома составляет n*10 нг/м3. В атмосферу хром поступает от естественных источников и в значительных количествах в результате антропогенной деятельности. Основные источники поступления этого элемента в атмосферу – заводы по производству железа, стали и ферросплавов (80 % от общего выброса), а также предприятия, сжигающие уголь и нефть (15%). За счет естественных источников – пыли ветровой эрозии и вулканов – в атмосферу Европы поступает – 34 т. хрома в год.

В незагрязненных озерах и реках концентрация растворенного хрома обычно колеблется в пределах 1–2 мкг/л, а в океане – 0,05–0,5мкг/л. Более высокие количества (5–50 мкг/л) обнаружены в некоторых крупных реках, протекающих через индустриальные районы, и в прибрежных водах морей. Это обычно связано со сбросом в них стоков крупных промышленных предприятий. За счет антропогенных источников установлено повышение уровня содержания хрома и в донных осадках.

В природных водах хром находится в разных формах, при общем содержании хрома в морской воде от 0,89 до 7,40 мкг/л доля трехвалентного, шестивалентного и связанного с органическим веществом хрома составляла соответственно 0,11–0,24, 0,29–0,39 и 0,43–0,59 мкг/л. В водных системах трехвалентный хром способен мигрировать в виде комплексных соединений, в коллоидном состоянии и с механическими взвесями; для шестивалентного хрома характерна миграция в форме анионов, в виде истинных растворов. Миграция хрома в водных системах идет в основном в растворенном виде, что подтверждает и коэффициент водной миграции (равный отношению концентрации элемента в сухом остатке воды и в породе), составляющий 0,24. По вычисленному коэффициенту миграции хром относится к подвижным элементам. Основным источником поступления растворимых форм соединений хрома в океан является водный сток; ежегодно с речным стоком в океан попадает 37 тыс. т. хрома.

В морской воде 10–20 % хрома присутствует в неорганической форме Сr3+, 25–40 % – Сr6+ и 45–65% в органических формах.

Хром в почве обычно содержится в количестве 2–50 мг/кг, а в сильно загрязненных почвах его концентрация может достигать 20000 мг/кг; предельно допустимая концентрация – 100 мг/кг.

По данным А. П. Виноградова и Г. Г. Бергмана (1949), в почвах бывшего СССР в среднем содержится около 1,9*10-2 % хрома. В почвах тундры его содержание колеблется в пределах 5*10-4 –2,З*10-2 %; дерново-подзолистых –2,2*10-3 –2,95*10-2; серых лесных – 2,7*10-3 – 7,6*10-2; черноземах – 1,6*10-2 – 6,3*10-2; красноземах – 1*10-2 – 2,6*10-2; сероземах и каштановых почвах — 1,1*10-2 – 5,7*10-2 %.

Поведение хрома в почвах в значительной степени зависит от его валентного состояния. В пределах Еh и рН, соответствующих почвам, хром может существовать в четырех состояниях: трехвалентных формах в виде Сr3+ и СrO2 - и шестивалентных – СrO42- и Сr2 O72-.

Трехвалентный хром по поведению в почвах и химическим свойствам очень похож на алюминий, особенно по отношению к изменению кислотности среды.

Хром и его соединения поглощаются гумусом и глинистыми минералами с образованием сложных комплексных соединений. Из глинистых минералов наибольшей адсорбирующей способностью катионов трехвалентного катиона хрома обладает монтмориллонит, наименьшей – каолинит. Все остальные минералы располагаются в следующем порядке по возрастанию способности поглощать Сr3+: иллит < дикит < галлуазит < аттапульгит < нонтронит. Наилучшими десорбентами трехвалентного хрома являются катионы алюминия, за ним следуют Мg > Nh5 > К > Nа. До 5% хрома может фиксироваться кварцевым песком из растворов СrСl3 , Сr(SO4 )3 и K2 Сr2 О7. Из органических соединений в комплексообразовании принимают участие аминокислоты, кислоты жирного ряда (двухосновные, оксикислоты), ароматические соединения (полифенолы, галловые кислоты), гетероциклические вещества типа хинолина, гуминовые и фульвокислоты. Исследованиями установлено, что хром образует с гуминовыми кислотами довольно прочные комплексы, более прочные, чем с медью.

На процесс образования комплексов трехвалентного хрома с органическим веществом существенное влияние может оказать известкование и внесение в почву фосфора.

Добавленный в почву или существующий в ней трехвалентный хром может окисляться до шестивалентного. Окисление способствует переходу малоподвижного в почвенных условиях трехвалентного хрома в мобильный, более токсичный Cr6+.

Акцептором электронов может выступать марганец трех и четырех валентный. Необходимо отметить, что окислительную способность проявляет только свежая почва при полевой влажности. Однако в кислых почвах, в которых марганец существует в основном в восстановленной форме, окисления не отмечалось. Не происходит окисления и в почвах обедненных марганцем.

В почвах хром представлен следующими формами его соединении:

1) неподвижный;

2) прочносвязанный в составе первичных и частично вторичных глинистых минералов, с полуторными гидроокислами железа и алюминия;

3) обменносвязанный на поверхности полуторных окислов и глинистых минералов;

4) связанный с органическими компонентами почв;

5) водорастворимые соединения.

Легкорастворимые и обменные формы хрома, появляющиеся спонтанно в результате биологических процессов, воздействия корневой системы, микроорганизмов, наличия в почвенном растворе органических кислот и углекислоты, – эфемерны. Сорбированные, вначале непрочно, ионы хрома образуют химические труднорастворимые соединения (хемосорбированное состояние) и со временем окклюдируются гидроокисями железа, алюминия, прочно фиксируются гумусом.

Наличие хрома в растениях было установлено спектрофотометрически еще в 1900г. Как выяснилось позже, хром относится к важнейшим биогенным элементам и постоянно входит в состав всех без исключения низших и высших растений. Содержание этого элемента в высших растениях изменяется в широких пределах и в значительной степени зависит от их ботанической принадлежности и фазы развития.

Таблица 1 Содержание хрома в растениях, мг/кг сухой массы

Культура	Исследуемая ткань	Содержание
Пшеница	зерно	0,014 – 0,2
Рожь	зерно	0,054
Гречиха	семена	0,03
Сахарная кукуруза	зерно	0,15
Фасоль	бобы	0,15 – 0,27
Капуста	листья	0,0013
Салат-латук	листья	0,008
Лук	луковицы	0,002
Картофель	клубни	0,021
Томат	плоды	0,074
Яблоня	плоды	0,013
Апельсин	плоды	0,029
Люцерна	надземная часть	0,101 – 0,91

Хром концентрируется в вереске (4*10-3 %) и сосне (3*10-3 %). Для остальных видов древесных растений содержания его очень близки – (1-2*10-3 %).

Поступая в растения, хром распределяется по органам неравномерно. В опытах с фасолью максимальное накопление хрома отмечено в корнях, высокое содержание обнаружено в первичных листьях, в каждом последующем листе оно снижалось. Наименьшее количество хрома отмечено в стручках, причем содержание в них более чем на два порядка меньше, чем в первичных листьях. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. В растениях винограда содержание хрома по органам убывало в следующем порядке: листья > лоза > корни > ягоды. При этом отмечено, что в течение вегетационного периода содержание хрома в листьях существенно изменялось: оно сравнительно велико в начале роста побегов, а к концу фазы цветения и в начале формирования ягод – минимальное, затем его количество вновь возрастает, достигая максимума к периоду созревания, и вновь снижалось к зрелости.

Для большинства высших растений хром отнесен к группе слабого накопления и среднего захвата и имеет коэффициент биологического поглощения около 1, а для разнотравья – к группе энергично накапливаемых элементов с коэффициентом 29. Существуют, однако, и растения, устойчивые к высокому содержанию хрома в почвах, встречающиеся исключительно на хромитовых месторождениях. Так, например растения Orimum adfendent распространены исключительно на почвах хромовых месторождений; они способны накапливать в своих органах значительные количества этого элемента и являются индикаторами месторождений хромовых руд. Высокие концентрации хрома в растениях естественных ландшафтов встречаются на серпентинитовых почвах, обогащенных хромом. Замечено, что растительность на почвах серпентинитов подвергается изменению: образуются вириеты — серпентинитовая флора.

У таких растений отмечено не только изменение внешнего вида, но и внутренней структуры. Избыточное содержание металлов в почвах оказывает отрицательное действие на растения: снижается рост, отмечается угнетение, а при больших концентрациях и гибель растений. На основании проведенных вегетационных опытов установлено, что при высоком содержании хрома в почвах отмечается накопление элемента в растениях, при этом отмечается увядание растений, побурение листьев, некроз и хлороз. Физиологические и морфологические изменения растений, обусловленные токсичностью хрома, выражаются наличием желтых листьев с зелеными прожилками. Верхний критический уровень концентрации хрома в растениях, при котором урожай биомассы снижается не менее чем на 10 %, составляет 10 мг/кг. Исследования на культуре риса показали, что урожай риса снижался на 10 % при накоплении хрома в количестве 35–177 мг/кг в листьях и стебле или 30–60 мг/кг в соломе.

Преобладающая часть хрома, содержащегося в растениях, поглощается корневой системой, и определяется в основном содержанием его растворимых соединений в почвах. Несмотря на то, что большинство почв содержат значительные количества этого элемента, его доступность для растений весьма ограничена. Низкие темпы усвоения растениями растворимых форм хрома обусловлены особенностями механизма их поглощения корневой системой. Наиболее доступен для растений Сr6+, который в нормальных почвенных условиях весьма нестабилен. Механизмы поглощения и переноса хрома в растениях во многом сходны с таковыми для железа, хром переносится в растениях в виде анионных комплексов, которые обнаружены в растительных тканях и соке ксилемы. Есть также данные о присутствии триоксилатохромата в листьях растений. При изучении химических форм хрома, в которых он может находиться в растениях, установлено, что в люцерне он не присутствует как хромат или дихромат в заметных количествах, не связан также в растительных тканях с протеином, а существует как набор тесно связанных анионных комплексов с молекулярной массой около 2900.

Исследованиями показано, что хром в растения может поступать и через листовую поверхность. Количество поглощенного таким образом хрома может быть значительным. При этом основная часть его остается в листе, а незначительная – транспортируется и в корни.

Изучению содержания хрома в растениях стало уделяться большое внимание после сравнительно недавнего открытия его участия в метаболизме глюкозы в холестерина, свидетельствующего о важности этого элемента для жизнедеятельности человека и животных.

Небольшие концентрации хрома в питательной среде усиливают активность кислой фосфатазы и благоприятно сказываются на метаболизме глюкозы.

Наряду с данными о стимулирующем влиянии хрома на развитие растений, нередко сообщается и о его фитотоксичности. Последнее наиболее характерно для растений, произрастающих на почвах, образовавшихся на ультраосновных породах. Известно о токсичности хрома для овса, растущего на почвах с содержанием этого элемента 634 мг/кг. В самом растении его концентрация составляла 49 мг/кг сухой массы. Отмечены начальные симптомы токсичности хрома для растений при более низких концентрациях в питательной среде (0,5 мг/кг) и в почвенной культуре (60 мг/кг). Но даже такие количества внесенного хрома приводили к снижению содержания почти всех основных питательных элементов (калия, фосфора, железа и магния) в надземной части растений и в корнях. Эти исследователи сообщили также об антагонизме хрома с марганцем, медью и бором, который фиксировался как в почвенной среде, так и в растительных тканях.

Токсичность хрома зависит от степени его окисления и присутствия, доступных для растений хроматов. Например, добавление в среду раствора Сr2 O72- (10-5 н.) снижало интенсивность роста растений примерно на 25 %, а те же концентрации Сr(SO4 )3 не оказывали вредного влияния на рост растений. Симптомы токсичности хрома проявляются в увядании надземной части и повреждении корневой системы растений. Типичным признаком токсикоза является также хлороз молодых листьев.

Хром накапливается в организме животных в количествах от десятичных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления этого элемента огромен – 10000–26000. Хром участвует в обмене липидов, нуклеиновых кислот, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления хрома в организм животных и человека — пища.

По данным ФАО, чаще всего в растительных продуктах содержится 20–50 мкг/кг хрома. Обнаружено в растительных и животных продуктах следующие количества хрома: во фруктах – 0–200 мкг/кг, овощах – 0-360, злаках – 10–520, молоке – 10, мясопродуктах 20–560, в морепродуктах – 10-440 мкг/кг. В нашей стране ПДК хрома в мясе и мясопродуктах составляет 0,5мг/кг.

Недостаток хрома проявляется в угнетении роста, сокращении продолжительности жизни, нарушениях обмена глюкозы, липидов и белка. При низком содержании хрома в рационе наблюдается поражение роговицы, сопровождающиеся выраженным помутнением и гиперемией сосудов радужной оболочки. Снижение содержания хрома в организме приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину. При значительной недостаточности хрома у животных понижается толерантность к глюкозе, развиваются гипергликемия и глюкозурия. Эти нарушения внешне напоминают умеренный сахарный диабет.

Содержание хрома в организме человека составляет 6600 мг, в мягких тканях 1800, в скелете 4800 мг. Баланс хрома для условного человека: поступление с пищей и водой 150 мкг/сут., с воздухом 0,1; экскреция с мочой 70, с калом 80. с потом 1, с волосами и ногтями 0,6 мкг/сут.

Для человека хром не является остро ядовитым элементом. Это связано с высокой устойчивостью природных комплексов хрома в абиотической матрице. Кроме того, свойства хрома как жесткой кислоты сообщают ему большее сродство к донорам кислорода, чем к донорам серы, присутствующим в биомолекулах. Однако Сr6+ более токсичен, чем Сr3+, из-за большей скорости его поглощения в пищеварительном тракте. В природных средах Сr6+ склонен к восстановлению до Сr3+, что снижает токсическую опасность хромсодержащих стоков.

biofile.ru

Хром

СТАЙЛАБ предлагает стандарты хрома и его химических форм для анализа их содержания в продуктах питания методами ИСП и ИСП-МС

Хром – это бело-голубой металл. Большинство его соединений ярко окрашено в оранжевый, красный, желтый, зеленый, серо-зеленый, лиловый и черный цвета. Он придает характерную окраску уваровитам (хромовым гранатам), фукситам, рубинам и некоторым другим минералам. Название «хром» происходит от греческого слова, означающего «краска» или «цвет». Это достаточно распространенный металл, который чаще всего встречается в виде соединений, в том числе, и с другими металлами, например, в виде хромистого железняка и магнохромита.

В XVIII веке на Урале обнаружили красно-оранжевый минерал, состоящий из призматических кристаллов. Он был описан как «сибирский красный свинец» или «красная свинцовая руда» и с 1770-х годов использовался для изготовления красной и желтой краски. Однако в 1797 году во Франции химик Луи Воклен выделил из него новое соединение, из которого годом позже получил чистый металл – хром. В XIX веке его соли применяли в качестве красителей и для дубления кож. В настоящее время, помимо этого, хром добавляют в стали и сплавы для повышения их прочности. Некоторые из сплавов хрома применяют в аэрокосмической промышленности. Этот металл используют для хромирования – формирования на изделиях износостойкого антикоррозионного покрытия. Соединения хрома применяют в качестве катализаторов при производстве углеводородов и для изготовления искусственных рубинов, которые используют в лазерах. Многие соли шестивалентного хрома входят в состав защитных пропиток для древесины.

Трехвалентный хром присутствует как в растениях, так и в организмах животных. Он участвует в обмене белков, углеводов и жиров. В норме дополнительно принимать хром в составе пищевых добавок не требуется, поскольку он присутствует во всех продуктах питания, в питьевой воде и вине, а также способен мигрировать в пищу из посуды. Ранее считалось, что нехватка хрома возникает в результате таких ситуаций, как необходимость в длительном внутривенном питании и выражается в снижении толерантности к глюкозе, потере веса и нарушениях сознания. Однако современные исследования опровергают это утверждение и ставят под сомнение необходимость хрома для живых организмов. В настоящее время в Евросоюзе приняты следующие нормы дневного потребления хрома: до 25 мкг/сутки для женщин и до 35 мкг/сутки для мужчин младше 50 лет. С возрастом потребность в хроме снижается; в период же беременности и лактации – возрастает.

В отличие от трехвалентного хрома, шестивалентный хром и его соединения токсичны, в частности, генотоксичны и канцерогенны. Чаще всего его воздействию подвергаются работники металлургических предприятий и заводов по производству красок. Хромпик – дихромат калия – иногда незаконно добавляют в молоко для его обеззараживания. Его используют в кожевенной промышленности, в качестве окислителя и для консервирования проб молока перед их лабораторным анализом. Раствор хромпика в серной кислоте применяют в лабораториях для очистки стекла от органических соединений. Хромовую кислоту используют для получения чистого хрома, в металлургии, в производстве сверхтвердых материалов, а также керамики и цветного стекла.

Механизм токсичности шестивалентного хрома обусловлен его сильными окислительными свойствами. Попав в организм, он восстанавливается до трехвалентного хрома, в процессе повреждая клеточные структуры, в том числе, ядерную и митохондриальную ДНК. Для отравления шестивалентным хромом характерны гемолиз, а также почечная и печеночная недостаточность. Соли хрома, в том числе, присутствующие в красках для одежды, являются аллергенами. У чувствительных людей контакт с такими тканями, а также цементом, красителями и инструментами, вызывает дерматиты и крапивницу. Аллергия к хрому, как и отравления им, чаще всего встречается у работников соответствующих предприятий.

Повышение использования и производства хрома привело к увеличению содержания соединений этого металла в пресной и морской воде, а также в почве. При этом возможно как преобразование шестивалентного хрома в малотоксичный трехвалентный, так и обратный процесс: окисление трехвалентного хрома до шестивалентного. В средах, бедных органикой, например, в песчаных почвах, шестивалентный хром может сохраняться до нескольких лет. Из почвы хром проникает в растения, причем наибольшие его концентрации при этом отмечали в корнях и проростках. У многих растений, в том числе, водорослей, избыток хрома вызывает нарушения фотосинтеза, снижение продуктивности и гибель. Однако некоторые растения, например, водяная ипомея, или водяной шпинат, накапливают значительные количества хрома в листьях без вреда для собственного организма. Водяную ипомею употребляют в пищу и в качестве кормового растения в Юго-Восточной Азии. Это означает, что таким путем хром может попадать в организм человека и животных, например, свиней.

Хром проявляет экотоксичность. Избыточные его количества опасны для многих водорослей, а также для беспозвоночных, обитающих как в воде, так и в почве. Это его свойство обуславливает необходимость контролировать содержание хрома в окружающей среде. В настоящее время рассматривается возможность использования биосенсоров для анализа экотоксичности хрома.

В Российской Федерации и странах Таможенного Союза максимально допустимые концентрации хрома в пищевых продуктах и воде указаны в ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», «Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требованиях к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» и в других регламентах. Согласно им, содержание хрома в мясных, мясорастительных, рыбных и овощных консервах и в продуктах переработки молока в хромированной таре не должно превышать 0,5 мг/кг, в питьевой воде – 0,05 мг/л (для Cr6+) и 0,5 мг/л (для Cr3+). В странах Евросоюза содержание хрома в пищевых продуктах и других изделиях также регулируют законодательно. С актуальными нормами можно ознакомиться на сайте compact24.com.

Стандарты SPEX CertiPrep для анализа хрома методами ИСП и ИСП-МС изготавливаются в соответствии с ISO 17034:2016 (аккредитация A2LA). Система контроля качества соответствует ISO 9001:2008 (аккредитация UL). Их стабильность и точность концентрации гарантируется производителем.

Литература

John B. Vincent, Kristin R. Di Bona; Sharifa Love; Nicholas R. Rhodes; DeAna McAdory; Sarmistha Halder Sinha; Naomi Kern; Julia Kent; Jessyln Strickland; Austin Wilson; Janis Beaird; James Ramage; Jane F. Rasco. Chromium is not an essential trace element for mammals: effects of a "low-chromium" diet. Journal of Biological Inorganic Chemistry. March 2011, 16 (3): 381–390.
M. D., Cohen; Kargacin, B; Klein, CB; Costa, M. Mechanisms of chromium carcinogenicity and toxicity. Critical Reviews in Toxicology. 1993, 23 (3): 255–81.
Yang L, Xia B, Yang X, Ding H, Wu D, Zhang H, Jiang G, Liu J, Zhuang Z. Mitochondrial DNA hypomethylation in chrome plating workers. Toxicol Lett. 2016 Jan 22;243:1-6.
Basketter, David; Horev, L.; Slodovnik, D.; Merimes, S.; Trattner, A.; Ingber, A. (2000). "Investigation of the threshold for allergic reactivity to chromium". Contact Dermatitis. 44 (2): 70–74.
Helena Oliveira, Chromium as an Environmental Pollutant: Insights on Induced Plant Toxicity, Journal of Botany, vol. 2012, Article ID 375843, 8 pages, 2012.
Coelho C, Branco R, Natal-da-Luz T, Sousa JP, Morais PV. Evaluation of bacterial biosensors to determine chromate bioavailability and to assess ecotoxicity of soils. Chemosphere. 2015 Jun;128:62-9.

stylab.ru

Способ выращивания экологически чистых продуктов на загрязненных хромом почвах

Данная работа посвящена изучению механизма накопления ионов хрома в растениях, выращенных на почвах сильно загрязненных этими ионами и поливаемых водой с высоким содержанием ионов хрома (VІ).

О воздействии ионов хрома на человека и животных имеется обширная литература. Хром отнесен к эссенциальным элементам, однако, больше описаны его токсические свойства. [1-3].

В Актюбинской области Западного Казахстана имеются опасные для биосферы региона антропогенные загрязнения соединениями хрома (ІІІ, VІ).

Соединения хрома, как и другие чужеродные соединения, могут поступать в организм человека и животных с водой и пищей например, с овощами. Концентрация того или иного иона в растениях тесно связана с содержанием его в почве. Вместе с тем вопросы воздействия ионов хрома на растения и факторы, влияющие на их накопление, а также механизм проникновения этих ионов в растения освещены в литературе недостаточно.

Вовлечение в миграцию хрома приводит к следующему распределению: 0,5%- в растворимых формах в речной воде, 0,6%- в ионообменных формах в данных отложениях и в почве, 2,7% - в легко извлекаемых оксидах марганца, 28,3%- в органической фракции (связанный с гуминовыми веществами хром), 67,9%- в легко извлекаемых оксидах железа.

Установлено, что в аэробных условиях только первые две формы являются биологически доступными, что составляет приблизительно 1,03-1,05%.[ 3 ].

Имеется и потенциально доступная фракция. Это кислоторастворимая фракция, которая составляет приблизительно 2-11%. [ 3 ]

Данная работа посвящена изучению механизма накопления ионов хрома в растениях, выращенных на почвах сильно загрязненных этими ионами и поливаемых водой с высоким (до 100 пдк) содержанием ионов хрома (VІ). Объектами исследования были образцы почв с полей фермерского хозяйства Актюбинской области «Илекский», овощи, выращенные на полях этого хозяйства (капуста, свекла, перец, помидоры, баклажаны, картофель, арбузы, огурцы) и кроме того лук (перо), выращенный при различных условиях (в питательных растворах с добавлением ионов хрома (ІІІ) и хрома (VІ) и в ящиках с почвами при различном содержании гумуса и фосфатов ), при поливе растворами с различной концентрацией ионов хрома (ІІІ) и хрома (VІ).

Определяли экспериментально: в почве - количественное содержание ионов хрома, марганца, подвижных фосфатов, гумуса и его восстанавливающую способность, в овощах - содержание хрома и марганца.

Содержание хрома в исследованных нами образцах почв превышало средние фоновые величины в 10-20 раз и составляло 198-320 мг/кг. В этих образцах почв отсутствовали растворимые в воде формы хрома, а обнаруживались только кислот растворимые формы (экстракция 0,1н. раствором соляной кислоты). Содержание этой формы составило всего 1,26%.

Однако, как свидетельствуют многочисленные данные литературы и наши анализы, содержание хрома в овощах значительно превышало средние фоновые величины, особенно для картофеля. Из данных литературы, о содержании различных форм хрома, вовлеченных в миграцию, можно вывести следующее математическое соотношение и вычислить соответствующий коэффициент, который мы условно назвали «коэффициентом биологической доступности хрома».

К= а + b + c, где

а= ( водорастворимая форма ) / (хром, связанный с оксидам марганца) b= (ионообменная форма)/ (хром связанный гуминовыми веществами) с= ( кислоторастворимая форма) / (хром, связанный с оксидом железа )

Из данного соотношения видно, что основной переменной величиной, от которой может зависеть биологическая доступность хрома является величина, находящаяся в знаменателе - это хром, связанный с гумусом, так как его содержание подвержено постоянным изменениям. Уменьшение этой величины будет приводить к увеличению числителя и, соответственно, величины коэффициента биологической доступности. Увеличение знаменателя, то есть увеличение гумуса в почве, будет снижать этот коэффициент. Величина предлагаемого коэффициента по литературным данным будет следующей

Исходя из приведенных соотношений, следовало бы ожидать, что поступление ионов хрома в растениях на полях фермерского хозяйства «Илекский» должно было быть маловероятным. Однако, хром экспериментально был обнаружен в овощной продукции этого хозяйства. Следовательно, на поступление ионов хрома в растения оказывают влияние еще и какие-то другие факторы. По нашему мнению, таковыми в данных конкретных условиях являются: поступление ионов хрома(VI) с поливными водами, длительность сохранение ионов хрома (VI) в почве, количество и качество гумуса, наличие ионов марганца, железа, фосфатов, нитратов, частота полива. Анализируемые почвы оказались бедными по содержанию гумуса (до 2%). Еще меньше имеется активного гумуса, то есть гумуса, способного восстанавливать ионы хрома (VI) до ионов хрома (III). Определение активности гумуса- наша разработка.

Расчеты показали, что восстанавливающая способность исследованных почв весьма ограничена (до 1,5 % хрома на 1га).

После достижения максимума связывания, ионы хрома (VI) сохраняются в почве еще длительное время - в течение месяца. Это означает, что от полива до полива ионы хрома (VI) могут сохранятся в почве. Это весьма экологически опасный момент. Наличие свободных ионов хрома(VI), как известно очень сильных окислителей, во-первых, сказывается на восстанавливающей способности гумуса (она снижается), а во-вторых, способствует накоплению ионов хрома в растениях, так как ионы хрома (VI) быстрее проникают через корневую систему растений.

Концентрация хрома в луке, выращенном на питательном растворе, содержащем ионы хрома (VI), составила 0,8+0,56 мг/кг сырой массы. За такое же время в луке выращенном на питательном растворе, содержащем ионы хрома(III), концентрация последних оказалась в 4,1 раза ниже и составила 0,177+0,01 мг/кг.

Выяснилось, что ионы хрома (как трех, так и шестивалентные) оказывают угнетающее действие на развитие корневой системы лука в целом. При этом, более выраженное воздействие оказывали ионы хрома (III). Эти же ионы вызвали появление боковых корневых волосков. По-видимому, шла задержка деления в зоне быстро делящихся инициальных клеток основных корневых волосков. Это повлекло изменения в генетическом аппарате клеток, делящихся медленнее, что проявилось появлением зон новых инициальных клеток, деление которых в свою очередь подавлялось, но стимулировало появление новых инициальных зон и т.д.

Опасные наблюдения вместе можно рассматривать как процесс неконтролируемого деление клеток. Вероятно, это явление можно рассматривать как мутагенный эффект ионов хрома (III) и проявился он в виде приспособительной реакции. О мутагенном действии ионов хрома различной валентности у людей и животных в литературе уже сообщалось [3]. Нами было установлено, что ионы хрома

(VI) в растениях не накапливаются. Накапливаются ионы хрома (III).

В опытах выращивание лука в ящиках с различными почвами было показано, что и на сильно загрязненных почвах можно выращивать экологически чистую продукцию (таблица 1)

$Содержание хрома и марганца (мг\кг сырой массы) в перьях лука$

Из таблицы отчетливо видно, что увеличение количества гумуса и фосфатов приводит к снижению содержания в луке как ионов хрома, так и ионов марганца. По нашему мнению, накопление марганца в растениях обусловлено теми же причинами, что и накопление хрома- низкая концентрация гумуса в почвах в сочетании со слабой восстанавливающей и связывающей способностью такого гумуса.

В опытах № 4и 5 удалось добиться того, что хром в растениях практически не обнаружен.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Грушко, Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах /Я.М.Грушко. - Л.: Химия, 1979.-160 с.
Сарсенов, А.М. Научные основы решения экологических проблем при переработке хромитов и боратов Западного Казахстана /А.М.Сарсенов. - Актобе, 2010. - 248 с.
Бигалиев, А.Б. Генетические эффекты ионов металлов /А.Б.Бигалиев. - Алма- Ата: «Наука», -100с.

articlekz.com