Введение

Развитие постиндустриального общества, стремительный научно-технический прогресс, рост мировых объёмов промышленного производства наносят существенный экологический урон окружающей среде, который не может не воздействовать на здоровье человека и благополучие его жизнедеятельности. Так, особую опасность представляют загрязнения природных объектов тяжёлыми металлами, среди которых одну из лидирующих позиций по опасности последствий занимает кадмий. Кадмий представляет собой высокотоксичный природный элемент, имеющий способность накапливаться в окружающей среде (почве, растениях, пищевых продуктах и т.д.) и негативно влиять на человеческий организм, способствуя развитию разнообразных заболеваний. Стоит отметить, что в обычных условиях концентрация кадмия в природе минимальна и не представляет угрозы для жизнедеятельности человека и животных. Однако в процессе антропологической деятельности, не соответствующей экологическим и безопасным требованиям, его концентрационное количество существенно увеличивается и становится вредоносным. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в среднем за год производится более 7,73 тонн выбросов кадмия, что является остро стоящей экологической проблемой современности [2]. Кадмий замыкает пятёрку самых токсичных химических веществ, выбросы которых наиболее активно осуществляются в России и мире на данный момент.

В сентябре 2024 года Россельхознадзор опубликовал информацию, согласно которой в рамках проверки качества подсолнечных семечек из 300 тысяч случаев 3,8 тысяч показали несоответствие установленным нормам. Среди самых распространённых нарушений – заражённость вредителями и превышение концентрации кадмия. В список регионов с небезопасной продукцией попали Липецкая, Челябинская, Тамбовская и Орловская области [5]. Именно широкой территорией распространения и повышенным уровнем опасности обусловлена актуальность изучения выбросов кадмия в окружающую среду и их воздействия на организм человека.

Цель исследования – проведение статистического исследования содержания кадмия в почвах, растениях, пищевых продуктах Российской Федерации и Орловской области, в частности, а также выявление особенностей свойств кадмия как эндокринного дизраптора.

Материалы и методы исследования: при подготовке данной работы использовалась информация из специализированной научной литературы, Интернет-источников, периодики; автор обращался к статистическим данным ВОЗ и данным, предоставленным территориальными управлениями Роспотребнадзора по РФ и Орловской области. Следовательно, применялись такие методы, как сбор информации, её анализ и синтез, классификация, обобщение.

Результаты исследования и их обсуждение

Согласно проанализированным статистическим данным, концентрация кадмия на территории РФ неоднородна – его содержание в почвах определяется типом почвы, её географическим расположением, а также уровнем промышленной активности в каждой конкретной местности. Как правило, в дерново-подзолистых почвах, которые занимают 6,5% всей государственной площади и располагаются в западной европейской части России, содержится около 140 мкг/кг кадмия; в чернозёме – около 240 мкг/кг; в западносибирских почвах – около 70 мкг/кг [3]. Данные показатели являются некритичными, но небезопасными, так как любой внешний фактор может поспособствовать изменению этой концентрации, что негативным образом повлияет и на экологическое состояние территории, и на здоровье людей, проживающих на ней. Исследования в области негативного влияния кадмия на окружающую среду проводятся непрерывно, так как отсутствие своевременной реакции на ухудшение ситуации может привести к серьёзным последствиям. Итак, обратимся к Рисунку 1, где представлена динамика массовых долей кадмия по промышленным отраслям в РФ за 2013-2023 гг.

Рис. 1. Динамика массовых долей кадмия по промышленным отраслям в РФ за 2013-2022 гг.

Данная информация демонстрирует, что наибольшему токсичному воздействию кадмия подвержены почвы, расположенные вблизи промышленных предприятий, особенно – чёрной и цветной металлургии. В России наибольшему выбросу кадмия подвержены Красноярский край (Норильск), Челябинская область (Челябинск, Магнитогорск), Красноярский край (Красноярск), Омская область (Омск) и ряд других [3].

Разумеется, попадание тяжёлых металлов в почву влечёт за собой интоксикацию растений, которые произрастают на данной территории, а также загрязнение воды. Использование заражённого сырья для производства пищевых продуктов становится причиной отравления человеческого организма и развития в нём разнообразных патологий. При этом стоит отметить, что кадмий способен попадать в организм не только через желудочно-кишечный тракт, но и через дыхательную систему, поэтому длительное проживание человека на экологически непригодной территории тоже влечёт за собой серьёзные заболевания и общее ухудшение самочувствия.

Стоит отметить, что в сельском хозяйстве кадмий активно используется в составе органических удобрений, что повышает его содержание в почвах и увеличивает негативное влияние на окружающую среду. Так, в Таблице 1 отражено содержание кадмия в органических удобрениях, обнаруженных в различных районах Орловской области с 2019 по 2024 гг.

Таблица 1. Максимальное содержание кадмия в органических удобрениях, обнаруженных в различных районах Орловской области с 2019 по 2024 гг.

На основе данной таблицы можно сделать вывод, что содержание кадмия в органических удобрениях значительно изменяется с течением времени, что может быть обусловлено как использованием различных удобрений, так и развитием экологического движения на территории Орловской области. Таким образом, нет единой устойчивой тенденции к увеличению или снижению количества кадмия в составе органических удобрений на территории Орловской области. Самое высокое содержание кадмия было отмечено в Орловском районе в 2022 году и составило 1,640 мг/кг, а также в этом же году в Покровском районе – 2,400 мг/кг. В настоящее время во всех районах Орловской области замечено снижение максимального содержания кадмия в органических удобрениях за весь рассмотренный период. Самые низкие показатели наблюдались в Кромском районе.

В целом, кадмий оказывает многостороннее токсическое воздействие на организм и поражает как отдельные органы, так и целые системы. Среди основных механизмов можно отметить замещение цинка и нарушение транспортировки кальция. В первом случае кадмий повреждает структуру и функциональную сторону ряда молекул, составляющих белки и ферменты, что обусловлено наличием схожих с цинком химических свойств. Результатом данного процесса является нарушение метаболизма и антиоксидантной защиты, которые важны для регулирования роста клеток. Во втором случае кадмий оказывает негативное воздействие на клеточные мембраны, по которым осуществляются перемещения кальция [7, с. 43]. Это провоцирует возникновение внутриклеточного кальциевого гомеостаза. Данная патология предшествует таким процессам, как разрушение костной ткани, нарушение минерализации костей, клеточной сигнализации, а также сократимости мышц.

Патогенез кадмия включает в себя несколько этапов:

1) Поглощение и распределение (на данном этапе кадмий поступает в организм, абсорбируясь в лёгких или ЖКТ, затем происходит его взаимодействие с белком металлотионеином (МТ), как правило, в печени или почках, и уже МТ распространяет кадмий по организму человека);

2) Кумуляция кадмия в органах (второй этап характеризуется накоплением токсичного вещества в органах-мишенях, к которым в случае кадмия относятся лёгкие, печень, почки и кости);

3) Нарушение работы клеточной системы (избыток кадмия в организме провоцирует различные сбои в функционировании клеток, а также повреждает ткани посредством ряда механизмов);

4) Развитие патологий (заключительный этап связан с развитием клинических проявлений избытка кадмия, серьёзность которых напрямую зависит от количества накопившегося токсина и продолжительности его воздействия на организм).

Как уже частично было отмечено, кадмий негативно влияет на целые системы в организме человека. Так, мочевыделительная система наиболее уязвима при воздействии кадмия. Основным заболеванием в данном случае является кадмиевая нефропатия, для которой характерны протеинурия, почечная недостаточность, глюкозурия, аминоацидурия и т.д. Для костной системы кадмий опасен тем, что он нарушает метаболический обмен костной ткани, что приводит к остеомаляции, остеопорозу, болезни «итай-итай», снижению минерализации костей и др. Поражение дыхательной системы сопровождается развитием токсического пневмонита, отёка лёгких (зачастую с летальным исходом), а также раком лёгких. К негативным последствиям для сердечно-сосудистой системы можно отнести гипертензию, атеросклероз и эндотелию сосудов. Также высокая концентрация кадмия способна поражать нервную систему, вызывая неврологические нарушения (например, головные боли, головокружения, трудности с координацией движений, провалы в памяти), иммунную систему, снижая устойчивость организма к инфекционным заболеваниям, эндокринную систему, поражая щитовидную железу, и репродуктивную систему, приводя к преждевременным родам и бесплодию.

В некоторых случаях при симптоматике отравления можно предположить, каким путём произошла интоксикация кадмием. Вдыхание ядовитых паров вызывает сильный кашель, одышку и даже отёк лёгких. Пищевое отравление сопровождается тошнотой, рвотой и диареей, а при хронической интоксикации происходит поражение почек, сердечно-сосудистой системы, остеомаляция, пневмофиброз и т.д. [5].

Стоит отметить, что кадмий как эндокринный дизраптор («разрушитель гормонов») может негативным образом воздействовать на организм через сигареты (табак) и электронные сигареты, вейпы (жидкость для их заправки). При этом происходят изменения в работе эндокринной системы, которые сопровождаются рядом серьёзных нарушений здоровья. Попадает кадмий в организм в процессе курения непосредственно через табак, так как он содержится в табачных листьях, поглощающих его из почвы. Он вдыхается в организм вместе с табачным дымом и поражает первоначально дыхательную систему. Как показывают исследования, в жидкостях для электронных сигарет содержание кадмия ниже, чем в дыме, он не менее опасен для человека. Это связано с тем, что кадмий может попадать в аэрозоль из нагревательных элементов электронной сигареты.

В 2020 году исследовательская компания «Лаборатория» из Минска провела исследования, согласно которым, одна пачка сигарет содержит примерно 2,0 мкг кадмия. При этом от 2 до 10% входит в состав сигаретного дыма. У тех, кто курит регулярно, в лёгких оседает 50% кадмия из расчёта на целую пачку сигарет, а именно – 1 мкг кадмия [6].

В жидкостях для электронных сигарет кадмия гораздо меньше в составе, однако негативные последствия не менее опасны. Так, исследователи отмечают, что в биологических образцах вейперов уровень кадмия выше на 23%, чем у некурящих вейп людей. Важно понимать, что в разных жидкостях содержание кадмия неодинаково, однако среднее значение приближено к 0,7 мкг [6].

Однако справедливо отметить, что превышение уровня кадмия наблюдается также в продуктах питания, которые потребляются людьми без должных опасений. Например, в какао-порошке содержится до 0,5 мкг/кг кадмия, что выше допустимой нормы на 0,3 мкг/кг. Также высокая концентрация токсичного вещества наблюдается в почках животных и рыбе, что составляет 1,0 мкг/кг и 0,2 мкг/кг соответственно [2].

Так, исследователи констатируют, что самыми частыми патологиями, которые могут быть вызваны избытком кадмия в организме являются кадмиевая остеомаляция (болезнь итан-итан), почечная и сердечная недостаточность, рак лёгких, мочекаменная болезнь. В рамках исследования была рассмотрена частота случаев данных заболеваний в России и Орловской области за 2019-2023 гг. [3,4].

Таблица 2. Клинические последствия избытка кадмия в организме в России и Орловской области за 2018-2023 гг.

Продолжение Таблицы 2

Итак, рассмотренные статистические данные показали, что в большинстве случаев наблюдается отрицательная динамика развития заболеваний выделенных групп, причём это прослеживается как на государственном, так и региональном уровне относительно Орловской области. Наибольший прирост был отмечен среди почечной недостаточности, а также мочекаменной болезни, что свидетельствует о рекордной уязвимости данной системы при воздействии кадмия.

Выводы

Таким образом, проведённое исследование показало, что среди тяжёлых металлов одно из самых опасных и разрушительных воздействий имеет кадмий. Его концентрация в природе незначительно, однако в процессе промышленной деятельности происходит существенное загрязнение территорий, природных объектов и воздуха его испарениями и продуктами распада. Попадая в окружающую среду, кадмий проникает в воду, растения, а затем – в продукты питания, что негативным образом сказывается на здоровье человека и вызывает ряд серьёзнейших заболеваний. Среди основных можно выделить почечную недостаточность, развитие рака лёгких, мочекаменную болезнь, патологии костно-мышечной и пищеварительной систем. В связи с этим необходимо увеличить контроль за осуществлением промышленной деятельности и проводить нормконтроль почв и продуктов питания для профилактики заболеваний, вызванных интоксикацией кадмия.