Тяжелые металлы: токсичность и влияние на здоровье человека

Тяжелые металлы — природные компоненты земной коры и устойчивые загрязнители окружающей среды. Воздействие тяжелых металлов на человека происходит различными путями: при вдыхании частиц воздуха и пыли, употреблении загрязненной воды или почвы, а также через пищевую цепь. Их биоаккумуляция может приводить к разнообразным токсическим эффектам, поражающим различные ткани и системы органов. Токсичность тяжелых металлов зависит от свойств конкретного металла, дозы, пути и продолжительности воздействия (острого или хронического), а также степени биоаккумуляции. Негативное влияние тяжелых металлов на здоровье человека в значительной степени связано с их способностью нарушать работу антиоксидантных систем, главным образом взаимодействуя с внутриклеточным глутатионом (GSH) или сульфгидрильными группами (R-SH) антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (SOD), каталаза, глутатионпероксидаза (GPx), глутатионредуктаза (GR) и другие ферментные системы. Считается, что мышьяк (As) непосредственно связывается с критически важными тиольными группами, однако предполагаются и альтернативные процессы образования перекиси водорода. Известно, что тяжелые металлы нарушают сигнальные пути и влияют на различные клеточные процессы, включая рост, пролиферацию, выживание и метаболизм клеток, а также апоптоз. Например, кадмий может воздействовать на семейство белков BLC-2, участвующих в митохондриальном пути клеточной гибели, за счет гиперэкспрессии антиапоптотического белка Bcl-2 и подавления проапоптотических механизмов с участием BAX и BAK, тем самым повышая устойчивость различных клеток к злокачественной трансформации. Ядерный фактор эритроидного происхождения 2, подобный фактору 2 (Nrf2), — важный регулятор антиоксидантных ферментов, уровня окислительного стресса и устойчивости клеток к окислителям; показано, что при окислительном стрессе, вызванном мышьяком, он может действовать двояко. Еще один механизм, лежащий в основе значительного вреда для здоровья и токсичности тяжелых металлов, например свинца (Pb), связан с замещением эссенциальных металлов, таких как кальций (Ca), медь (Cu) и железо (Fe), структурно сходными тяжелыми металлами, например кадмием (Cd) и свинцом (Pb), в местах связывания металлов в белках. Вытесненные эссенциальные редокс-активные металлы — медь, железо и марганец — могут катализировать разложение перекиси водорода посредством реакции Фентона и генерировать повреждающие активные формы кислорода, такие как гидроксильные радикалы, вызывая повреждение липидов, белков и ДНК. В то же время некоторые тяжелые металлы, например кадмий, могут подавлять синтез радикала оксида азота (NO), что проявляется нарушением вазорелаксации и, как следствие, регуляции артериального давления. Показано, что окислительный стресс, индуцированный свинцом, косвенно приводит к истощению оксида азота вследствие его взаимодействия с супероксид-радикалом (O), в результате чего образуется сильный биологический окислитель — пероксинитрит (ONOO). В этом обзоре подробно рассматриваются механизмы токсичности тяжелых металлов и их влияние на здоровье. Обсуждается роль алюминия (Al), кадмия (Cd), мышьяка (As), ртути (Hg), свинца (Pb) и хрома (Cr) в развитии заболеваний желудочно-кишечного тракта, легких, почек, репродуктивной системы, нейродегенеративных заболеваний (болезней Альцгеймера и Паркинсона), сердечно-сосудистых заболеваний и рака, включая рак почки, легкого, кожи и желудка. Кратко рассматривается детоксикация тяжелых металлов методом хелатирования с применением хелаторов: этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), димеркапрола (BAL), 2,3-димеркаптосукциновой кислоты (DMSA), 2,3-димеркапто-1-пропансульфоновой кислоты (DMPS) и пеницилламина.