Токсичность парогазовых потоков от техногенного вещества

Abstract

Актуальность Парогазовые потоки от техногенного вещества (складированных отходов горнорудной промышленности), переносящие значительное количество потенциально токсичных элементов, представляют большую проблему для окружающей среды и населения, т. к. металлы и металлоиды в составе эманаций находятся в легкоусвояемой биодоступной форме и способны легко проникать в живые организмы. Цель: оценка токсичности для живых организмов воздушных смесей, содержащих газообразные продукты, выделяемые техногенным веществом, свободно расположенным вблизи населенных пунктов и находящимся под воздействием климатических факторов и микроорганизмов. Объекты: вещество арсенидных отходов комбината Тувакобальт и парогазовые эманации от него. Методы: проведение экспериментов с белыми крысами-самцами линии Вистар, анализ органов на содержание широкого круга элементов методом ИСП-МС на масс-спектрометре NexION 300D (PerkinElmer, США) (Проблемная научно-исследовательская лаборатория гидрогеохимии «Вода» Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета). В эксперименте использовалась объединенная проба вещества отходов. Проба была проанализирована на содержание оксидов силикатной группы методом РФА на рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation, Switzerland) в лаборатории рентгеноспектральных методов анализа Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, элементный анализ проводился методом ИСП-МС на приборе ELAN-9000 DRC-e, Perkin Elmer, USA (ХАЦ «Плазма»). Результаты. При воздействии парогазовых эманаций от вещества арсенидных отходов комбината Тувакобальт на группу крыс-самцов линии Вистар в опытной группе произошли патологические изменения. В легких образовались мелкие очаги кровоизлияний, ткани стали отёчны и воспалены. Печень у всех животных увеличилась, стало резко выражено долевое строение, цвет стал светло-бежевым. В почках обнаружены единичные кровоизлияния. Сосуды мозговых оболочек расширены, наблюдаются петехиальные кровоизлияния. Была нарушена синтетическая функция клеток и стабильность клеточных и внутриклеточных мембран, в первую очередь пострадал эндотелий кровеносных сосудов, было нарушено физиологическое функционирование органов и тканей с накоплением промежуточных продуктов биохимических реакций, определяемое макроскопически. Также определялась дистрофия внутренних органов, в частности печени, лёгких, почек, головного мозга. Элементный анализ органов животных показал накопление токсичных элементов по сравнению с контрольной группой. Наиболее характерные элементы, превышение по которым зафиксировано в большинстве случаев, - это ртуть и мышьяк. Они неравномерно распределялись по органам. Ртуть главным образом накапливалась в легких, почках и печени, а мышьяк - преимущественно в печени и мозге. Это может свидетельствовать о попадании ионов ртути и мышьяка в биологически доступной форме в кровоток ингаляционным путём, причём локальное раздражающее и токсическое воздействие на легкие не было превалирующим, а наиболее повреждённым органом являлась печень по результатам токсикохимического и морфологического исследований. Гомеостаз микро- и макроэлементов тонко отрегулирован, и любой концентрационный дисбаланс в виде дефицита приводит к прогрессирующему снижению и нарушению нормальной биологической функции, к тяжелым физиологическим и клиническим исходам, что и наблюдалось по результатам опыта. Полученные данные доказали острое токсичное воздействие парогазовых потоков на живые организмы, а также подтвердили возможность выноса многих химических элементов в легкодоступной и усвояемой формах.

Relevance. Vapor-gas flows from technogenic substances (storage wastes of the mining industry), carrying a high amount of potentially toxic elements, are a big problem for the environment and the population, because metals and metalloids in the composition of emanations are in easily digestible bioavailable forms and are able to easily penetrate into living organisms. Aim. Assessment of toxicity for living organisms of air mixtures containing gaseous products emitted by a surfaces of mine tailings freely located near settlements and under the influence of climatic factors and microorganisms. Objects. Arsenide waste material from the Tuvacobalt plant and steam-gas emanations from it. Methods. Experiments with white rats male Wistar, analysis of organs for the content of a wide range of elements by ICP-MS on a NexION 300D mass spectrometer (PerkinElmer, USA) (Problem-based research laboratory of hydrogeochemistry "Water" of the School of Natural Resources Engineering of Tomsk Polytechnic University). In the experiment, a pooled sample of the waste substance was used. The sample was analyzed for the content of oxides of the silicate group by XRF using an X-ray fluorescence spectrometer ARL9900-XP (Thermo Electron Corporation, Switzerland) at the Laboratory of X-ray Spectral Analysis Methods of the IGM SB RAS; elemental analysis was carried out by ICP-MS using an ELAN-9000 DRC-e instrument Perkin Elmer, USA (HAC Plasma). Results. Under the influence of vapor-gas emanations from the substance of arsenide tailings of the Tuvacobalt plant on a group of rats male Wistar, pathological changes occurred in the experimental group. Small foci of hemorrhages formed in the lungs, the tissues became edematous and inflamed. The liver of all animals increased, the share structure became sharply expressed, the color became light beige. Single hemorrhages were found in the kidneys. The vessels of the meninges are dilated, petechial hemorrhages are observed. The synthetic function of cells and the stability of cellular and intracellular membranes were disrupted, first of all, the endothelium of blood vessels was affected, the physiological functioning of organs and tissues was disrupted with the accumulation of intermediate products of biochemical reactions, determined macroscopically. Also, dystrophy of internal organs was determined, in particular, the liver, lungs, kidneys, and brain. Elemental analysis of animal organs showed the accumulation of toxic elements in comparison with the control group. The most characteristic elements, the excess of which was recorded in most cases, are mercury and arsenic. They were unevenly distributed throughout the organs. Mercury was accumulated mainly in the lungs, kidneys and liver, while arsenic was accumulated mainly in the liver and brain. This may indicate the entry of mercury and arsenic ions in a biologically available form into the bloodstream by inhalation, and local irritating and toxic effects on the lungs were not prevailing, and the liver was the most damaged organ according to the results of toxicochemical and morphological studies. The homeostasis of micro- and macroelements is finely regulated, and any concentration imbalance in the form of a deficiency leads to a progressive decrease and disruption of normal biological function, to severe physiological and clinical outcomes, which we observed from the results of the experiment. The data obtained proved the acute toxic effect of vapor-gas flows on living organisms, and also confirmed the possibility of the removal of many chemical elements in easily accessible and assimilable forms.