Тяжелый металл кадмий вообще представляет собой один из самых опасных токсикантов среды (например, он значительно токсичнее свинца). В природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах — именно поэтому его отравляющее действие было выявлено лишь недавно. Дело в том, что только в 2...3 последних десятилетия он стал находить все большее техническое применение. Он содержится в мазуте и дизельном топливе (и освобождается при его сжигании!), его используют в качестве присадки к сплавам, при нанесении гальванических покрытий (кадмирование неблагородных металлов), для получения кадмиевых пигментов, нужных при производстве лаков, эмалей и керамики, в качестве стабилизатора для пластмасс (например, поливинилхлорида) в электрических батареях и т.д. В результате всего этого, а также при сжигании кадмийсодержащих пластмассовых отходов кадмий может попадать в воздух. По данным Хясянена (Häsänen), в Балтийское море ежегодно поступает 200 тонн кадмия, в том числе 45% — из воздуха. А во всем мире, судя по имеющимся сведениям, в окружающую среду ежегодно выбрасывается примерно 5000 тонн.
Кадмий опасен в любой форме — принятая внутрь доза в 30...40 мг уже может оказаться смертельной. Поэтому даже питье лимонада из сосудов, материал которых содержит кадмий, чревато опасностью. Из-за того что однажды поглощенное количество кадмия выводится из человеческого организма очень медленно (0,1% в сутки), легко может происходить хроническое отравление. Самые ранние симптомы его — поражение почек и нервной системы, белок в моче, нарушение функций половых органов; позднее возникают острые костные боли в спине и ногах. Типично также нарушение функции легких. Кроме того, предполагается канцерогенное действие кадмия.
В организме кадмий в первую очередь накапливается в почках, и после достижения пороговой концентрации — около 0,2 мг Cd на 1 г веса почек — появляются симптомы тяжелого отравления и почти неизлечимого заболевания. Кстати, население ФРГ испытывает столь большую кадмиевую нагрузку, что ведомство по охране окружающей среды насчитывает там от 10 000 до 100 000 лиц, страдающих нарушениями почечной функции.
Отложение кадмия в почках вначале не вызывает сколько-нибудь заметных клинических симптомов заболевания. Лишь после превышения концентрации 0,2 мг на 1 г почечной ткани появляются тяжелые симптомы (такие, как одышка, наличие белка в моче, малокровие и почечная недостаточность). Кроме того, кадмий оказывает выраженное токсическое воздействие на половые железы (прежде всего на семенники).
Кадмий почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает различными путями в пищевые цепи человека и животных. Чаще всего причиной повышенного содержания кадмия в пище бывают промышленные газообразные выбросы. Известные до сих пор данные о максимальной аккумуляции кадмия в пищевых продуктах относятся к свиным почкам, где находили до 2 мг/кг Cd. Все (без исключения) исследованные яйца серых куропаток и фазанов из Верхнего Эльзаса содержали кадмий (а значительно больше половины яиц — еще и ртуть). Двустворчатые моллюски могут аккумулировать кадмий, повышая его концентрацию в миллион раз по сравнению с его содержанием в морской воде.
Однако больше всего кадмия мы получаем с растительной пищей. Дело в том, что кадмий чрезвычайно легко переходит из почвы в растения: последние поглощают до 70% кадмия из почвы и лишь 30% — из воздуха. Особенно большую опасность представляют в этом отношении грибы, которые часто могут накапливать кадмий в исключительно высоких концентрациях. Так, например, в луговых шампиньонах было найдено до 6 мг/кг Cd (вообще же в шампиньонах находили до 170 мг/кг). Луговые шампиньоны аккумулируют главным образом кадмий, а наряду с этим также свинец и ртуть; у других видов грибов дело может обстоять иначе: например, пестрый гриб-зонтик накапливает в первую очередь Pb и Hg и в сравнительно меньших количествах — Cd. Поэтому федеральное ведомство по вопросам здравоохранения ФРГ уже рекомендовало употреблять в пищу меньше дикорастущих грибов (а также меньше свиных и говяжьих почек). В то время как степень загрязнения продовольственных продуктов свинцом и ртутью значительно ниже международных норм допустимой нагрузки, загрязнение кадмием, согласно произведенным до сих пор (еще неполным) оценкам, близко к соответствующим предельным уровням.
В Японии цинковый рудник загрязнил кадмием реку Дзинцу, и тамошняя питьевая вода стала содержать кадмий; кроме того, речной водой орошали рисовые поля и плантации сои. Спустя 15...30 лет более 150 человек умерло от хронического отравления кадмием, сопровождавшегося атрофией костей всего скелета; этот случай вошел в историю эндемических отравлений тяжелыми металлами под названием «болезнь итаи-итаи». В США случаи заболевания итаи-итаи имели место в связи с потреблением сахарного горошка, который содержал большие количества кадмия. С тех пор в Японии всех, кто так или иначе подвергается подобной опасности, систематически обследуют на содержание кадмия в организме. Фармацевтическое предприятие «Pharmacia» в городе Фрейбурге недавно разработало метод, позволяющий сравнительно просто определять содержание кадмия в моче при:помощи так называемого бета-2-микроглобулина.
Количество кадмия, попадающее в организм человека, зависит не только от потребления им кадмийсодержащих пищевых продуктов, но и в большой степени от качества его диеты. В частности, даже весьма незначительная недостаточность железа может заметно усилить аккумуляцию кадмия. Поэтому женщины, которые в результате менструаций регулярно теряют вместе с кровью железо, более подвержены отравлению кадмием, чем мужчины. Особой опасности подвергаются беременные, у которых потребность в железе еще выше из-за того, что плод накапливает в своей печени запасы железа, необходимые ему для первых месяцев жизни после рождения. Поэтому, старательно восполняя убыль железа, женщины могут осуществлять по меньшей мере относительную профилактику. Вообще достаточное количество железа в крови, по-видимому, тормозит аккумуляцию кадмия. Кроме того, теперь мы знаем, что большие дозы витамина D действуют как противоядие при отравлении кадмием.
Кадмий накапливается также в волосах, где его можно обнаружить. При патологоанатомическом исследовании человеческих трупов было найдено, что содержание кадмия в почках в последние 50 лет неуклонно возрастало. Самые высокие концентрации встречаются у жителей больших городов и промышленных районов с большой плотностью населения. Подсчитано, что в США и Японии уже 5% населения находится под серьезной угрозой, так как концентрация кадмия у этих пяти процентов уже почти достигла установленного критического уровня.
Так называемые «кадмиевые скандалы» в ФРГ, имевшие место в 70-х годах, происходили из-за того, что кадмийсодержащий ил (однажды это был ил, вычерпанный из русла реки Неккар и бесплатно отданный фермерам «для улучшения почвы», в другой раз — ил из городских очистных сооружений) в течение многих лет в качестве средства, улучшающего почву, вывозился на сельскохозяйственные угодья. Это привело в конце концов к такому сильному загрязнению кадмием возделываемых пищевых и кормовых растений (сахарной свеклы, клубневого сельдерея, картофеля), что в 1979 году власти вынуждены были официально запретить там какие бы то ни было посадки. В районе Среднего Неккара эта мера была распространена на 30 га пахотной земли. В случае загрязненного ила со дна Неккара речь идет о кадмии, большая часть которого со сточными водами одного предприятия в Безигхейме, производящего пигменты, попадала в реку Энц, а оттуда в Неккар.
Что же касается ила из очистных сооружений Мюнхена, то в этом случае имеются различные источники кадмия (в том числе и предприятия, производящие поливинилхлорид, где кадмий используют в качестве катализатора).
В месте впадения Энца в Неккар у рыб по сравнению с рыбами из Неккара в районе Гейдельберга максимальное повышение концентрации кадмия было 50-кратным; а для печени рыб получались еще большие величины. Опасность отравления угрожала прежде всего плотве (Rutilus rutilus). Эта рыба частично питается илом, и если он содержит кадмий, то она получает его с пищей в большом количестве.
Повсюду, где шлам из городских очистных сооружений, куда наряду с канализационными стоками спускают также и стоки промышленных предприятий, используется для улучшения свойств почвы, существует опасность, что опять может вспыхнуть такой же скандал из-за кадмия. В ФРГ в шламах из очистных установок находили до 275 мг/кг кадмия (в среднем 70 мг/кг). В других странах кое-где встречались величины до 1500 мг/кг. Ввиду этих случаев с кадмием теперь уже нельзя без соответствующих оговорок согласиться с широка распространенным мнением, что шлам из очистных установок после пребывания в течение 3...4 недель в бродильной камере и последующей сушки может служить ценным удобрением. Поэтому в ФРГ в целях охраны окружающей среды планируется постановление, которое должно будет гарантировать, что шлам из очистных сооружений с недопустимой концентрацией кадмия (и других тяжелых металлов) впредь уже не будет использоваться в сельском хозяйстве.
Между тем почва, загрязненная кадмием, вновь была свезена с полей (в какую круглую сумму это обошлось!), так что теперь, видимо, можно вновь использовать в пищу урожай, собираемый на этих землях; кроме того, благодаря другим мероприятиям уже с 1980 г. снова можно было без опасений есть рыбу из Неккара и Энца. Высокое содержание кадмия, которое в 1973 г. заставляло предостерегать от потребления рыбы, снизилось настолько, что теперь уже нет оснований возражать против употребления ее в пищу. Я, однако, счел бы весьма рискованным заключить из этого факта, что больше нет никакой причины для беспокойства, так как все как будто уже улажено!
Рот и Оберлендер (Roth, Oberländer) исследовали снижение урожайности при раздельном и совместном воздействии кадмия и цинка на молодые растения пшеницы. На черноземе почти не отмечалось каких-либо изменений. На буроземе максимальный дефицит урожая составлял 89% от контрольного уровня. Сульфат кадмия и сульфат цинка, взятые по отдельности, тоже снижали урожай, но при совместном их добавлении эффект значительно усиливался. Таким образом, речь идет о явлении синергизма повреждающих воздействий кадмия и цинка при их одновременном присутствии. Такого рода наблюдения делают сомнительной правильность установления границ толерантности для отдельных вредных веществ в смеси без учета их возможного синергизма.
Источники загрязнения окружающей нас среды кадмием весьма многообразны — например, кадмий попадает в воздух при сжигании каменного угля. Каждая тонна каменного угля содержит в среднем 2 г кадмия (в нефти его намного меньше). В последние 10...20 лет уменьшение потребления каменного угля (за счет использования нефти) уже заметно способствовало снижению загрязненности воздуха кадмием. Правда, если теперь снова возрастет применение каменного угля, то из-за большой примеси кадмия следовало бы не прямо сжигать уголь, а, например, использовать в качестве топлива жидкие продукты его сухой перегонки.
В настоящее время очень важным источником загрязнений обширных территорий среды кадмием служат также фосфатные удобрения, с которыми в почву — а следовательно, и в пищевые продукты — всегда попадает некоторое количество кадмия. Речь идет об удобрениях, которые содержат лишь следы кадмия. Это означает, что загрязнение растений, связанное с данным источником кадмия, настолько мало, что определяемые остаточные количества должны лежать намного ниже предела, установленного ВОЗ.
Согласно данным Научно-исследовательского института продуктов питания в Вене — Дёблинге, общее загрязнение пищи свинцом и ртутью в среднем на душу населения заметно ниже предельных норм ВОЗ, тогда как в случае кадмия оно, составляя 2 мг, точно им соответствует. Около 40% этого кадмия приходится на черный хлеб. Видимо, нужно признать, что не свинец и не ртуть, а именно кадмий является самым опасным тяжелым металлом, особенно в связи с тем, что он «через почву и корни растений легко попадает в пищевые цепи». Поэтому Оберлендер (Oberländer) (из Федерального научно-исследовательского института сельскохозяйственной химии в Вене) считает необходимым следить за миграцией кадмия в цепи почва — растение — животное, чаще проводя контрольные анализы (и значительно активнее изучать механизмы этой миграции).
У курильщиков в организме тоже в среднем больше кадмия, чем у некурящих. В одной сигарете содержится приблизительно 2 нг кадмия. Если взять тех, кто выкуривает 28 сигарет в день, то окажется, что у них содержание кадмия в почках и печени почти удвоено по сравнению с некурящими. Подобные исследования стали возможны после того, как с помощью метода нейтронной активации научились определять содержание кадмия у живых людей.