Токсичность хрома относится к любому ядовитому токсическому эффекту в организме или клетке , который возникает в результате воздействия определенных форм хрома — особенно шестивалентного хрома . [1] Шестивалентный хром и его соединения токсичны при вдыхании или проглатывании. Трехвалентный хром — это микроэлемент , необходимый для питания человека. Существует гипотетический риск генотоксичности у людей, если большие количества трехвалентного хрома каким-то образом смогут проникнуть в живые клетки, но нормальный метаболизм и функционирование клеток предотвращают это. [2]
Шестивалентный хром и трехвалентный хром являются ионами хрома — они имеют разное количество электронов и, следовательно, разные свойства. Трехвалентный хром, или хром(III), является формой хрома, которая необходима для здоровья человека. [3] Шестивалентный хром, или хром(VI), является однозначно токсичной формой.
Шестивалентный хром , также называемый хромом (VI), является гемотоксичным , генотоксичным и канцерогенным . [4] Когда шестивалентный хром попадает в кровоток, он повреждает клетки крови, вызывая реакции окисления . Это окислительное повреждение может привести к гемолизу и, в конечном итоге, к почечной и печеночной недостаточности. Пациентов можно лечить с помощью диализа . [5]
Средняя смертельная доза шестивалентного хрома составляет 50–150 мг/кг. [6] Всемирная организация здравоохранения рекомендует максимально допустимую концентрацию хрома (VI) в питьевой воде 0,05 миллиграмма на литр . [7] В Европе использование шестивалентного хрома регулируется Директивой об ограничении использования опасных веществ .
Шестивалентный хром можно найти в некоторых красителях и красках , а также в некоторых продуктах для дубления кожи . Грунтовочная краска, содержащая шестивалентный хром, широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Металлисты (например, сварщики), а также люди с хирургическими имплантатами из кобальт-хромового сплава , также могут подвергаться воздействию шестивалентного хрома. [8] Концентрации хрома в цельной крови, плазме, сыворотке или моче могут измеряться для контроля безопасности у подвергшихся воздействию работников, для подтверждения диагноза у потенциальных жертв отравления или для оказания помощи в судебно-медицинском расследовании в случае смертельной передозировки. [9]
В американском штате Калифорния эпидемия воздействия шестивалентного хрома привела к коллективному иску в 1993 году: Андерсон и др. против Pacific Gas and Electric . Pacific Gas and Electric Company сбросила более 1,4 миллиарда литров (370 миллионов галлонов) сточных вод, загрязненных шестивалентным хромом, в пустыню Мохаве . Это загрязнило грунтовые воды и вызвало широко распространенные заболевания среди жителей Хинкли, Калифорния , небольшого поселения неподалеку. По состоянию на май 2017 года обязательные меры по восстановлению окружающей среды продолжаются. [10]
Хроматы (соли хрома), образованные из шестивалентного хрома, используются для производства кожаных изделий, красок, цемента, раствора, антикоррозионных средств и других вещей. [11] Они канцерогенны и аллергенны. Канцерогенность хроматной пыли была задокументирована с конца 19 века, когда у рабочих компании по производству хроматных красителей была обнаружена высокая заболеваемость раком. [12] [13] Хромат проникает в клетки посредством того же транспортного механизма, который переносит сульфатные и фосфатные ионы в клетки.
Контакт с продуктами, содержащими хроматы, может привести к аллергическому контактному дерматиту и раздражающему дерматиту, что приводит к изъязвлению кожи — состоянию, которое иногда называют хромовыми язвами . У рабочих, которые подвергались воздействию сильных хромовых растворов в гальванических, дубильных и хромовых производствах, также могут развиться хромовые язвы. [14] [15] [16]
Шестивалентный хром генотоксичен : он повреждает генетическую информацию в живых клетках, что приводит к мутациям ДНК и, возможно, образованию раковых опухолей . По состоянию на 2021 год механизм генотоксического действия хрома (VI) подразумевает образование активных форм кислорода при его восстановлении до Cr (III), а также взаимодействие между ДНК и промежуточными продуктами Cr (V)/ (IV) в метаболизме Cr (VI). [17] Однако канцерогенный потенциал промежуточных продуктов Cr и механизмы канцерогенности, вызванной Cr, еще предстоит определить.
Потенциальная генотоксичность хрома(III) была исследована в недавней литературе, и было обнаружено, что in vitro он генерирует гидроксильные радикалы и связывается с ДНК ; однако in vivo генотоксичность Cr(III) не установлена, и токсичность соединений Cr(III) обычно считается по крайней мере в 100 раз ниже, чем токсичность соединений Cr(VI) . [17] Это отчасти связано с тем, что Cr(III) не является анионом и , следовательно, в отличие от анионов Cr(VI), таких как хромат , не может транспортироваться через клеточные мембраны по анионным каналам .
Трехвалентный хром , или хром(III), является важным микроэлементом в рационе человека. [3] В некоторых пищевых добавках хром(III) встречается в виде пиколината хрома(III) (в котором хром связан с пиколиновой кислотой ) или никотината хрома(III) (в котором хром связан с никотиновой кислотой ). Никотиновая кислота также известна как витамин B ниацин .
Хром (III) плохо усваивается в организме человека; большая часть пищевого хрома выводится с мочой. [18] Порог острой пероральной токсичности составляет 1900–3300 мг/кг. [6] У крыс нестероидные противовоспалительные препараты , такие как аспирин и индометацин, могут повышать усвоение хрома. [19]
Обычно клеточные транспортные механизмы у людей и некоторых других животных ограничивают количество хрома(III), которое попадает в клетку. Гипотетически, если бы избыточное количество смогло попасть в клетку, это могло бы привести к повреждению ДНК свободными радикалами . [20]