В написании статьи принимал(а) участие:
Андамова Елена Викторовна
Андамова Елена Викторовна

врач акушер-гинеколог высшей категории, специалист по репродуктологии, клинической гемостазиологии, интегративной и антивозрастной медицине.

Тяжелые металлы в клинической практике: механизмы токсичности и актуальные риски

    Введение в проблему: что такое тяжелые металлы?

    Тяжелые металлы — это элементы с высокой атомной массой плотностью более 4,5 г/см³. Они способные накапливаться в биологических системах и проявлять токсичность даже в следовых количествах. Их патогенное воздействие обусловлено не столько химической активностью, сколько способностью имитировать эссенциальные микроэлементы, нарушать работу ферментов за счет связывания с тиоловыми группами, а также индуцировать оксидативный стресс через генерацию ROS.

    Ключевые агенты и их мишени

    1. Свинец (Pb) — классический нейротоксин, блокирующий δ-аминолевулинат-дегидратазу (гем-синтез) и NMDA-рецепторы. Даже при низких уровнях экспозиции (≥5 мкг/дл у детей) вызывает когнитивный дефицит. Основные источники: старая краска, загрязненная почва, пары свинцового бензина.

    2. Ртуть (Hg) — в форме метилртути (CH₃Hg⁺) проникает через ГЭБ, вызывая повреждение Пуркинье-клеток мозжечка. Источник — крупная рыба (тунец, акула). Элементарная Hg (из амальгам) при хронической ингаляции поражает почки.

    3. Кадмий (Cd) — накапливается в проксимальных канальцах почек (металлотионеин-опосредованно), приводит к развитию синдрома Фанкони. Курение удваивает нагрузку (1 пачка приравнивается к 2 мкг Cd).

    4. Мышьяк (As) — даже "нетоксичные" органические формы при хронической экспозиции провоцируют VEGF-зависимый ангиогенез (рак мочевого пузыря, базальноклеточная карцинома кожи).

    Клинически значимые эффекты

    Cd и Ni ингибируют ДНК-метилтрансферазы, что объясняет отсроченный канцерогенез. Pb снижает продукцию IFN-γ, увеличивая риск вирусных инфекций. Кардиотоксичность проявляется As-ассоциированным удлиненным интервалом QT.

    Тяжелые металлы остаются "тихими" мультиорганными токсинами, требующими от врача внимания к анамнезу (профессия, география, пищевые привычки) и понимания субклинических эффектов.

    Как тяжелые металлы влияют на здоровье человека?

    Воздействие на клетки и ткани

    Тяжелые металлы (ТМ) действуют как молекулярные "диверсанты", нарушая ключевые биохимические процессы не через грубый цитолиз, а за счет тонкого вмешательства в сигнальные пути, структуру белков и геномную стабильность. Их эффекты реализуются на трех уровнях:

    1. Прямое повреждение макромолекул

    • Ингибирование ферментов: тяжелые металлы с высоким сродством к тиольным группам (–SH) (Pb²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺) блокируют активные центры антиоксидантных систем (глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза), нарушают работу митохондриальных комплексов I–IV.

    • Денатурация белков: As³⁺ формирует устойчивые связи с лизиновыми остатками, изменяя конформацию тубулина.

    • Разрывы ДНК: Cr⁶⁺ (хром) в восстановленной форме (Cr³⁺) генерирует гидроксильные радикалы, вызывающие однонитевые разрывы и межнитевые сшивки.

    2. Опосредованные эффекты (оксидативный стресс и воспаление)

    • ROS-каскад: Cd и Hg индуцируют NADPH-оксидазу (NOX4), приводя к пероксинитрит-опосредованной активации NF-κB провоцирует провоспалительный ответ (IL-6, TNF-α). В гепатоцитах это ускоряет фиброгенез через TGF-β.

    • Митохондриальная дисфункция: Pb²⁺ конкурентно замещает Ca²⁺ в матриксе митохондрий, дестабилизируя мембранный потенциал вызывает снижение ATP и усиление апоптоза.

    • Эпигенетические изменения: Ni²⁺ подавляет активность TET-энзимов, приводя к гиперметилированию промоторов супрессоров опухолей (p16, BRCA1).

    3. Органоспецифические поражения

    • Нервная ткань: Hg (особенно метилртуть) избирательно накапливается в астроцитах, нарушая глутаматный транспорт. Pb у детей вызывает демиелинизацию за счет угнетения CNP-азы.

    • Почки: Cd-металлотионеиновые комплексы в проксимальных канальцах провоцируют аутофагическую смерть клеток.

    • Кости: Pb замещает Ca в гидроксиапатите → остеопения + снижение синтеза остеокальцина.

    • Эндотелий: трехвалентный мышьяк активирует VEGF (сосудистый фактор роста), но ингибирует eNOS (эндотелиальная синтаза оксида азота) вызывая отеки и атеросклероз.


    Тяжелые металлы действуют как мультитаргетные токсины, где даже субтоксические дозы запускают каскады с отсроченными последствиями (фиброз, канцерогенез). Диагностика требует не только определения сывороточных уровней, но и оценки функциональных маркеров

    Токсическое воздействие на нервную систему

    Тяжелые металлы нарушают функцию ЦНС и ПНС через прямое цитотоксическое воздействие и опосредованные системные эффекты, приводя к структурным и функциональным изменениям, которые варьируют от субклинических когнитивных дефицитов до тяжелых нейродегенеративных процессов.

    Оксидативный стресс и митохондриальная дисфункция

    • Pb²⁺, Hg²⁺ и Cd²⁺ ингибируют комплекс I и III дыхательной цепи, усиливая генерацию АФК (O₂⁻, H₂O₂). В нейронах это приводит к перекисному окислению липидов (особенно в богатых мембранах аксонов) и фрагментации ДНК через активацию PARP-1 вызывая истощение NAD⁺ и энергетический коллапс.

    • As нарушает глутатионовую систему (связывание с –SH группами GSH и тиоредоксина), снижая антиоксидантную защиту.

    Нарушение синаптической передачи

    • Свинец (Pb) конкурирует с Ca²⁺ за вход через NMDA-рецепторы, подавляя долговременную потенциацию (LTP) в гиппокампе вызывая когнитивный дефицит.

    • Метилртуть (CH₃Hg⁺) блокирует пресинаптические Ca²⁺-каналы (типа P/Q), нарушая выброс глутамата и ГАМК приводя к дисбалансу возбуждения/торможения (тремор, атаксия).

    • Марганец (Mn) накапливается в базальных ганглиях, имитируя дофамин → окислительная деградация нейронов черной субстанции (паркинсонизм).

    Дисфункция глиальных клеток

    • Астроциты: Hg²⁺ подавляет натрий-зависимые транспортеры возбуждающих аминокислот (GLT-1/GLAST), вызывая накопление экстрасинаптического глутамата.

    • Микроглия: Cd²⁺ активирует мембранный рецептор врожденного иммунитета стимулируя выброс провоспалительных цитокинов (IL-6, TNF-α), что вызывает нейровоспаление.

    • Олигодендроциты: Pb²⁺ ингибирует CNP-азу приводя к дефектам миелинизации (особенно у детей).

    Нарушение аксонального транспорта

    • As связывает β-тубулин, дестабилизируя микротрубочки. вызывая замедленный транспорт митохондрий и нейротрофинов (NGF, BDNF).

    • Hg²⁺ нарушает функцию кинезинов за счет окисления цистеиновых остатков, приводя к аксональной дегенерации.

    Как тяжелые металлы влияют на иммунную систему

    Тяжелые металлы оказывают поливалентное воздействие на иммунную систему, модулируя как врожденный, так и адаптивный иммунитет. Их эффекты зависят от дозы, продолжительности экспозиции и коморбидного фона, варьируя от иммуностимуляции до глубокой супрессии.

    Изменение функции макрофагов и нейтрофилов

    • Свинец (Pb²⁺): смещает дифференцировку макрофагов в сторону M2-фенотипа (альтернативная активация) вызывая снижение продукции IL-12 и NO и усиление выброса IL-10. Также подавляет респираторный взрыв нейтрофилов за счет ингибирования NADPH-оксидазы (NOX2).

    • Кадмий (Cd²⁺): активирует NLRP3-инфламмасому в макрофагах, вызывая повышенный выброс IL-1β и IL-18 (патогенез аутоиммунных реакций).

    Дисрегуляция TLR-сигналинга

    • Мышьяк (As): подавляет TLR2-зависимый ответ на грамположительные патогены.

    • Ртуть (Hg²⁺): активирует TLR7/9, стимулируя активность плазмоцитоидных дендритных клеток (pDC).

    Нарушение функции T-клеток

    • Свинец (Pb²⁺): снижает тимический выход T-клеток (атрофия тимуса через подавление FOXN1), вызывает иммуносупрессию.

    • Кадмий (Cd²⁺): стимулирует Th17-ответ, повышая выброс интерлейкинов.

    Дисфункция B-клеток

    • Ртуть (Hg²⁺): активирует B1-клетки, повышая продукцию аутоантител (например, антинуклеарных при СКВ).

    • Мышьяк (As): вызывает гиперметилирование PAX5, провоцируя блок дифференцировки B-клеток в плазмоциты.

    Диагностика отравлений тяжелыми металлами: стратегии, методы и клинические маркеры

    Отравления тяжелыми металлами требуют комплексного подхода, включающего лабораторные, инструментальные и клинические методы. Ключевая задача — не только подтвердить факт интоксикации, но и оценить кумулятивную нагрузку, поскольку многие ТМ депонируются в тканях, а их сывороточные уровни не всегда коррелируют с токсичностью.

    Лабораторная диагностика

    1. Кровь (цельная или сыворотка) – отражает недавнюю экспозицию:

      • Свинец (Pb): более 5 мкг/дл (у детей) и более 35 мкг/дл (у взрослых) – порог токсичности.

      • Ртуть (Hg): элементарная (неорганическая) Hg – кровь (норма менее 10 мкг/л). Метилртуть – предпочтительнее анализ волос (интегральный показатель за 2–6 мес).

      • Кадмий (Cd): анализ крови показывает текущую экспозицию.

      • GSH/GSSG соотношение в эритроцитах – оценка окислительного стресса (актуально для Hg, Cd)

    2. Моча (разовая или суточная) – для оценки экскреции:

      • Pb: уровень более 35 мкг/г креатинина после провокации CaNa₂-EDTA.

      • As: спектральный анализ для дифференциации органических/неорганических форм (токсичен As3/As5).

      • Cd: экскреция более 1 мкг/г креатинина – маркер хронической нагрузки.

    3. Волосы и ногти – историческая реконструкция экспозиции (Hg, As, Pb):

      • Сегментный анализ волос (каждый 1 см ≈ 1 месяц).

      • Артефакты: внешнее загрязнение (требуется ICP-MS с промывкой).


    Инструментальные методы

    • Рентгеновская флуоресценция (XRF) – неинвазивное определение Pb в костях.

    • МРТ головного мозга:

    • Электронейромиография (ЭНМГ): аксональная нейропатия (As, Pb) или демиелинизация (Hg).

    Ранние клинические признаки накопления тяжелых металлов

    Тяжелые металлы редко дебютируют яркой симптоматикой. Их коварство — в неспецифических ранних проявлениях, которые легко списать на астению, авитаминоз или "стресс". Однако именно на этом этапе интоксикация наиболее обратима. 

    1. Свинец (Pb)

    • Снижение когнитивной гибкости – пациент жалуется на "туман в голове", трудности переключения между задачами (раннее поражение префронтальной коры).

    • Легкий тремор пальцев (по типу "игра на пианино") – следствие демиелинизации моторных волокон.

    • Дизестезия ("мурашки" в стопах/кистях) – аксональная нейропатия малых волокон.

    • Микроцитоз без анемии (Hb в норме, MCV 75–80 фл) – Pb блокирует усвоение Fe, но сам не вызывает кровопотерю.

    • "Призрачная" базофильная зернистость – в мазке видны единичные эритроциты с гранулами (требуется иммерсия).

    • Внезапная потеря интереса к играм – не путать с СДВГ: при Pb-интоксикации нет гиперактивности, только апатия.

    2. Ртуть (Hg)

    • Эмоциональная лабильность – беспричинный смех или плач (поражение лимбической системы).

    • Фотофобия (не связанная с мигренью) – из-за токсического повреждения ганглионарных клеток сетчатки.

    • Металлический привкус – появляется раньше, чем стоматит или гиперсаливация.

    • Симптом "застежки" – трудности с мелкими движениями (пуговицы, молнии) при сохранной силе в проксимальных группах.

    • Позиционный тремор – дрожь в пальцах при удержании позы (но не в покое).

    • "Ртутная эритема" – пятнисто-папулезная сыпь на сгибателях (IgE-опосредованная реакция).


    3. Мышьяк (As)

    • "Плавающий стул" (стеаторея) – As ингибирует панкреатическую липазу.

    • Периодическая тошнота без рвоты – особенно по утрам (напоминает гастропарез).

    • Акроцианоз ("синюшные пятна" на стопах) – за счет спазма артериол.

    • Преходящая парестезия пальцев (не путать с синдромом Рейно – нет трехфазного изменения цвета).

    • Симптом "выпадающего предмета" – пациент не замечает, как роняет мелкие вещи (сенсорная нейропатия + проприоцептивный дефицит).

    4. Кадмий (Cd)

    • Никтурия без полиурии – ранний признак тубулярной дисфункции.

    • Боли в пояснице без радикулярного компонента – остеомаляция из-за гиперкальциурии.

    • Искажение запахов (паросмия) – Cd накапливается в обонятельном эпителии.

    5. Марганец (Mn)

    • Навязчивое подпевание – даже незнакомых мелодий (дисфункция хвостатого ядра).

    • Гиперграфия – пациент заполняет все поля анкеты (аналог речевой персеверации).

    • Галакторея у мужчин – Mn подавляет дофамин, вызывая повышение пролактина.

    Лечение отравлений тяжелыми металлами

    Отравления тяжелыми металлами (ТМ) требуют комплексного подхода, включающего прекращение экспозиции, ускорение выведения токсикантов и коррекцию органных повреждений. Стратегия лечения зависит от типа металла, длительности интоксикации и индивидуальных особенностей пациента.


    1. Прекращение экспозиции

    • Профессиональные вредности: перевод на работу без контакта с токсикантами.

    • Бытовые источники: замена водопроводных труб (при свинцовом загрязнении воды), отказ от использования керамики с несертифицированными глазурями (источник Cd).

    • Пищевые пути: исключение рыбы с высоким содержанием Hg (тунец, акула), риса из эндемичных по As регионов.


    2. Хелатная терапия

    Принцип метода заключается в том, что водорастворимые хелаторы образуют комплексы с тяжелыми металлами, ускоряя их выведение через почки.

    • DMSA (сукцимер, димеркаптоянтарная кислота)

    Показания: Pb, Hg, As (особенно эффективен при хронических отравлениях).

    Плюсы: пероральный прием, низкая нефротоксичность.

    • DMPS (димеркаптопропансульфонат, Унитиол)

    Показания: острые отравления Hg, As.


    Особенности: эффективен при почечной недостаточности.

    • CaNa₂-EDTA (ЭДТА кальция-динатрия)

    Показания: острые/хронические отравления Pb (особенно при энцефалопатии).

    Ограничения: нефротоксичность, выводит Zn/Cu → необходим мониторинг электролитов.

    • D-пеницилламин

    Показания: Cu (болезнь Вильсона), редко – Pb/Hg.

    Побочные эффекты: нефротический синдром, миастения.

    • Дефероксамин (при отравлении Fe, Al)

    • Фуллереновые сорбенты (C60): экспериментально показана эффективность при Cd-интоксикации.

    • Наночастицы селена: селективное связывание Hg²⁺ в ЦНС.


    3. Антиоксиданты

    • Альфа-липоевая кислота: восстанавливает глутатион, проникает через ГЭБ защищая нейроны при Hg/Pb-интоксикации.

    • N-ацетилцистеин (NAC): предшественник глутатиона, эффективен при Cd-индуцированном оксидативном стрессе.

    • Витамин E + Селен: синергично снижают перекисное окисление липидов при отравлении As.


    4. Коррекция органных повреждений

    • Неврологические нарушения: L-карнитин – улучшает энергетический метаболизм при Pb-энцефалопатии. Рилузол – при Hg-индуцированной эксайтотоксичности.

    • Почечная дисфункция: ацетилцистеин и гидратация для профилактики тубулярного некроза.

    • Гематологические нарушения: эритропоэтин (при Pb-анемии с низким эритропоэтином).


    Лечение отравлений тяжелыми металлами – это многоэтапный процесс, где хелатотерапия играет ключевую, но не единственную роль. Критически важно сочетать ее с антиоксидантами, симптоматической терапией и длительным мониторингом. 

    При работе с хелаторами важно оценивать риск редистрибуции металлов (например, мобилизация Pb из костей в ЦНС при избыточно агрессивной терапии).

    Профилактика воздействия тяжелых металлов на организм

    Тяжелые металлы (ТМ) представляют кумулятивную угрозу для здоровья, и их эффекты часто проявляются спустя годы после экспозиции. Врачи должны не только лечить интоксикации, но и активно внедрять превентивные меры. Разберем ключевые направления профилактики – от индивидуальных рекомендаций до системных решений.

    Индивидуальная профилактика

    1. Быт и питание. Ограничить: крупную морскую рыбу типа тунца, акулы, королевская макрель из за высокого содержания в ней ртути. Накапливает As коричневый рис, с целью его выведения возможно тщательное промывание и варка в большом объеме воды. Листовые овощи - шпинат, капуста из промышленных районов могут содержать Cd, Pb. Минимизировать риск можно тщательным мытьем в уксусном растворе в концентрации 1:3.

    2. Кухонная утварь - желательно избегать алюминиевой посуды, керамики с яркими глазурями (источник Pb/Cd). Рекомендуется посуда из нержавеющей стали (марка 304/316), чугуна, закаленного стекла.


    3. Вода. Фильтрация через систему обратного осмоса  удаляет Pb, As, Hg (эффективность >95%). Угольные фильтры подходят только для органических загрязнителей и не защищают от ТМ.


    Профессиональные риски

    1. Защита на производстве - респираторы класса P100 для сварщиков, литейщиков с целью фильтрации частиц Pb/Mn. Запрет на еду/курение в рабочей зоне, душ после смены (Cd в пыли).

    2. Медицинский мониторинг: Кровь на Pb – ежегодно для работников аккумуляторных заводов,  моча на Cd – при работе с батареями/пластиками.


    Продукты и нутриенты для детоксикации

    1. Хелатирующие нутриенты

    • Селен связывает Hg/As с образованием нетоксичных комплексов.

    Источники: бразильские орехи (1–2 шт./день).

    • Цинк в виде пиколината цинка конкурирует с Cd/Pb за абсорбцию в кишечнике.


    • Кальций и железо: дефицит этих элементов увеличивает всасывание Pb/Cd (особенно у беременных).


    1. Антиоксиданты и клетчатка

    • Куркумин индуцирует синтез металлотионеинов, которые защищают почки от Cd.

    • Пектины из яблок, цитрусовых связывают Pb в ЖКТ, уменьшая абсорбцию на 20–30%.

    • Спирулина/Хлорелла содержат хлорофилл, адсорбирующий ТМ (доказано для Cd/As).


    Профилактика отравлений ТМ требует комбинации индивидуальных, профессиональных и государственных мер. Врачам следует информировать пациентов о "скрытых" источниках тяжелых металлов (косметика с Sb, табачный дым с Cd). Также внедрять скрининг в группах риска (дети, работники вредных производств).

    Около 90% воздействия тяжелых металлов можно предотвратить коррекцией образа жизни и среды обитания.

    Краткие выводы

    Тяжелые металлы (ТМ) представляют серьезную угрозу для здоровья, вызывая отсроченные и часто необратимые повреждения нервной, почечной, кроветворной и иммунной систем. Их токсичность обусловлена способностью накапливаться в тканях, провоцировать оксидативный стресс и нарушать ключевые биохимические процессы.

    Интоксикации тяжелыми металлами часто протекают субклинически, но их последствия тяжелы. Ранняя диагностика и превенция спасают от необратимых изменений. Врач должен быть насторожен при любых необъяснимых неврологических, почечных или гематологических нарушениях.

    Проблема тяжелых металлов находится на стыке медицины, экологии и общественного здоровья. Только интегративный подход позволяет минимизировать их воздействие на популяцию.



    Список использованной литературы:

    1. Filipoiu D.C. Characterization of the Toxicological Impact of Heavy Metals on Human Health in Conjunction with Modern Analytical Methods. / Filipoiu DC, Bungau SG, Endres L, Negru PA, Bungau AF, Pasca B, Radu AF, Tarce AG, Bogdan MA, Behl T, Nechifor AC, Hassan SSU, Tit DM. // Toxics.- 2022
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36548549/

    2. Jomova K. Heavy metals: toxicity and human health effects. / Jomova K, Alomar SY, Nepovimova E, Kuca K, Valko M. // Arch Toxicol.- 2025
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39567405/

    3. Ziani K. Microplastics: A Real Global Threat for Environment and Food Safety: A State of the Art Review. / Ziani K, Ioniță-Mîndrican CB, Mititelu M, Neacșu SM, Negrei C, Moroșan E, Drăgănescu D, Preda OT. // Nutrients.- 2023
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36771324/

    4. Renu K. Molecular mechanism of heavy metals (Lead, Chromium, Arsenic, Mercury, Nickel and Cadmium) - induced hepatotoxicity - A review. / Renu K, Chakraborty R, Myakala H, Koti R, Famurewa AC, Madhyastha H, Vellingiri B, George A, Valsala Gopalakrishnan A. // Chemosphere.- 2021
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33736223/

    5. Rahman Z. The relative impact of toxic heavy metals (THMs) (arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr)(VI), mercury (Hg), and lead (Pb)) on the total environment: an overview. / Rahman Z, Singh VP. // Environ Monit Assess.- 2019
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31177337/

    6. Mehra R. Analysis of heavy metals and toxicity level in the tannery effluent and the environs. / Mehra R. // Environ Monit Assess.- 2023
      https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37041261/