Кобальт

Кобальт - один из необходимых организму микроэлементов, обладает целым рядом необычных свойств. Это довольно редкий металл, составляющий всего около 0,001 % литосферы.

В организме животных и людей кобальт содержится в незначительных количествах. В организм человека ежедневно поступает около 0,1 мкг металла.

Кобальт является составной частью витамина В12, содержание которого в организме человека достигает 5 мг. Однако при недостатке витамина развивается пернициозная анемия, которая, если ее не лечить, приводит к смертельному исходу. Поэтому кобальт как составная часть витамина В12 имеет исключительное значение для организма человека.

Витамин В12 синтезируется только микроорганизмами. В растениях его почти нет. Поэтому в организме людей, питающихся исключительно вегетарианской пищей, витамина В12 не хватает.

Физические и химические свойства. Кобальт Со, порядковый номер - 27, атомная масса - 68,93. Это твердый, хрупкий голубоватобелый металл с плотностью 8,9 г/см3 и температурой плавления 1 490 °С. Это сравнительно инертный металл, в разбавленных минеральных кислотах растворяется довольно медленно.

Соединения. Как и другие переходные металлы, кобальт имеет несколько степеней окисления. Однако практическое значение имеют только соединения 2* и 3+.

Со (II) образует большое количество простых и гидратированных солей со всеми известными анионами. Гидратированные соли Со (II) окрашены либо в красный, либо в розовый цвет.

Известно несколько простых солей кобальта, в которых он находится в неустойчивой степени окисления 3+. Однако комплексные соединения двух- и трехвалентного кобальта довольно устойчивы.

Распространение. Кобальт - редкий металл. Его наиболее важными минеральными источниками являются арсениды (смальтин, саф- флорит, скитерудит и кобальтин), сульфиды (карролит и линнеит) и различные окисленные формы (асболан, гетерогенит, сферокобальтит и эритрит).

В природе не существует чистых кобальтовых руд. Кобальт, как правило, присутствует совместно с другими металлами, в основном с мышьяком. Наиболее важными рудами являются смальтин C0AS2 и кобальтин CoAsS. Однако основным источником промышленного получения металла являются отходы обработки никелевых, медных и свинцовых руд. Чистый металл получают электролизом.

Извлечение. Мировое производство кобальта составляет 250 тыс. т/г. Основное производство сосредоточено в Заире, Канаде, Марокко, Финляндии, России и Замбии. Главный потребитель - США, использующие порядка половины мирового производства кобальта.

Наибольшее количество кобальта получают в качестве побочного продукта при извлечении других металлов (таких, как медь, никель и свинец). При этом используются различные процессы, которые зависят от специальных характеристик кобальтовой руды.

По одному из методов кобальт извлекают путем растворения концентрата руды во фтористоводородной кислоте, после чего добавляют известковое молоко и хлорную известь, что приводит к осамщению гидроксида кобальта Со(ОН)з и оксида кобальта С02О3 соответственно.

Другой способ состоит в обработке концентрата руды (который содержит никель, железо, медь и мышьяк) серной кислотой в автоклаве при давлении 8-10 атм.

Различные металлы затем осаждаются, в частности, медь в виде сульфида меди с помощью сероводорода, железо — с помощью известкового молока, после того как его окисляют в трехвалентное соединение с помощью газообразного хлора или хлорной извести. Мышьяк осаждается одновременно с железом; кобальт и никель могут быть затем разделены, так как гидроксид кобальта более стабилен, чем гидроксид никеля.

Использование. Кобальт используется в металлургии при производстве высокопрочных сплавов, его применяют для изготовления постоянных магнитов, в фармацевтической промышленности. Более 2 000 лет металл используют в гончарном деле и при производстве стекла. В почвы, не содержащие кобальта, его добавляют в состав удобрений.

Кобальт добавляют к инструментальной стали для увеличения ее режущих свойств, он имеет большое значение в производстве инструментов, содержащих цементированный карбид вольфрама.

В комбинации с хромом, никелем, медью, бериллием и молибденом его применяют как высокотемпературный и высокопрочный сплав в электротехнической и автомобильной промышленностях, самолетостроении.

Метаболизм и токсическое действие. Имеется мало данных о поглощении кобальта организмом человека. Возможно, что абсорбция металла зависит от характера питания. Поглощение кобальта организмом человека колеблется от 5 до 45 %.

Примерно пятая часть общего содержания кобальта в организме локализована в печени, где его концентрация достигает 0,05 мг/кг. Почти весь кобальт, находящийся в печени, входит в состав витамина В12, общее количество которого в печени взрослого человека составляет 1,7 мг.

Выводится металл из организма в основном с мочой. Этот процесс многостадийный. Вначале выведение кобальта происходит быстро, а затем сильно замедляется.

Кобальт необходим людям как компонент витамина Bi2, который должен поступать в организм в уже готовом виде. Вследствие этого именно витамин В12, а не сам металл следует считать необходимым компонентом питания.

Пернициозная анемия - заболевание, считавшееся до тех пор неизлечимым и приводящее, как правило, к смерти, может прекратиться при потреблении больших количеств сырой или слабо обработанной печени. Позднее в культуральной жидкости при ферментации культуры Streptomyces, используемой при получении антибиотиков, было обнаружено «вещество против пернициозной анемии», подобное тому, которое содержалось в печени. Оказалось, что оно является фактором роста для некоторых типов микроорганизмов, в частности обитающих в рубце у крупного рогатого скота. В 1948 г. это вещество было выделено в виде красных кристаллов из культуральной жидкости. Наконец, в 1956 г. была установлена химическая структура этого соединения. Теперь он известен как витамин В12.

Было установлено, что витамин В12 представляет собой органическую молекулу с большой молекулярной массой - около 1 350. Его центральная часть состоит из системы колец, подобных порфириновым, образованных четырьмя пирроловыми единицами. В этих кольцах имеются не характерные для порфиринов двойные связи. Такие порфири- ноподобные кольца связаны с нуклеотидом, содержащим азотистое основание, рибозу и фосфат. В центре молекулы находится один атом кобальта, связанный с четырьмя атомами азота пирроловых колец. В первом образце выделенного витамина В12 имелась CN-группа, связанная с кобальтом одной из координационных связей. Поэтому витамин был назван цианкобаламин. Теперь известно, что цианид присоединяется к структуре только при выделении, а в природе такая форма витамина встречается крайне редко, если вообще встречается. В природе существует оксикобаламин (витамин В12), в котором CN-rpynna замещена группой ОН-. Однако чаще всего витамин Bi2 существует в виде коферментов, где CN-rpynna замещена на алкильную. Физиологические действия витамина В12, возможно, существуют во всех тканях организма. Однако его дефицит наиболее явно проявляется в местах быстрого деления клеток, например, в кроветворных тканях костного мозга и нервных тканях, что проявляется в дегенерации нервных волокон спинного мозга и периферических нервов. Дефицит витамина В12 сказывается и на нормальном образовании кровяных клеток.

Вместо нормальных клеток с ядрами, из которых в костном мозге образуются красные кровяные клетки, появляются аномальные клетки, известные как мегалобласты. Попадающие в кровеносную систему красные клетки, образованные из этих мегалобластов, больше нормальных, что приводит к макроцитарной анемии. Образование мегалобластов связано с нарушением синтеза ДНК. Витамин В12 необходим для образования тимина, нуклеотида, который является основой ДНК. Для образования тимидилатов необходим другой витамин - фолиевая кислота.

Для профилактики анемии и других последствий недостатка кобальта необходим сам витамин В12, а не кобальт. Обычно для взрослого достаточно до 5 мкг витамина в сутки. К сожалению, анемия обычно вызывается не недостатком витамина В12, а снижением его усвоения, которое зависит от вещества мукопротеина, синтезируемого слизистой желудка. У больных пернициозной анемией иногда обнаруживают наследственный дефект, ограничивающий выделение этого вещества Гастроэктомия (хирургическое удаление части желудка) также может привести к снижению синтеза мукопротеина. Пернициозная анемия может возникнуть при попадании с рыбой глистов. Для жизнедеятельности глистов также необходим витамин В12, что приводит к снижению его абсорбции из кишечника.

Отравления, связанные с избыточным поглощением кобальта, встречаются редко. Их отмечали только при случайном добавлении соединений кобальта в пищу в процессе ее приготовления или при использовании больших доз кобальта в терапевтических препаратах для лечения некоторых форм анемии.

Хорошо известно, что побочным явлением при лечении кобальтом является возникновение зоба. Однако, как правило, это явление обратимо. В конце 60-х годов среди 50 любителей пива в Квебеке (Канада) и Минеаполисе (США) была отмечена вспышка тяжелого сердечного заболевания (миокардиопатии), приводяшего к высокой смертности. Это было вызвано тем, что в процессе ферментации пива для стабилизации пены использовали сульфид кобальта.

Было подсчитано, что люди, потреблявшие большое количество пива, получали до 10 мг кобальта в день (из расчета, что они выпивали 10 л пива в день). Так как подобный уровень потребления кобальта наблюдался и при некоторых терапевтических режимах лечения анемии, но заболевания сердца при этом не отмечались, предположили, что развитию болезни способствовало избыточное потребление алкоголя наряду с недостатком в пище белков. У рабочих, связанных с кобальтом и его соединениями, отмечали и другие признаки влияния металла на состояние здоровья. У подопытных животных тоже возникали неблагоприятные последствия высокого содержания кобальта в рационе. Следует отметить, что хотя в обычном рационе питания содержание кобальта крайне мало, потребление людьми даже 0,25 мг в сутки не приводит к опасным последствиям.

Опасности. Кобальт является необходимым микроэлементом для человека и животных, так как участвует в кроветворении в качестве компонента витамина В12.

Вдыхание пыли кобальта приводит к отеку легких у лабораторных животных. Хроническое ингаляционное воздействие пыли, содержащей кобальт в смеси с вольфрамом, карбидами титана и вольфрама, вызвало в одном эксперименте на животных гиперплазию бронхиальных клеток, очаговые фибротические повреждения и гранулемы легких. Порошкообразный металлический кобальт способствует образованию опухолей скелетной мускулатуры крыс; сульфид кобальта также обладает канцерогенным действием на мышей и крыс.

Нарушения миокарда, вызванные кобальтом. В 1963 и 1964 гг. на заводах ряда пивоваренных компаний в Канаде. США и Бельгии начали добавлять кобальт к пиву для стабилизации его пены. Несколько месяцев спустя в Канаде разразилась «эпидемия» острых форм миокардио- патии, «болезнь любителей пива из Квебека». Аналогичные нарушения наблюдались несколько позднее и в других странах у людей, потреблявших пиво определенных марок с добавлением кобальта. Общее число пострадавших не было установлено; однако упоминали о 112 случаях, 50 из которых со смертельным исходом.

Вскрытие показало выраженные дегенеративные изменения в миокарде без каких-либо признаков воспаления. В ткани миокарда отмечалось высокое содержание кобальта (примерно в 10 раз выше, чем в контроле). Нельзя исключить возможное усиление действия за счет потребления алкоголя и недостатка в питании белков. Отсутствие новых случаев заболеваний после того, как продажа пива с добавлением кобальта была прекращена, свидетельствует о его участии в патогенезе этого типа миокардиопатии.

Клиническая картина нарушений миокарда, наблюдаемых у рабочих, занимающихся восстановлением кобальтовой руды, сходна с клинической картиной миокардиопатии любителей пива. Был описан случай кардиотоксического действия кобальта со смертельным исходом в промышленности; плавильщик, четыре года подвергавшийся воздействию кобальта, умер от сердечной недостаточности.

Впервые выраженные нарушения миокарда у рабочих на производстве кобальта были отмечены врачами на промышленных предприятиях при обследовании людей, занимающихся обработкой руды. Рабочие, занимающиеся прокаливанием руды и работающие в восстановительных цехах, подвергаются воздействию пыли, содержащей нерастворимые соединения кобальта (главным образом оксиды, гидроксиды и металлический кобальт). Концентрации кобальта в воздухе иногда превышали предельно допустимые уровни. Кроме того, рабочие подвергались воздействию интенсивного теплового излучения во время выполнения тяжелой физической работы.

Кардиотоксическое действие кобальта было изучено в эксперименте. Так, воздействие высоких доз кобальта ведет к развитию некротических очагов в миокарде. Подострое действие кобальта характеризуется менее выраженным поражением, имеющим характер белковой дистрофии миокарда.

Наиболее уязвимыми ферментными системами при воздействии кобальта являются те, которые ответственны за декарбоксилирование и дегидратирование кетокислот (т.е. ингибируют их окислительные превращения).

Клиническая картина. Острая фаза наблюдаемой сердечнососудистой патологии характеризуется субъективными жалобами на сердечную деятельность (главным образом слабая боль в области сердца и одышка) и выраженными объективными изменениями. Необходимо обратить внимание на тахикардию, гипертрофию сердца, признаки серьезных нарушений функции миокарда и недостаточность кровообращения. Другими симптомами яешяются снижение остроты обоняния (гипосмия), потеря обоняния (аносмия) и субатрофический ринит.

Биохимические тесты указывают на нарушение метаболизма липидов (увеличение общего количества липидов, триглицеридов, холестерина) и активности некоторых ферментов (лактатдегидрогеназы и креатинфосфокиназы).

Содержание в пищевых продуктах. Содержание кобальта в пищевых продуктах очень мало, за исключением случаев, когда он специально вносится в процессе производства. В организм человека ежедневно поступает в среднем от 5 до 40 мкг металла. Содержание кобальта в различных продуктах колеблется от 1,94 мг/кг в животных жирах до менее 0,05 мг/кг в рафинированном сахаре. В овощах, как правило, его либо вообще нет, либо он содержится в незначительных количествах.

В процессе очистки содержание металла в продукте снижается. В рафинированном сахаре содержится счень малое количество кобальта, в сахаре-сырце - 0,4, а патоке - 0,25 мг/кг металла. В непросеянной муке содержится 0,025 мг/кг кобальта, а в белой муке - 0,003 мг/кг. Это означает, что в процессе помола теряется почти 90 % металла.

Содержание кобальта в питьевой воде очень мало, как правило, оно не превышает 5 мкг/л. В США содержание металла в водопроводной воде составляет 2,2 мкг/л. Такое же содержание кобальта в неочищенных поверхностных водах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >