Никель представляет собой металлический элемент, который естественным образом встречается в земной коре. Из-за своих уникальных физико-химических свойств металлический никель, а также ряд его соединений находят применение в современной промышленности. Наряду с приносимой пользой, повышенный расход никельсодержащих продуктов неминуемо ведет к загрязнению окружающей среды никелем и его побочными продуктами на каждом из этапов производства, переработки, а также утилизации [12].

Функциональная нагрузка никеля и его биологическая роль сводятся к тому, что описываемый эссенциальный микроэлемент принимает участие в функционировании основных компонентов клетки, а именно РНК, ДНК и белков. Наряду с этим, никель фигурирует в структурной организации вышеперечисленного генетического материала, а также продуктов метаболизма клетки. Также выявлена роль никеля как посредника в обеспечении гормональной регуляции [16].

Ряд исследований утверждает, что металлический никель не имеет негативного влияния на здоровье человека и только лишь пыль и аэрозоли никеля и его соединений способны оказать вред здоровью [21]. Однако следует отметить, что, исходя из данных результатов многих исследований, ввиду своей структуры, поверхностные слои почвы имеют способность к аккумуляции некоторых опасных для человеческого здоровья веществ, в том числе и тяжелых металлов. К тому же, авторы ссылаются на обычно длительное пребывание людей в одной местности, на что следует обратить особое внимание в ракурсе возможного пролонгированного воздействия как определенного тяжелого металла на человека, так и их совокупности [11]. Кроме того, непосредственную опасность для живых организмов представляют также растворимые соединения никеля, ввиду их хорошей и относительно быстрой адсорбции в ЖКТ. ВОЗ установила допустимое суточное потребление никеля на уровне 0,005–0,025 мг/кг массы тела [3].

В качестве примера длительного воздействия никеля в почвах определенной местности, приведены некоторые статистические данные корреляций заболеваний и данного тяжелого металла. При этом объектами исследований послужили почвы, собранные на данной местности в период с 1995 по 2011 год. Так, проведенные исследования показали, что низкое содержание Ni в пахотных почвах может являться возможной причиной возникновения болезней крови, а также кроветворных органов [11]. Факт заболеваемости может быть обусловлен тем, что никель выступает в качестве индуктора фосфатидилсерина — органического соединения, функцией которого является стабилизировать мембрану эритроцита. Также одна из функций данного соединения заключается в его причастности к утилизации железа ввиду поддерживания синтеза гемоглобина в эритроидных клетках.

Напротив, высокое содержание Ni в почвах поспособствовало развитию реактивных артропатий среди жителей определенных районов исследуемой местности. Следует отметить, что в ходе проведенных статистических исследований была выявлена обратная зависимость между содержанием никеля в почвах, а также количеством случаев возникновений новообразований у населения определенных районов исследуемой местности. Так, некоторые из описанных районов изучаемых участков земли значительно отличаются от всех высоким содержанием никеля в пахотных землях и пониженным уровнем выявления новообразований у жителей данных районов [20]. При этом авторы рассматривают возможность синергического и антагонистического взаимодействия металлов, и в конкретном случае никель потенциально расценивается как посредник в сохранении нормального протекания биохимических процессов в организме.

Таким образом, существует два основных пути поступления никеля в организм: при вдыхании или проглатывании. Необходимо подчеркнуть особую роль накапливания тяжелого металла в организме в различных формах при профессиональном воздействии, а также особой диеты в течение жизни человека. Ввиду того, что, в отличие от растений, никель не был расценен как важный элемент для человека, на сегодняшний момент его метаболизм в организме изучен не в полной мере и остается неясным [12].

Биохимические механизмы действия никеля в организмах

Никель играет существенную роль в функционировании ряда ферментов, включая не только уреазу, но и гидрогеназу, СО-дегидрогеназу и метилкоэнзим М редуктазу [17]. Особенно важно отметить, что никель является кофактором для восьми ферментов, обнаруженных в прокариотах, архебактериях и эукариотах. В бактериальных клетках никель участвует в метаболизме водорода, метана, углекислого газа и аммиака [15].

Механизм токсического действия никеля на клеточном уровне связан с его способностью замещать эссенциальные металлы в металлопротеинах и связываться с клеточными компонентами, содержащими кислород, серу и азот, такими как ферменты и нуклеиновые кислоты, тем самым нарушая их нормальное функционирование [16]. Исследования показывают, что никель может индуцировать окислительный стресс через генерацию активных форм кислорода (АФК), что приводит к повреждению клеточных структур, включая липиды, белки и ДНК [9].

Важно отметить, что никель способен проникать через клеточные мембраны несколькими путями. Основной путь поступления двухвалентного никеля в клетку — через кальциевые каналы, а также через специфические транспортеры металлов, такие как DMT1 (двухвалентный металлотранспортер 1) [9]. После проникновения в клетку, никель может накапливаться в различных органеллах, включая ядро, где он взаимодействует с ДНК и ядерными белками, что может привести к генотоксическим эффектам [14].

Влияние никеля на здоровье человека

Выявлены основные признаки неблагоприятного воздействия никеля на организм. К ним относится наиболее распространенная реакция — аллергия в виде контактного дерматита, в то время как хроническое воздействие может привести к ряду заболеваний, к которым относится фиброз легких, заболевания почек, а также различные сердечно-сосудистые заболевания [16]. Так, при исследовании функциональной нагрузки никеля в развитии контактного дерматита, выявлено, что он стимулирует пролиферативный ответ, а также производство цитокинов T-лимфоцитов у никель-чувствительных организмов в ходе экспериментов in vitro [23]. В то время как результаты, полученные в ходе экспериментов in vivo свидетельствуют об активации никелем иммунного ответа как у не аллергиков, так и у никель-сенситивных пациентов [12].

В основном аллергия на никель в виде контактного дерматита характерна не только для людей, контактирующих с данным веществом и его соединениями в виду своей профессиональной деятельности, но и для лиц с разными сферами профессиональной деятельности, имеющих никельсодержащие предметы: к примеру, корпусы наручных часов, никельсодержащие ювелирные изделия, пряжки предметов гардероба и т. п. При этом начало контактного дерматита имеет свою клиническую картину в виде папулярной экземы кистей рук. Постепенно кожа поражается экземой, а на хронической стадии часто развивается лишай [23]. В ходе дальнейшего протекания чувствительности к никелю может наблюдаться развитие ряда сопутствующих заболеваний, таких, как конъюнктивит. Иногда никелевая сенсибилизация приводит к возникновению аллергических реакций на никельсодержащие имплантаты: зубные пломбы и скрепки, протезы сердечных клапанов. Следует отметить, что аллергический дерматит может возникнуть и благодаря употреблению воды или пищи с повышенным содержанием никеля [12].

Существует ряд данных о возникновении ринитов, синуситов и респираторных заболеваний при систематическом вдыхании никельсодержащей пыли или аэрозолей. Однако наиболее опасным является канцерогенный эффект никеля. Так, у группы рабочих риск возникновения рака легких и носовой полости является профессиональным. Исходя из анализа различных эпидемиологических исследований, Международное агентство по изучению рака (МАИР) в 1990 году пришло к следующему выводу: «Имеются достаточные основания считать сульфат никеля и сочетание сульфидов и оксидов его, применяемое в очистке никеля, канцерогенными для человека. Что же касается самого металлического никеля — чистого и в сплавах — данные на этот счет недостаточны» [16].

Экологические аспекты загрязнения никелем

Антропогенное загрязнение окружающей среды никелем представляет собой серьезную экологическую проблему. Основными источниками поступления никеля в окружающую среду являются металлургические предприятия, сжигание ископаемого топлива, производство никель-кадмиевых аккумуляторов и гальванические процессы [27]. По данным экологического мониторинга, концентрация никеля в почвах вблизи промышленных объектов может превышать фоновые значения в 10–100 раз [13].

Никель в почве может существовать в различных формах, включая обменную, связанную с органическим веществом, оксидами железа и марганца, а также в составе первичных и вторичных минералов. Биодоступность никеля в почве зависит от многих факторов, включая pH, содержание органического вещества, гранулометрический состав почвы и присутствие других элементов [2]. При низких значениях pH подвижность никеля увеличивается, что повышает его доступность для растений и риск вымывания в грунтовые воды.

В водных экосистемах никель может накапливаться в донных отложениях и биоте. Исследования показывают, что водные организмы, особенно моллюски и ракообразные, способны аккумулировать значительные количества никеля, что может приводить к биомагнификации в пищевых цепях [28]. Токсичность никеля для водных организмов зависит от его химической формы, при этом ионная форма Ni²⁺ считается наиболее токсичной [8].

Роль никеля в жизнедеятельности растений

Никель имеет большое значение для роста и развития растений. В ходе множества опытов показано, что растения ячменя не могут производить жизнеспособное зерно при недостатке данного тяжелого металла, что означает неспособность продолжения своего жизненного цикла. Этот факт обусловлен нарушением механизмов наполнения и созревания зерна у материнского растения, которое происходит после образования зародыша зерна [24]. На основании проводимых опытов является подтвержденной необходимость никеля для развития не только зерновых растений, но и для бобовых. Исходя из этого, ряд исследователей считает необходимым добавление никеля в перечень необходимых для роста всех растений микроэлементов [26].

Множество проведенных исследований дают основание для добавления никеля в список необходимых элементов для высших растений. Выявлен также механизм, благодаря которому Ni обеспечивает протекание определенных процессов в растительной клетке. Показано, что никель является важным элементом из-за своей функции как необходимой составной части гидролитического фермента уреазы, которая отвечает за гидролиз мочевины, что и является доказанной питательной функцией Ni [19].

Кроме того, следует отметить, что растения обладают способностью к биоаккумуляции катионов тяжелых металлов, в том числе и никеля. Различают три основные группы растений по способности накапливать тяжелые металлы: «растения-исключатели», которые накапливают загрязнители преимущественно корневой системой, «растения индикаторы», концентрация поллютантов в надземной части которых в разы превышает таковую в почве. Представители третьей группы — «растения-гипераккумуляторы» имеют крайне высокую способность накапливать соли тяжелых металлов в надземной биомассе растений (например, рапс, горчица, люпин, бархатцы) [10].

Методы детоксикации и снижения воздействия никеля

Для снижения негативного воздействия никеля на организм человека разработан ряд методов детоксикации. Хелатная терапия с использованием таких агентов, как ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), ДМПС (2,3-димеркаптопропансульфонат) и D-пеницилламин, показала эффективность в удалении никеля из организма [25]. Эти хелатирующие агенты образуют комплексы с ионами никеля, способствуя их выведению с мочой.

В клинической практике для лечения аллергических реакций на никель используются топические и системные глюкокортикостероиды, антигистаминные препараты, а в тяжелых случаях — иммуносупрессивная терапия [23]. Для профилактики контактного дерматита рекомендуется избегать контакта с никельсодержащими предметами или использовать защитные барьерные средства.

В экологическом аспекте для снижения загрязнения окружающей среды никелем применяются различные технологии очистки промышленных выбросов и сточных вод, включая физико-химические методы (осаждение, адсорбция, ионный обмен) и биологические методы (фиторемедиация, биосорбция) [5]. Особый интерес представляет использование гипераккумуляторов никеля — растений, способных накапливать в своих тканях высокие концентрации этого металла без видимых признаков токсичности. К таким растениям относятся представители родов Alyssum, Berkheya и Psychotria [6].

Современные методы определения содержания никеля в биологических образцах

Для точного определения содержания никеля в биологических образцах применяются различные аналитические методы. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) остается одним из наиболее распространенных методов благодаря своей чувствительности и специфичности [3]. Для анализа никеля в тканях и биологических жидкостях также используются индуктивно-связанная плазменная масс-спектрометрия (ИСП-МС) и оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС), обеспечивающие более низкие пределы обнаружения [6].

Разработаны также электрохимические методы определения никеля, включая вольтамперометрию и потенциометрию с использованием ион-селективных электродов [22]. Эти методы отличаются простотой, низкой стоимостью и возможностью проведения анализа in situ .

Для визуализации распределения никеля в тканях применяются методы микроскопии, такие как энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС) и лазерная абляция с ИСП-МС [26]. Эти методы позволяют определить локализацию никеля на клеточном и субклеточном уровнях, что важно для понимания механизмов его токсичности.

Заключение

Никель является элементом с двойственной биологической ролью: с одной стороны, он необходим для нормального функционирования ряда ферментов и метаболических процессов, особенно в растениях и микроорганизмах; с другой стороны, избыточное поступление никеля может вызывать токсические эффекты, включая аллергические реакции, респираторные заболевания и канцерогенез [1, 21].

Современные исследования направлены на более глубокое понимание молекулярных механизмов действия никеля, его метаболизма в организме и разработку эффективных методов детоксикации. Особое внимание уделяется изучению взаимодействия никеля с другими металлами и микроэлементами, что может модифицировать его биологические эффекты [18].

Учитывая широкое промышленное использование никеля и растущее загрязнение окружающей среды этим металлом, необходимо дальнейшее изучение его влияния на экосистемы и здоровье человека, а также разработка новых технологий для снижения его негативного воздействия [1, 16, 27].

Литература:

1. Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина, 1991. 496 с.
2. Антониадис В., Левизу Е., Шахин С. М. Микроэлементы в системе почва-растение: фитодоступность, транслокация и фиторемедиация // Почвоведение. 2018. № 5. С. 546–557.
3. Афонькина С. Р., Даукаев Р. А. Сравнительная оценка содержания никеля в различных группах пищевых продуктов // Электронный научный журнал «Дневник науки».2025. № 4
4. Африди Х. И., Кази Т. Г., Брабазон Д., Нахер С. Определение микроэлементов в биологических образцах человека методом атомно-абсорбционной спектрометрии // Клиническая химия. 2019. № 90. С. 125–153.
5. Баракат М. А. Новые тенденции в удалении тяжелых металлов из промышленных сточных вод // Химия окружающей среды. 2011. № 4. С. 361–377.
6. Беккер Й. С., Матуш А., Ву Б. Биоимиджинг микроэлементов методом масс-спектрометрии — последние достижения и применения ЛА-ИСП-МС // Аналитическая химия. 2014. № 835. С. 1–18.
7. Бейкер А.Дж.М., Брукс Р. Р. Наземные высшие растения, гипераккумулирующие металлические элементы — обзор их распространения, экологии и фитохимии // Биовосстановление. 1989. № 1. С. 81–126.
8. Брикс К. В., Кейтли Дж., ДеФорест Д. К., Лафлин Дж. Острая и хроническая токсичность никеля для радужной форели (Oncorhynchus mykiss) // Экологическая токсикология и химия. 2004. № 9. С. 2221–2228.
9. Валко М., Моррис Х., Кронин М. Т. Металлы, токсичность и окислительный стресс // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126, № 4. С. 407–419.
10. Винтоняк В. А., Попова И. С. Особенности аккумуляции никеля в органах рапса и горчицы // Научно-агрономический журнал. 2025. № 3 (130). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-akkumulyatsii-nikelya-v-organah-rapsa-i-gorchitsy (дата обращения: 10.11.2025).
11. Горбачев А. Л., Добродеева Л. К., Теддер Ю. Р., Шацова Е. Н. Биогеохимическая характеристика северных регионов. Микроэлементный статус населения Архангельской области и прогноз развития эндемических заболеваний // Экология человека. 2007. № 1. С. 4–11.
12. Денкхаус Е., Салников К. Эссенциальность, токсичность и канцерогенность никеля // Вопросы онкологии. 2003. Т. 49, № 2. С. 176–183.
13. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 2005. 439 с.
14. Каспшак К. С., Сандерман Ф. В., Салников К. Канцерогенез, вызванный никелем // Молекулярная биология. 2004. Т. 38, № 1. С. 139–146.
15. Мулроуни С. Б., Хаусингер Р. П. Поглощение и утилизация никеля микроорганизмами // Микробиология. 2004. Т. 73, № 2. С. 172–185.
16. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПб.: Наука, 2008. 544 с.
17. Рагсдейл С. В. Никельсодержащие ферментные системы // Биохимия. 2010. Т. 75, № 12. С. 1620–1631.
18. Ревич Б. А. Химические элементы в волосах человека как индикатор воздействия загрязнения производственной и окружающей среды // Гигиена и санитария. 1990. № 3. С. 55–59.
19. Серегин И. В., Кожевникова А. Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53, № 2. С. 285–308.
20. Синявская О. А., Зайцева Н. В., Уланова Т. С. Элементный статус детского населения, проживающего в условиях экспозиции металлами (свинец, марганец, никель) // Здоровье населения и среда обитания. 2015. № 9. С. 8–11.
21. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. 272 с.
22. Сванкара И., Приор С., Хочевар С. Б., Ванг Й. Десятилетие с висмутовыми электродами в электроанализе // Электроанализ. 2010. № 13. С. 1405–1420.
23. Тиссен Й. П., Менне Т. Аллергия на металлы — обзор воздействий, проникновения, генетики, распространенности и клинических последствий // Токсикология. 2010. № 2. С. 309–318.
24. Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 172 с.
25. Флора С.Дж.С., Пачаури В. Хелатирование при интоксикации металлами // Международный журнал исследований в области общественного здравоохранения. 2010. № 7. С. 2745–2788.
26. Хачмёллер О., Айхлер М., Швамборн К. Биоимиджинг элементов в образцах печеночной биопсии пациентов с болезнью Вильсона методом лазерной абляции с индуктивно-связанной плазменной масс-спектрометрией // Микроэлементы в медицине. 2016. № 35. С. 97–102.
27. Цемпель М., Никель Г. Никель: обзор источников и экологической токсикологии // Экологическая химия. 2007. Т. 16, № 1. С. 45–53.
28. Эйслер Р. Опасность никеля для рыб, диких животных и беспозвоночных: синоптический обзор // Экологическая токсикология. 1999. Т. 8, № 2. С. 87–97.