Ксенобиотики и летальный синтез

ВВЕДЕНИЕ
1. ПОНЯТИЕ «КСЕНОБИОТИКИ»
2. ОРГАНИЗМ ЗАЩИЩАЕТСЯ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
3. ОСОБО ОПАСНЫЕ ЭКОТОКСИКАНТЫ
4. ОРГАНИЧЕСКИЕ ЭКОТОКСИКАНТЫ
5. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОТОКСИКАНТЫ – ДИОКСИНЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Ксенобиотики и летальный синтез

Ионы Pb, Hg, Со, Cd образуют прочные комплексы с аминокислотами и другими биомолекулами, содержащими тио-(HS-) или алкилтиогруппировки (RS-). Многие комплексы металлов с органическими лигандами близки по параметрам (размеру, распределению зарядов) к обычным субстратам (аминокислотам, гормонам, нейромедиаторам) и поэтому могут связываться с соответствующими рецепторами (эффект мимикрии). Например, комплекс, образуемый ртутью и аминокислотой цистеином, имитирует аминокислоту метионин, необходимую для биосинтеза адреналина и холина.
Другой механизм токсического действия заключается в замене биометаллов в металлсодержащих биокомплексах, что вызывает потерю последними биологической активности. Так, в результате замены иона Zn на Hg или Рb происходит дезактивация участвующих в синтезе гема ферментов карбоангидразы и аминолевулинатдегидратазы. Кроме того, ионы свинца, кобальта и кадмия активируют фермент гемокиназу, разлагающий гем. Потеря гема приводит к развитию анемии.
Токсический эффект тяжелых металлов связан также с нарушением синтеза цитохрома Р-450, ответственного за биодеградацию ксенобиотиков. Нарушение этой системы приводит к накоплению органических токсикантов в тканях и органах. Однако цитохром Р-450 участвует в метаболизме не только ксенобиотиков, но и эндогенных биологически активных веществ: гормонов, катехоламинов, витаминов группы Д, холестерина. Поэтому нарушение их синтеза или снижение активности может вызвать глубокие нарушения метаболизма.
В случае ионов свинца, ртути, хрома, кадмия и других тяжелых металлов отмечена активация перекисного и свободнорадикального окисления. В результате этого повреждаются некоторые белки, нуклеиновые кислоты, липиды, а также биомембраны. Повреждающий эффект объясняется ингибированием металлами ферментов, защищающих организм от накопления в нем Н2О2 . Пероксид водорода, в свою очередь, может давать высокоактивный в реакциях окисления и потому обладающий повреждающим действием свободный радикал гидроксила (3).
Органические экотоксиканты. Среди миллионов органических веществ, продуктов органического синтеза, отходов промышленного производства и применяемых в различных областях человеческой деятельности (от пестицидов до трансформаторных масел, от топлив до моющих средств) существует множество органических экотоксикантов. Ограничимся примером наиболее опасных хлорорганических экотоксикантов.
Будучи малополярными органическими веществами, хлорорганические пестициды обладают кумулятивным токсическим эффектом – накапливаются в жировых тканях. Способность атома хлора к нуклеофильному замещению объясняет их высокую биологическую активность. Они реагируют с аминогруппами белков и нуклеиновых кислот, вызывая их необратимое поражение. Некоторые из хлорорганических пестицидов были известны давно, однако их пестицидные свойства выявлены лишь в 40-х годах. Таковы гексахлорциклогексан, ДДТ и гексахлорбензол.
С конца 40-х годов началось производство пестицидов так называемой дриновой группы, являющихся полихлорированными циклодиенами или их производными (алдрин, гептахлор, хлорден, изоэдрин). К числу пестицидов относятся и полихлорированные бифенилы.
В пресноводных водоемах хлорсодержащие пестициды быстро накапливаются в микроводорослях. От 50 до 80% примеси ДДТ к воде сорбируется водорослью хлорелла менее чем за одну минуту. В наибольших количествах полихлорированные экотоксиканты регистрируются в организмах высших уровней водных экосистем, жировых тканях хищных рыб и питающихся ими птиц и животных.
Увеличение размаха изменчивости привело к росту числа устойчивых (резистентных) к действию хлорорганических пестицидов видов насекомых-вредителей. Таким образом, хлорсодержащие пестициды, выступая как мощный фактор антропогенного воздействия, катастрофически влияют на многие экосистемы. Особенно неблагоприятные последствия их использования проявляются в агроценозах, приводя к сокращению и без того бедного видового состава этих искусственных экосистем. К числу экотоксикантов относятся и хлорированные фенолы, используемые как консерванты древесины, дезинфицирующие средства, полупродукты в синтезе различных пестицидов.
Одними из источников загрязнения водных экосистем служат целлюлозно-бумажные комбинаты, применяющие хлор для отбеливания целлюлозы. Значительные количества хлорорганических соединений поступают в газовую фазу при сжигании и пиролизе бытовых отходов и других видов топлива при относительно низких температурах (500-700°С). Особую опасность представляют содержащиеся в летучей золе полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ).
Чрезвычайно широкий спектр биологического действия ПХДД и ПХДФ стал причиной выделения этих ксенобиотиков в категорию суперэкотоксикантов. 2,3,7,8-Тетрахлордибензо-п-диоксин (2,3,7,8-ТХДД) гораздо токсичнее таких боевых отравляющих веществ, как зарин и VX-газ:
Множественность клеточных мишеней для диоксинов и подобных веществ в различных биологических средах определяет широкий спектр токсических эффектов. В их числе: 1) эмбриотоксические и тератогенные (эффекты в отношении развития) – повышение числа спонтанных абортов, рождение потомства с аномалиями развития; 2) иммунотоксические, аналогичные действию вируса СПИД; 3) гистопатологические, вызывающие болезнь хлоракне (изменение клеток сальных желез кожи) и язвенную болезнь; 4) метаболические, связанные с модуляцией активности; 5) эндокринно-токсические, связанные с влиянием на метаболизм гормонов тироксина, эстрогенов, андрогенов (подавление синтеза тестостерона приводит к устойчивой феминизации потомства); 6) нейротоксические, проявляющиеся в повышенной нервозности, депрессивных состояниях, снижении уровня умственного развития, что объясняют влиянием полихлорированных диоксинов и дибензофуранов на метаболизм некоторых нейротрансмиттеров в клетках головного мозга; 7) канцерогенные, вызывающие образование злокачественных опухолей (5).
Особую опасность представляют диоксины – глобальные экотоксиканты, обладающие мощным мутагенным, иммунодепрессантным, канцерогенным, тератогенным и эмбриотоксическим действием. Их называют ксенобиотиками. Величина летальной дозы для этих веществ достигает 10−6 г на 1 кг живого веса, что существенно меньше аналогичной величины для некоторых боевых отравляющих веществ, например, для зомана, зарина и табуна (порядка 10−3 г/кг). Причина особенной токсичности диоксинов – способность точно вписываться в рецепторы живых организмов. Грубо вмешиваясь в процессы деления и специализации клеток, они, подавляя или изменяя жизненные функции и иммунитет, провоцируют развитие онкологических заболеваний. Диоксины вторгаются и в сложную работу эндокринных желез, а также в репродуктивную функцию, резко замедляя половое созревание, приводя к женскому и мужскому бесплодию. Циркулируя в крови, откладываясь в жировой ткани и липидах клеток организма, диоксины вызывают глубокие нарушения всех обменных процессов, подавляя и ломая работу иммунной системы. Через плаценту и с грудным молоком они передаются плоду и ребенку.
Другие вещества превращаются в промежуточные, еще более опасные и токсичные вещества в самом организме. Так, известные химические вещества только после поступления в организм становятся опасными канцерогенами – монооксигеназами. К ним относятся полициклические ароматические углеводороды – ПАУ, некоторые амины и амиды (как нитрозамин), смолистые продукты табачного дыма и др.
В настоящее время известно уже более 250 химических веществ, метаболиты которых, изменяя структуру ДНК, вызывают мутации, что приводит к злокачественному перерождению клеток. Все большую тревогу вызывают воздействие загрязнения среды обитания на детородную функцию и здоровье потомства.
Отдельную группу составляют негативные техногенные факторы, не изученные до конца, но также имеющие высокий потенциал опасности. К ним прежде всего относятся: загрязнение неионизирующими электромагнитными излучениями, повышенный уровень шума в городах, воздействие ракетно-космической техники и др.
Некоторые факты по регионам
Смертность от загрязнения воздуха взвешенными частицами: до 40 тыс. чел в год. В сильно загрязнённых промышленных центрах, как, напр., Дзержинск, Иркутск, Кемерово, Красноярск, Новокузнецк, Норильск, Череповец, заболеваемость и смертность жителей в 1,5–3 раза выше, чем в среднем по стране. Стабильное загрязнение атмосферы городов выхлопами автотранспорта является причиной роста половины болезней органов дыхания: хронических бронхитом (за период 1996-2000 – в 1,7 раза), бронхиальной астмой (в 1,5 раза). Установлена корреляция между загрязнением атмосферного воздуха свинцом, бензпиреном, оксидами азота и углерода и онкологической заболеваемостью, частотой врождённых аномалий, болезнями нервной системы.
В 2003 гг. лишь из 1% поверхностных водоемов получили питьевую воду, отвечающую гигиеническим требованиям. В настоящее время до нормативного качества очищается около 10% вод, требующих очистки. По этой причине основная часть населения использует питьевую воду, не соответствующую гигиеническим требованиям. Основными загрязнителями поверхностных вод стали нефтепродукты, фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения металлов (меди, хрома, цинка, железа, марганца), аммонийный и нитритный азот, а также лигнин, формальдегид, пестициды, др. Водоемы загрязняются по-разному: в одних регионах, напр., Тюменской, Оренбургской, Самарской области сложилась опасная ситуация из-за наличия в питьевой воде высокотоксичных хлорорганических соединений (в т.ч. диоксинов). В других – в Челябинской, Томской области, Красноярском крае к серьёзным последствиям привело радиоактивное загрязнение рек вблизи плутониевых производств.
Не менее опасны для здоровья стойкие органические загрязнители – СОЗы: пестициды, диоксины, ПХБ (полихлорированные бифенилы) и др. суперэкотоксиканты. Наиболее высокие концентрации диоксинов были найдены в организмах байкальского тюленя – нерпы, что уже сравнимы с таковыми в тюленях крайне загрязненного Балтийского моря. Молоко в регионе также сильно загрязнено диоксинами, при этом одним из источников этих токсикантов служит местный упаковочный материал молочных пакетов.
В Республике Башкортостан действуют мощные предприятия на основе хлорорганического синтеза, десятилетиями загрязняющие окружающую среду. Содержание диоксинов в крови и жировых тканях жителей Уфы и других промышленных центров сопоставимо с таковым у вьетнамцев, подвергшихся воздействию "оранжевой смеси", применявшихся армией США во время войны. Действие СОЗов нарушает гормональный статус организма с изменением уровня большинства гормонов. Наиболее уязвимы тероидная и половая системы. В условиях хронической токсикации СОЗами развивается гипотиреоидное состояние организма. Недостаточность гормонов щитовидной железы нарушает функционирование органов, деятельность которых этими гормонами регулируется, прежде всего печени, важнейшим барьером в защите организма от загрязнений.
Чувствительный показатель экологического неблагополучия – репродуктивное здоровье мужчин. В крупнейших городах региона здоровых мужчин менее 50%. Содержание мужского гормона в сыворотке крови уменьшено вдвое, растет феминизация мужского населения. Тема репродуктивного здоровья, прежде всего женского и детского, чрезвычайно важна, и повсюду тенденции эти очень схожи и устрашающи и в самых разных регионах. Происходит быстрый рост перинатальной смертности (плода, во время родов и новорожденного). В целом по России перинатальная смертность в 2,5 раза выше по сравнению с развитыми европейскими странами. Такое положение объясняется прежде всего состоянием беременных и родильниц. Из 2750 новорожденных по Якутску в 2000 году 1200 родились от больных матерей. Женщины страдали анемией (37,3% в 1995 г. и 46,8% в 1999), болезнями мочеполовой системы (19,6 и 22,5% соответственно) и др. Заболеваемость сахарным диабетом за те же годы выросла с 0,1 до 1%. Основными причинами смертности плода и новорожденного стали асфиксия (38,9% в 1995 г. и 45,2% в 1999) и врожденные пороки развития (12,1 и 17,3% соответственно от общего числа умерших).
В Новосибирске, где ежегодно в атмосферу выбрасывается около 400 тыс. тонн вредных загрязняющих веществ, уровень заболеваемости беременных с 1991 по 2000 годы вырос более чем в 2 раза. Такие же тенденции прослеживаются в других регионах. Уровень заболеваемости детей до года почти вдвое выше по сравнению с 1994 годом. При этом отмечен устойчивый рост заболеваний эндокринной системы детей, новообразований, психических расстройств, а также замедление роста и недостаточность питания. При незначительном отклонении от среднего уровня других видов заболеваний это может означать переход к качественно иной стадии состояния здоровья детей, более опасной отдаленными последствиями и даже генетическими изменениями.
Иммунная система одной из первых испытывает на себе воздействие вредных экологических факторов и служит чувствительным индикатором экологического неблагополучия. По данным иммунологического обследования, отклонения в показателях клеточного иммунитета у городских детей встречается в 4 раза чаще, чем у сельских.
У детей с хроническим пиелонефритом, проживающих в регионе с высокой экологической нагрузкой было выявлено накопление тяжелых металлов в волосах и гормональный дисбаланс Повышение содержания свинца отмечалось в 4,72 раза, хрома в 7 раз, кадмия в 5,6 раза (2).
2.2. Химическое загрязнение и природная среда
Некоторые данные, полученные в самое последнее время в России и за рубежом, показывают, что химическое загрязнение экосистем вообще и водных экосистем в частности может играть важную роль в глобальной проблеме биоразнообразия.
Это наглядно подтверждают результаты исследования биоаккумуляции различных типов органических экотоксикантов (полиядерные ароматические углеводороды, фенолы, хлорорганические и некоторые другие соединения) в трофических цепях озера Байкал.
В частности, показано, что если в природной воде содержание приоритетных органических экотоксикантов находится на уровне, соответствующем ПДК, это еще не является гарантией того, что биоте в данной водной экосистеме не угрожает серьезная опасность. Следовательно, для сохранения биоразнообразия необходимо добиваться такой ситуации, чтобы высокотоксичные ксенобиотики вообще не поступали в окружающую среду в сколько-нибудь заметных концентрациях.
В соответствии с Уставом Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) здоровье человека рассматривается как отсутствие патологических явлений при состоянии полного физического, духовного и социального благополучия.
Долгое время считалось, что на здоровье населения в первую очередь влияет образ жизни (50-53 %), затем биология (генетика) человека (18-25 %), а уже потом окружающая среда (18-20 %) и здравоохранение (7-12 %). Однако во второй половине 1990-х годов появились и другие оценки, согласно которым роль качества среды обитания в формировании здоровья людей возрастает до 50 %.
К основным изменениям показателей здоровья, характерным для современного периода развития нашей страны, относятся:
ускорение темпа изменений всех показателей здоровья;
формирование нового, неэпидемического типа патологии;
ускорение демографических изменений, выражающихся в старении населения;
увеличение уровня заболеваемости болезнями системы кровообращения, хроническими неспецифическими болезнями органов дыхания;
резкое возрастание доли эндокринных, аллергических, врожденных пороков развития, болезней иммунной системы, а также некоторых инфекционных болезней;
—формирование множественной патологии.