Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ГЛАВА 11.
Экологические проблемы питания
11.1. Общие представления
Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные смеси, состоящие из сотен химических соединений.
В состав пищевых продуктов входят, в основном, три труппы соединений.
Нутриенты белки, липиды, углеводы, минеральные вещества и витамины, которые требуются организму для пластических целей, в качестве источников энергии, для нормального течения процессов пищеварения и метаболизма.
Неалиментарные компоненты - соединения, участвующие в формировании органолептических качеств пищевого продукта. К ним относятся: предшественники нутриентов, продукты их распада, а также другие биологически активные вещества. Большинство веществ этой группы находится в продуктах питания в незначительных количествах.
Среди них различают:
Ксенобиотики - посторонние, токсичные, потенциально опасные вещества антропогенного происхождения.
Ксенобиотики, как было указано выше, могут быть неорганической и органической природы, в том числе микробного происхождения. К ним не относят добавляемые в продукты витамины, провитамины, микроэлементы, поваренную соль, приправы, ароматические и вкусовые вещества естественного происхождения, а также инертные механические примеси.
Ксенобиотики можно разделить на 3 группы:
При рассмотрении медицинских аспектов действия на организм человека ксенобиотиков, находящихся в пищевых продуктах, необходимо кратко рассмотреть основные принципы гепатотоксичности в силу того обстоятельства, что токсичные компоненты, попав во внутреннюю среду организма обязательно попадают в печень, где происходит их дальнейший метаболизм.
Гепатотоксичность - это свойство химических веществ вызывать структурно--функциональные нарушения печени. Высокая чувствительность печени к химическим соединениям определяется несколькими обстоятельствами. Во--первых, только что указанным. Во--вторых, печень - основной орган, ответственный за метаболизм чужеродных веществ. Патологические состояния печени химической этиологии можно отнести к одному из двух классов: цитотоксические и холестатические. Цитотоксические повреждения печени проявляются некрозом, стеатозом, канцерогенезом. Холестатические - нарушением секреции желчи, развитием желтухи.
Стеатоз, или жировое перерождение печени - это состояние, характеризующееся избыточным накоплением жира в гепатоцитах. Одновременно отмечается снижение содержания в плазме крови липидов и липопротеидов. Стеатоз часто является самым ранним проявлением токсического повреждения органа. Механизм инициации стеатоза при интоксикациях различными гепатотоксикантами различен. Накопление жира может быть следствием либо нарушения процессов катаболизма липидов, либо избыточного поступления свободных жирных кислот в печень, либо повреждения механизмов выделения триглицеридов в плазму крови.
Некроз - дегенеративный процесс, приводящий к клеточной гибели. Гибель клеток сопровождается повреждением плазматических мембран; ей предшествует ряд морфологических изменений гепатоцитов: увеличение объема цитоплазмы, дилятация цитоплазматического ретикулума, набухание митохондрий с разрывом крист, деградация полисом, разрушение органел и ядра клетки, стеатоз.
Биохимические изменения, предшествующие гибели клетки включают: инициацию свободно--радикальных процессов, связывание токсикантов или их метаболитов с белками, нуклеиновыми кислотами и ненасыщенными жирными кислотами мембран клеток, нарушение пластических и биоэнергетических процессов, резкое повышение содержания в клетке свободного кальция.
Полагают, что фатальным, необратимым этапом развития гепатоцеллюлярного некроза является нарушение гомеостаза внутриклеточного Са+2. Повышение концентрации кальция в цитоплазме клетки приводит к повреждению клеточных мембран и органел (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, лизосом), денатурации структурных протеинов, инактивации энзимов.
Холестаз проявляется нарушением процесса желчевыведения, усилением проницаемости стенки желчевыводящих каналов, дисфункцией микроворсинок эпителия жёлчных ходов, обеспечивающих ток желчи. Воспаление или закупорка желчных ходов также приводят к задержке желчи в печени, что в свою очередь сопровождается развитием желтухи.
Фиброз - конечный результат хронически протекающих патологических процессов, развивающихся в печени при воздействии токсикантов. В поврежденном органе появляются коллагеновые тяжи, разрушающие нормальную структуру органа, нарушающие внутрипеченочный кровоток, желчеотделение. Клинически это состояние проявляется синдромом портальной гипертензии. Наиболее часто цирроз развивается при алкоголизме и хронической интоксикации галогенированными углеводородами.
Канцерогенез наблюдается при действии целого ряда природных и промышленных токсикантов. Последовательность этапов развития злокачественной опухоли подробно описана в гл. 3.
11.2. Вредные химические вещества естественного происхождения
Значительная часть химических соединений, обладающих токсичными свойствами и содержащимися в продуктах питания, имеет естественное происхождение. Подсчитано, что ежедневное поступление ксенобиотиков естественного происхождения при обычной диете человека составляет около 2 г, в то время как поступление синтетических пестицидов равно 0,09 мг. При этом разнообразие естественных токсикантов и продуктов их превращений весьма велико (500010000). Концентрация естественных ксенобиотиков в пищевых продуктах составляет от 1 части на тысячу или миллион, концентрация же антропогенных пестицидов – 1 часть на миллиард. Часть из упомянутых соединений обладает выраженной канцерогенной активностью.
Для количественной оценки канцерогенной активности в модельных условиях используют индекс относительной канцерогенной активности (ОКА). Данный показатель указывает, какой процент потенциальной канцерогенной активности (TD50 мг/кг/день), тестированной на лабораторных животных, получает человек ежедневно на протяжении своей жизни. Чем меньше значение индекса ОКА, тем выше его потенциальная канцерогенная активность. В табл. 11.1 представлены значение ОКА для некоторых ксенобиотиков, находящихся или образующихся в продуктах питания.
Таблица 11.1.
Значения индекса ОКА для некоторых продуктов
|
Источник |
Соединение |
Индекс ОКА |
Потребление в сутки |
|
Кофе |
Кофеиновая кислота |
0,1 |
23,9 мг |
|
Кофе |
Катехол |
0,02 |
1,33 мг |
|
Кофе |
Гидрохинон |
0,006 |
333 мкг |
|
Пиво |
Диметилнитрозамин |
0,008 |
726 нг |
|
Пиво |
Фурфурол |
0,0003 |
39,9 мкг |
|
Пиво |
Уретан |
0,00001 |
115 нг |
|
Сельдерей |
Кофеиновая кислота |
0,004 |
858 мкг |
|
Бекон |
Диэтилнирозамин |
0,0007 |
11,5 нг |
|
Бекон |
N--нитрозопирролидон |
0,0004 |
196 нг |
|
Бекон |
Диментилнитрозамин |
0,0004 |
34,5 нг |
|
Питьевая вода |
Бромдихлорметан |
0,0004 |
13 мкг |
|
Тосты |
Уретан |
0,00007 |
811 нг |
|
Петрушка |
8--метоксипсорален |
0,00005 |
1,17 мкг |
Необходимо отметить, что, несмотря на поступление в организм человека соединений с выраженной канцерогенной активностью, их действие во многом нивелируется. Во--первых, адаптированной под это системой детоксикации ксенобиотиков (см. гл. 4). Во--вторых, антиканцерогенным действием обладает целый ряд соединений, также содержащихся в пищевых продуктах. Сюда относятся антиоксиданты – аскорбиновая кислота, витамины Е и А. Мощным антиканцерогенным действием обладает растительный монотерпен – лимонен, содержащийся в больших количествах в цедре цитрусовых (рис. 11.1). Именно поэтому весьма важное значение в питании человека на современном этапе имеет значение поступление в организм достаточных количеств антиканцерогенных соединений, которые способны нейтрализовать действие ксенобиотиков естественного и антропогенного происхождения.
11.3. Аллергии, вызываемые продуктами питания
Аллергия индуцируется преимущественно белковыми веществами, содержащимися в продуктах питания. Самые частые аллергены альфа--лактальбумин, бета--лактглобулин, казеин и липопротеины молока коров. Альбумин, содержащийся в пшенице, также проявляет сильное аллергенное действие. Могут иметь также место аллергические реакции на орехи, цитрусовые, косточковые плоды, различные овощи (например, стручковые, помидоры), куриный белок, белок, находящийся в рыбных продуктах, а также на пищевые добавки.
У 90% людей с имеющейся пищевой аллергией наблюдаются изменения со стороны кожи и легочной системы. Чаще всего поражается слизистая губ, глаз и языка. В дальнейшем могут встречаться: тошнота, головные боли, судороги, поражение сердечно--сосудистой системы.
Особенно часто наблюдается реакция со стороны желудочно--кишечного тракта (диарея).
Некоторые продукты питания (лук, редька, острые пряности) или измененная кишечная флора (например, благодаря размножению грибковых микроорганизмов) благоприятствуют аллергическим реакциям (см. гл. 5).
Содержание аллергенов в растениях может изменяться в зависимости от части употребляемого растения и от стадии его зрелости. Некоторые аллергены могут легко денатурироваться (например, в коровьем молоке и пшенице при нагревании до 120C, в яблоках путем окисления на воздухе). Напротив, аллергены в мясе птицы, рыбы, орехах и бобах очень устойчивы.
11.4.Токсические соединения, образующиеся в продуктах питания
и организме человека
Биогенные амины (БА). Могут образовываться микроорганизмами, например, при ферментативном декарбоксилировании (рис. 11.2).
Произведенные с помощью микробиологической техники продукты питания (например, сыры, пиво) содержат значительные количества БА. С другой стороны, при порче продуктов питания в них также может увеличиваться содержание БA вследствие деятельности микроорганизмов.
Высокое поступление аминов с продуктами питания при одновременном приеме определенных медикаментов способно повышать кровяное давление: например через тирамин, обычно расщепляющийся в кишечнике с помощью фермента моноаминооксидазы (MAO). MAO может ингибироваться гипотензивными препаратами, антидепрессантами или противотуберкулезными препаратами таким образом, что концентрация тирамина в кишечнике увеличивается. В этом случае всасываются большие количества тирамина, что способствует освобождению норадреналина из симпатических нервных окончаний и повышению кровяного давления (рис. 11.3).
Содержание тирамина в продуктах питания составляет в среднем около 50 мкг/г. Однако, в некоторых их них (шоколаде, сыре, пиве, вине и квашеной капусте) тирамин содержится в повышенных количествах. Сыр может содержать до 900, а экстракты дрожжей до 2000 мгк/г. Пациентам с высоким кровяным давлением частое употребление этих продуктов питания может быть небезвредно. Подобным же образом такой биогенный амин, как серотонин, (содержащийся в бананах, грецких орехах, помидорах) способен также увеличивать кровяное давление. Другой БА гистамин, находящийся в некоторых сортах вин, где его содержание может достигать 25 мг на литр, способен вступать в соединение с этанолом. Прием значительных количеств гистамина ведет к острой интоксикации у человека, которая выражается сильными головными болями и спазмами гладкой мускулатуры.
Содержание БА в продуктах питания может быть снижено промывкой водой или сменой консервирующей жидкости.
11.5. Ксенобиотики, поступающие в организм в результате получения, обработки или хранения пищевых продуктов
Генетически модифицированные (трансгенные) продукты (ГМП). К этим продуктам питания относятся изделия, которые были получены генно--инженерными технологиями. За последнее десятилетие объем производства генетически--измененных продуктов в мире резко возрос. В табл. 11.2 приведены значения площадей в некоторых странах мира, на которых возделываются трансгенные растения.
Табл.11.2
Объем производства ГИП в некоторых странах мира в 2003 г.
|
Страна |
Площадь |
Культура |
|
США |
42,8 млн. га |
Соя, маис, хлопок, рапс |
|
Аргентина |
13,9 млн. га |
Маис, соя |
|
Индия |
100000 га |
Хлопок |
|
Румыния |
70000 га |
Соя |
|
Филиппины |
20000 га |
Маис |
|
Германия |
Несколько сотен га |
Маис |
Цели, которые преследуют при получении генетически--измененных растений следующие: повышение резистентности к действию вредителей (маис, хлопок, картофель), вирусов (картофель), изменение качественного состава продукта, например по содержанию жирных кислот (рапс, соя), белка (картофель), антиоксидантов (томаты) и др., изменение внешнего вида растений, например по окраске (гвоздика). Идут интенсивные работы по созданию растений, продуцирующих лекарственные вещества (с помощью табака – гемоглобин, коллаген, с помощью картофеля – интерферон, сывороточный альбумин, с помощью рапса – герудин).
Риск для человека состоит в возможном активном или косвенном вмешательстве генетически измененных продуктов в физиологическую и метаболическую активность клеток и тканей человеческого организма со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Так, например, молоко коров может содержать рекомбинантный гормон роста (rBGH) известный так же, как рекомбинантный бычий соматотропин. Фирменное название Posilac. С 1993 г. этот препарат производится методами генной инженерии. Используется в животноводстве с целью повышения надоев. Препарат вводят животным каждые две недели, вызывая стимуляцию образования молока на 520%.
Введение rBGH приводит к увеличению вероятности маститов, протекание которых связано с попаданием в молоко патогенных микроорганизмов. Основной способ лечения маститов у животных введение животным антибиотиков. В свою очередь их использование вызывает повышение устойчивости микроорганизмов, например, сальмонеллы, что создает трудности в лечении у человека инфекционных заболеваний.
Более того, мутантные бактерии могут передавать свои гены другим микроорганизмам. Это происходит путем обмена цепи ДНК, называемой плазмидой. Даже относительно непатогенные бактерии типа E. coli, присутствующие в кишечнике человека могут получать невосприимчивость к антибиотику и передавать ее по наследству, а также другим бактериям, например, возбудителями тифа или холеры.
Помимо этого показано, что rBGH увеличивает в организме животных концентрацию инсулин--подобного фактора--1 (IGF--1). IGF--1 состоит из 70 аминокислот и имеет такую же первичную структуру, как человеческий пептид.
В присутствии казеина, основного протеина коровьего молока IGF--1 не подвергается разрушению при пастеризации, а также при пищеварении. Казеин обеспечивает защитный эффект на IGF--1 молока коров и гормон остается неповрежденным в кишечнике тех людей, которые потребляют молоко после стимуляции животных rBGH.
Попав с коровьим молоком в организм человека, rBGH увеличивает в нем уровень собственного IGF--1.
Всосавшийся коровий, а также образованный собственный IGF--1 в тонком кишечнике человека способен стимулировать клеточный рост путем изменения подвижности и усиления митотической активности клеток. У животных этот пептид оказывает системные эффекты: увеличивает массу тела, печени, длину трубчатых костей. Помимо этого, IGF--1 вызывает рост опухолей у лабораторных животных и людей путем торможения запрограммированной смерти клетки (апоптоза).
Способность индуцировать акромегалию делает его потенциально опасным для детей и подростков. Действие у человека проявляется в увеличении риска появления злокачественных образований молочной железы и толстого кишечника. Помимо этого, IGF--1 обладает эстроген--подобным действием.
Еще один пример потенциальной опасности «новых продуктов» генетически спроектированный помидор Flavr Savr. Это растение содержит ген, который придает стойкость к действию антибиотика канамицина. Этот ген может быть передан бактериям в желудочно--кишечном тракте человека, создавая, тем самым новые нечувствительные к антибиотикам микробы с серьезными последствиями для здоровья.
11.6. Вредные вещества, образующиеся при приготовлении пищи
Продукты «реакции Малларда». Возникают между карбонильными группами восстановленных сахаров и аминогруппами аминов, пептидов и белков. При приготовлении пищи они желательны вследствие придания продукту аромата, определенных вкусовых свойств и специфической окраски. При этом возникают побочные, токсичные и мутагенные продукты.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). К ПАУ относится бенз[а]пирен, образующийся при копчении продуктов, а также при приготовлении пищи на гриле в том случае, если жир попадает на раскаленный древесный уголь (рис. 11.4).
Копченая ветчина может содержать до 3 мкг/кг, приготовленное на гриле мясо до 50 мкг бенз[а]пирена/кг. Допустимое количество для мясных продуктов составляет 1 мкг/кг.
Овощи и зерно могут накапливать ПАУ из грунта и воздуха до 20 мкг/кг (суммарное содержание). При питании человек получает ежедневно в сумме только около 3 мкг ПАУ. Повышенное потребление подобных ксенобиотиков может иметь последствия для здоровья человека. Твердо установлено, что бенз[а]пирен обладает в отношении человека и животных мутагенным и канцерогенным действием.
Гетероциклические амины (ГЦА). В конце 70--х гг. японские исследователи из Национального центра по изучению рака сообщили о том, что экстракты из жареной рыбы содержат высоко канцерогенные соединения, которых не имеется в исходном сырье. Было высказано предположение, что указанные соединения могут возникать при жарке мяса (свинина, говядина), а также при приготовлении гамбургеров. Более того, было установлено, что некоторые аминокислоты, такие как триптофан, глютаминовая кислота, а также содержащие их белки также могут давать канцерогенные продукты в результате процесса пиролиза (нагревание при высокой температуре). Эти соединения были выделены и обозначены как гетероциклические амины. В настоящее время их известно около 20.
Среди ГЦА выделяют две группы соединений: неимидазольные и имидазольные. Первая из них содержит аминогруппу, присоединенную непосредственно к пиримидиновому кольцу (рис. 11.5а). Вторая группа – это класс имидазолов, у которых аминогруппа присоединена к имидазольному кольцу (рис. 11.5б).
Образуются ГЦА почти исключительно при кулинарной обработке мяса. Дело в том, что именно в мышечной массе содержится вещество креатин, выполняющее важную роль в энергетическом обеспечении сократительного процесса. В присутствии некоторых аминокислот (напр. фенилаланина), при нагревании образуется метилфенилимидазолпиридинамин (МФИПА) (рис. 11.6). Углеводы, присутствующие в мясе, способствуют этой реакции.
Существует несколько факторов, существенно влияющих на образование ГЦА. Чем выше температура кулинарной обработки и ее продолжительность, тем выше содержание ГЦА в конечном продукте. Показано, что их образование начинается при 150оС и становится максимальным при 250оС. Другим фактором является вид кулинарной обработки. Наибольшие количества этих канцерогенов дает поджаривание мяса, а также приготовление барбекю. В то время, как варка мяса, тушение, обработка в микроволновой печи вообще не способствуют образованию ГЦА.
На рис. 11.7 приведены данные об образовании двух ГЦА при различных видах и продолжительности кулинарной обработки.
Среди всего семейства ГЦА, присутствующих в диете европейских народов, наибольшей потенциальной опасностью обладают пять из них. В табл. 11.3 показано количественное соотношение упомянутых ГЦА при различных видах кулинарной обработки.
Таблица 11.3
Количество ГЦА в различных образцах диеты человека
|
Соединение |
Продукт и способ приготовления |
Количество ГЦА (мкг/кг) |
|
ПИА |
Жареная говядина |
3,2--8,9 |
|
Лосось (барбекю) |
2,8--109 |
|
|
Запеченный лосось |
н.опр. |
|
|
МФИПА |
Жареная говядина |
23,5--48,5 |
|
Запеченный лосось |
н.опр - 18 |
|
|
Лосось (барбекю) |
2--73 |
|
|
ДМИХСА |
Жареная говядина |
5,1--8.3 |
|
Жареный лосось |
1,4--5 |
|
|
ТМИХСА |
Жареная говядина |
1,3--2 |
|
Жареный бекон |
2,0 |
|
|
МИХА |
Жарения говядина |
0,02--0,6 |
|
Отваренный лосось |
0,3--1,8 |
В целом, показано, что индивидуумы, которые ежедневно едят жареное мясо получают в день от 1 до 20 мкг ГЦА. Их потребляемые количества уменьшаются в ряду:
МФИПА → ПИА → ДМИХСА → ТМИХСА → МИХА
Метаболизм ГЦА играет важную роль в их канцерогенной способности. Строго говоря, ГЦА являются лишь проканцерогенами и становятся таковыми в результате их детоксикации в ткани печени, т.е. в результате метаболической активации. Схематично этот процесс изображен на рис. 11.8 .
Прежде всего, ГЦА гидроксилируется по месту расположений аминогруппы с образованием N--гидроксиамина. Это происходит, как указывалось ранее, с помощью цитохрома Р450 (CYP1A2). Образовавшийся продукт, на второй стадии метаболизируется до эфира. Ацетопроизводные аминов являются потенциальными электрофилами, способные реагировать с макромолекулами, например с белками и ДНК, что приводит к образованию аддуктов. Аддукты возникают преимущественно с гуанином полинуклеотидной цепочки ДНК. Этим самым изменяется первичная структура ДНК. Если аддукт не будет удален из макромолекулы при ее репарации, то это может послужить толчком к клеточной мутации путем замены гуанина на тимин.
Помимо реакций метаболической активации, ГЦА способны обезвреживаться без образования активных канцерогенов. Этот процесс происходит путем конъюгации с глюкуроновой или серной кислотами.
С ГЦА связывают возникновение злокачественных опухолей кишечника и молочной железы. Высокая вероятность заболеваний раком молочной железы связана с высокой активностью упомянутой N--ацетилтрансферазы, одного из ферментов метаболической активации этих соединений.
На канцерогенность ГЦА влияют многие факторы, которые способны как снизить их воздействие, или, наоборот, потенцировать их активность. К числу первых их них относятся хлорофилл, индолы, изотиоцианаты, изофлавоноиды, полифенолы, которые содержатся в зеленых растениях, овощах и фруктах. При этом, грубые волокна и хлорофилл тормозят поглощение ГЦА. Индолы, изотиоцианаты, изофлавоноиды тормозят метаболическую активацию и стимулируют обезвреживание. Природные антиоксиданты (токоферол, каротин), полифенолы, содержащиеся в чае, а также кальций ингибируют прогрессию злокачественно--трансформированной клетки, тормозя формирование опухоли.
К числу вторых следует отнести животный жир. Следовательно, богатая на жир диета будет способствовать развитию опухолей.
И, наконец, важную роль будут играть способы приготовления пищи. При этом, следует избегать пережаривания, реже употреблять барбекю, не употреблять излишне прожаренные мясные продукты, имеющие «корочку» и др.
11.7. Остаточные вещества в продуктах питания, которые применяются в сельском хозяйстве
Медикаменты и кормовые добавки. Используются как лекарственные (антибиотики), так и вспомогательные средства, которые могут по пищевой цепочке попадать в организм человека. У людей вырабатывается резистентность к антибиотику или могут возникать аллергические реакции. Количество применяемых в сельском хозяйстве антибиотиков колоссально. Подсчитано, что приблизительно половина из 7 тысяч тонн всех производимых в мире антибиотиков используется в животноводстве и скармливается животным.
Помимо этих соединений весьма широко применяются половые гормоны (например, эстрадиол, тестостерон).
Использование тиреостатиков приводит к увеличению веса животных. Продукт их распада тиомочевина является канцерогеном. Глюкокортикоиды (кортизон), бета--блокаторы и психофармацевтические средства (например, валиум) дают свиньям в качестве седативных препаратов для предотвращения стресса, и, тем самым, они также могут попадать в организм человека. Витамины назначаются как лекарственные средства и добавки, которые накапливаются в печени животных (например, витамин A) и вследствие избыточного поступления у людей способны вызывать негативные реакции.
11.8. Токсины, образующиеся в продуктах питания. Микотоксины. Эргоалкалоиды образуются, например, грибами Claviceps purpurea. Это явление имеет место на ржи в дождливые годы. При этом образуется черно--фиолетовая спорынья. Ее алкалоид эргометрин термостабильное соединение (рис. 11.9). Прием миллиграммовых количеств этого соединения токсичен для человека.
Афлатоксины образуются плесневыми грибами (напр. Aspergillus flavus). Последние растут на орехах, пряностях и злаках, которые хранятся во влажных помещениях. Матери могут передавать токсины новорожденным через молоко. Весьма высоко воздействие афлатоксинов на население в развивающихся странах Африки и Азии.
Афлатоксины считаются гепатотоксичными и канцерогенными ядами (рис. 11.10).
Микотоксин патулин образуется штаммами грибов Penicillum expansum и содержится в испорченных фруктах и соках (рис. 11.11).
Грибы растут на прелых фруктах, зерне и орехах. Потребление токсинсодержащего продукта питания может вести у людей к повреждению печени и почек. Известно канцерогенное действие патулина для человека.
С микотоксинами человечество сталкивалось с незапамятных времен. Об эрготизме (от фр. ergot – спорынья) упоминается еще в Ветхом Завете. О массовых проявлениях эрготизма упоминалось уже в 800 гг. н.э. Наиболее высокая летальность от этого заболевания имела место в 18 столетии. В настоящее время острые и хронические виды патологии от микотоксинов часто встречаются в развивающихся странах.
Основная причина этого явления – заражение злаковых (пшеница, ячмень, овес) спорыньей, т.е. грибками из рода Fusarium (F. graminearum, F.culmorum, F.sporotrichiodes). все перечисленные виды продуцируют трихотеновые микотоксины, главным из которых является диоксиниваленол (рис. 11.12)
Распространенность его весьма велика. Он обнаруживается в пшенице почти всех стран мира (табл. 11.4).
Таблица 11.4
Среднее содержание диоксиниваленола в образцах пшеницы разных стран.
|
Страна |
Содержание, мг/мг. |
|
Англия |
0,03 |
|
Непал |
0,06 |
|
Польша |
0,1 |
|
Италия |
0,12 |
|
Австралия |
0,14 |
|
Франция |
0,27 |
|
Индия |
0,31 |
|
Норвегия |
0,35 |
|
Швеция |
0,4 |
|
США |
0,55 |
|
Япония |
1,18 |
|
КНР |
2,82 |
|
Аргентина |
41,0 |
На молекулярном уровне этот ксенобиотик способен повреждать мембраны и является сильным ингибитором синтеза белка. Наименее подвержены токсическому действию диоксиниваленола жвачные животные, так как бактерии, содержащиеся у них в рубце способны разрушать это соединение. Конкретные эффекты воздействия состоят в иммунодепрессивном эффекте и нефротоксических проявлениях.
В конце второй мировой войны вследствие потребления зараженной пшеницы в бывшем Советском Союзе были отмечены массовые случаи отравления среди населения микотоксинами в виде алиментарно--токсической алейкии. Симтомы этой патологии проявлялись в том, что вскоре после употребления зараженного зерна люди жаловались на тошноту, рвоту, слабость и тахикардию. После короткого «светлого» промежутка присоединялась прогрессивная лейкопения, анемия и тромбоцитопения. Если употребление хлеба, приготовленного из загрязненного микотоксинами зерна продолжалось, ведущим симптомом становились петехиальные кровоизлияния на верхней половине тела с некрозом в области рта и лица. Вследствие присоединения вторичной инфекции больные погибали, хотя перевод их на питание нормальным хлебом мог привести к выздоровлению в течение 2 месяцев.
Массовые отравления диоксиниваленолом были зарегистрированы в штате Кашмир (Индия) в 1988 году, когда на рынке появилась зараженная пшеница. Подобные случаи имели место в Китае, Японии, Корее. В условиях глобального потепления эта проблема может еще более обостриться.
11.9. Металлы
Эти компоненты находится в продуктах питания, консервах и посуде (алюминий, олово, медь) и являтся причиной различных расстройств. Восемь химических элементов (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, стронций, цинк, железо) объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по Codex Alimentarius включил в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания.
Ртуть. Металл занимающий особое место в истории цивилизации. Добыча золота и величайшие технические достижения в электронике и ядерной технике были бы невозможны без применения этого замечательного металла. В последние 10--тилетия становится все более очевидным, что эта проблема значима не только для персонала, работающего со ртутью в производственных условиях, но и для большинства городского населения. Не случайно, что хронические отравления парами ртути в конце XX века, по мнению медиков, перешли из разряда профессиональных заболеваний в болезнь популяции. Несмотря на огромные усилия предпринимаемые для замены ртутьсодержащих изделий на более безопасные, полностью избавиться от ее применения человечеству вряд ли удастся. Поэтому у нас нет другой альтернативы как научиться держать ртуть под контролем и знать, где может подстерегать "ртутная опасность".
Ртуть рассеянный элемент. В атмосферу поступает как в ходе природных процессов (испарение со всей поверхности суши, возгонка ртути из соединений, находящихся на большой глубине в толще земной коры; вулканическая деятельность), так и за счет антропогенной деятельности (пирометаллургическое получение металла и все процессы, в которых используется ртуть, сжигание любого органического топлива, цветная металлургия, термические процессы с нерудными материалами и т.п.).
Техногенно рассеиваемая ртуть (пары, водорастворимые соли, органические соединения) отличается геохимической подвижностью по сравнению с природными (преимущественно сульфидными, труднорастворимыми, малолетучими) соединениями ртути и поэтому более опасна в экологическом отношении.
Поступившие в атмосферу пары ртути сорбируются аэрозолями, вымываются атмосферными осадками, сорбируются почвой, включаясь в круговорот в почве и воде (ионизируются, превращаются в соли, подвергаются метилированию, усваиваются растениями и животными). В процессе аэрогенной, водной, почвенной и пищевой миграции Hg(0) превращается в Hg(2+).
Метилирование неорганической ртути в донных отложениях озер, рек и других водотоков, а также океанов ключевой этап процесса миграции ртути по пищевым цепям водных экосистем. Были выделены почвенные микроорганизмы, способные метилировать ртуть.
Метилирование ртути микроорганизмами подчиняется следующим закономерностям:
Ртуть относится к числу микроэлементов, постоянно присутствующих в теле человека, но не является эссенциальным микроэлементом.
Ртуть отличается высокой токсичностью для любых форм жизни.
Токсическое действие ртути зависит от вида соединения: алкилртутные соединения токсичнее неорганических. Наиболее токсичные алкилртутные соединения с короткой цепью метилртуть, этилртуть. Они больше накапливаются в организме, лучше растворяются в липидах, легче проникают через биологические мембраны. Чувствительность нервной системы к метил-- и этилртути выше, чем к другим соединениям.
В организм человека ртуть может попадать с продуктами питания растительного и животного происхождения, продуктами моря, атмосферным воздухом и водой. В производственных условиях основное значение имеет поступление ртути в организм через дыхательные пути в виде паров или пыли. Пары ртути полностью задерживаются в дыхательных путях, если концентрация их в воздухе не превышает 0,25 мг/м3.
Резорбция ртути в пищеварительном канале зависит от типа соединения: резорбция неорганических соединений составляет 215%, фенилртути 5080%, метилртути 9095%. Метилртуть стабильна в организме, другие алкилртутные соединения быстрее трасформируются в неорганические.
При всех путях поступления ртуть накапливается преимущественно в почках, селезенке и печени. Органические соединения, хорошо связываясь с белками, легко проникают через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры и накапливаются в головном мозге, в том числе и плода, где их концентрация в 1,52 раза больше, чем у матери. В мозговой ткани метилртути содержится в 56 раз больше, чем в крови.
Поступление ртути в организм отрицательно влияет на обмен пищевых веществ: неорганические соединения ртути нарушают обмен аскорбиновой кислоты, пиридоксина, кальция, меди, цинка, селена; органические соединения обмен белков, цистеина, аскорбиновой кислоты, токоферолов, железа, меди, марганца, селена.
Выделение ртути из организма осуществляется всеми железами желудочно--кишечного тракта, почками, потовыми и молочными железами, легкими. В грудном молоке обычно содержится около 5% от ее концентрации в крови. Неорганические соединения выделяются преимущественно с мочой (период полувыведения из организма 40 суток), а органические соединения на 90% выделяются с желчью и калом (период полувыведения из организма 76 суток). Выделение ртути из организма новорожденных медленнее, чем у взрослых. Ртуть выводится из организма неравномерно. По мере выделения ртуть мобилизуется из депо. По--видимому, различные стрессовые ситуации стимулируют мобилизацию ртути, с чем связывают периодические обострения при хроническом меркуриализме.
Ртуть накапливается преимущественно в ядре клетки, остальные субклеточные структуры по содержанию ртути располагаются в следующем порядке: микросомы, цитоплазма, митохондрии. Повреждающее действие ртути распространяется на все субклеточные структуры. В основе механизма действия ртути лежит блокада биологически активных групп белковой молекулы (сульфгидрильных, аминных, карбоксильных и др.) и низкомолекулярных соединений с образованием обратимых комплексов, характеризующихся нуклеофильными лигандами. Установлено включение ртути (Hg2+) в молекулу транспортной РНК, играющую центральную роль в биосинтезе белков.
В начальные сроки воздействия малых концентраций ртути имеет место значительный выброс гормонов надпочечников и активирование их синтеза. Наблюдается возрастание моноаминооксидазной активности митохондриальной фракции печени. Показано стимулирующее действие неорганических соединений ртути на развитие атеросклероза, но эта связь нерезко выражена.
Пары ртути проявляют нейротоксичность, особенно страдают высшие отделы нервной системы. Вначале возбудимость коры больших полушарий повышается, затем возникает инертность корковых процессов. В дальнейшем развивается запредельное торможение.
Неорганические соединения ртути обладают нефротоксичностью. Есть сведения о гонадотоксическом, эмбриотоксическом и тератогенном действии соединений ртути.
Основные проявления хронического воздействия малых концентраций ртути следующие: повышенная нервозность, ослабление памяти, депрессивное состояние, парестезии на конечностях, мышечная слабость, эмоциональная лабильность, нарушение координации движений, симптомы поражения почек. К данной симптоматике могут присоединиться признаки поражение сердечно--сосудистой системы – аномальное повышение артериального давления, тахикардия, изменение электрической активности (ЭКГ). Все эти явления обусловлены воздействием ртути на энзиматическую активность в клетках, увеличением концентрации внутриклеточного кальция, ингибированием синтеза ДНК и РНК, нарушением цитоархитектоники микротрубочек, блокированием нейрорецепторов, ПОЛ в мембранах клеток мозга.
Болезнь Минамата ртутная интоксикация алиментарного происхождения, обусловленная употреблением в пищу рыбы и других гидробионтов, выловленных из водоемов, загрязненных ртутью (Япония) (см. гл. 9).
Во многих странах мира отмечена сходная клиническая картина алиментарных ртутных интоксикаций, обусловленных употреблением протравленного ртутьорганическими соединениями посевного зерна, хлебобулочных изделий из него, а также мяса скота, получавшего это зерно с кормом. Латентный период данных заболеваний в зависимости от суточной дозы метилртути, поступившей в организм человека, составлял от 12 дней до нескольких недель.
Есть сообщения о защитном воздействии цинка и селена при воздействии ртути. Защитное действие селена (в том числе содержащегося в рыбных продуктах, например, в тунце) усматривают в деметилировании ртути с образованием нетоксического селенортутного комплекса. Токсичность неорганических соединений ртути снижают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, а органических соединений протеины, цистеин, токоферолы. Пиридоксин, особенно при избыточном введении в организм, усиливает токсичность ртути.
При изучении болезни Минамата установлено, что подпороговая суточная доза метилртути (по ртути) равняется 4 мкг/кг массы тела, т.е. около 0,3 мг для взрослого человека. Комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам, основываясь на расчетах с применением коэффициента безопасности 10, пришел к выводу, что поступление ртути в организм взрослого человека не должно превышать 0,3 мг в неделю и 0,05 мг в сутки, из которых не более 0,03 мг может составлять метилртуть. По данным ВОЗ, признаки интоксикации метилртутью у наиболее чувствительных к ней людей появляются тогда, когда концентрация ртути в крови превышает 150 мкг/л. Максимально безопасным для взрослых уровнем ртути в крови считается 100 мкг/л. Фоновое содержание ртути в волосах 1020 мкг/г, безопасным уровнем ртути в волосах считают 3040 мкг/г. Содержание ртути в моче больше 10 мкг/сут свидетельствует о возможной опасности хронического отравления, а 50 мкг/сут, при наличии соответствующей симптоматики, служит подтверждением диагноза микромеркуриализма.
Медь. Медь широко распространена в природе и является микроэлементом. Средние концентрации меди в воде рек и озер составляют 7 мкг/л, в океанах 0,9 мкг/л. Важная роль в процессе миграции меди в гидросфере принадлежит гидробионтам; некоторые виды планктона концентрируют медь в 90000 раз. Содержание меди в почвах составляет в среднем 1520 мг/кг.
Биологическая роль меди: входит в состав гематокупреина и др. порфиринов животного мира, входит в состав металлоферментов, например: цитохромоксидазы, лизилоксидазы. Лизилоксидаза осуществляет формирование поперечных сшивок между полипептидными цепями коллагена и эластина. Недостаток меди приводит к образованию дефектного коллагена, что увеличивает вероятность разрыва стенок артерий. Дефицит меди может привести к анемии, незначительному замедлению физического развития детей, увеличению частоты сердечно--сосудистых заболеваний.
Суточная потребность взрослого человека в меди 22,5 мг, т.е. 3540 мкг/кг массы тела; при напряженной мышечной деятельности поступление меди не может быть ниже 45 мг; для детей 80 мкг/кг.
В обычных условиях человек получает в сутки в среднем 25 мг меди, главным образом с пищей. Поступление через легкие незначительно.
При поступлении с пищей в кишечнике всасывается около 30% содержащейся меди. При повышенном поступлении меди в организм резорбция ее снижается, что уменьшает опасность интоксикации. Медь малотоксична. В зависимости от её соединений ЛД50 для теплокровных животных варьирует от 140 до 200 мг/кг массы тела. У человека однократная доза 1020 мг/кг массы тела вызывает тошноту, рвоту и другие симптомы интоксикации. Известны случаи, когда приготовление или подогревание кофе или чая в медной посуде вызывало у людей желудочно--кишечные расстройства.
Медь в количествах 515 мг/кг может придать металлический привкус воде, напиткам, пище. Повышенное содержание меди может обусловить уменьшение срока хранения пищевых жиров и жиросодержащих продуктов (они прогоркают, изменяют цвет). Медь катализирует окисление не только ненасыщенных жиров, но и аскорбиновой кислоты, она снижает её количество в овощах, фруктах и соответствующих соках.
Механизм токсического действия меди связан с блокадой сульфгидрильных групп белков, в том числе ферментов.
Высокая гепатотоксичность меди и её соединений связана с её локализацией в лизосомах гепатоцитов, и со способностью повышать проницаемость мембраны митохондрий. Интоксикации соединениями меди могут сопутствовать аутоиммунные реакции и нарушение метаболизма моноаминов. Острая интоксикация сопровождается выраженным гемолизом эритроцитов. При хронической интоксикации медью и её солями возможны функциональные расстройства нервной системы (обнаружено сродство меди к симпатической нервной системе), печени и почек, изъязвление и перфорация носовой перегородки.
Эксперты ФАО пришли к выводу, что суточное потребление меди может составлять не более 0,5 мг/кг массы тела (до 30 мг в рационе) при нормальном содержании в пище молибдена и цинка — физиологических антагонистов меди.
Стронций. По химическим свойствам сходен с кальцием и барием. По интенсивности поглощения стронций стоит на 4 месте после Cu, Zn и Ba.
Среднее содержание стронция в почвах 0,035%. Нормой для растений считают концентрацию стронция в почве около 600 мг/кг, избыточное содержание от 600 до 1000 мг/кг; при таких условиях становится реальной опасность возникновения уровской болезни. Наиболее богаты стронцием семейства зонтичных (0,044%), виноградовых (0,037%); меньше всего в злаковых (0,011%) и пасленовых (0,009%).
Стронций применяется в металлургии, в электровакуумной технике; в сплаве со свинцом и оловом в производстве аккумуляторов. Гидроксид стронция употребляют для изготовления стронциевых смазок, для выделения сахара из патоки; хлорид стронция в холодильной промышленности, косметике и медицине; карбонат стронция входит в состав глазурей, стойких к атмосферным воздействиям.
Стронций содержится во всех тканях и органах человека, входит в состав скелета высших и низших животных. Стронций оказывает влияние на процессы костеобразования, активность ряда ферментов каталазы, карбоангидразы, щелочной фосфатазы. На изолированные органы стронций действует как кальций, полностью заменяя его. Ионы Sr2+ настолько близки по характеристикам к Ca2+, что включаются в обмен вместе с ним, но, обладая большей скоростью обмена и значительно отличаясь по размеру, они постепенно нарушают нормальную кальцификацию скелета.
Наиболее характерное проявление токсического действия стронция уровская болезнь, клинические признаки которой повышенная ломкость и уродливость костей. Предполагают, что рахитогенное действие стронция связано с блокированием биосинтеза одного из важных метаболитов витамина Д и избыточным отложением фосфора в костях. Имеются указания на зобогенный эффект стронция, его действие как нервного и мышечного яда, способность хлорида стронция стимулировать продукцию тромбоксана B(2) тромбоцитами человека и оказывать местноанестезирующее действие.
Цинк. Цинк относится к группе рассеянных элементов. Цинк относится к наиболее распространенным токсическим компонентам крупномасштабного загрязнения Мирового океана, в настоящее время его содержание в поверхностном слое морской воды достигает 1020 мкг/л. Среднее содержание цинка в почвах мира 5*10--3%.
Цинк компонент сплавов с цветными металлами (латунь, нейзильбер); для защиты стальных и железных изделий от коррозии; служит в качестве наполнителя для резин; используется в производстве стекла, керамики, спичек, целлулоида, косметических средств. Соединения цинка служат пигментами для красок, компонентами для зубных цементов.
Антропогенные источники поступления в окружающую среду: основной источник выброс цинка в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах; шламы сточных вод и сами сточные воды химического, деревообрабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производств, а также рудников, горнообогатительных и плавильных заводов, металлургических комбинатов. Источник поступления цинка в воду вымывание его горячей водой из оцинкованных водопроводных труб до 1,22,9 мг с поверхности 1 дм2 в сутки.
Содержание цинка в теле взрослого человека составляет 12,5 г, 30% депонируется в костях, 60% в мышцах. Цинк всасывается в двенадцатиперстной кишке и верхнем отделе тонкой кишки. В печени часть цинка депонируется, часть трансформируется в металлобелковые комплексы, в частности, металлоэнзимы. Транспортируется цинк кровью в виде комплексов с белками, лишь незначительное количество содержится в ионной форме. Содержание цинка в цельной крови 700800 мкг%; из этого количества 7585% находится в эритроцитах. С возрастом содержание цинка в теле нарастает. Выводится в основном через кишечник (10 мг/сутки), с мочой (0,30,6 мг/сутки), потом (в жаркую погоду до 23 мг/сутки); может выводиться также с молоком.
В основе многих проявлений цинковой интоксикации лежат конкурентные отношения цинка с рядом металлов.
Избыточное поступление цинка в организм животных сопровождалось снижением уровня кальция в крови и в костях, одновременно нарушалось усвоение фосфора, в результате развивался остеопороз.
Цинк обладает кумулятивным токсическим эффектом даже при незначительном его содержании в воздухе. Цинк может представлять мутагенную и онкогенную опасность. Среди шведских горняков, добывающих цинк, наблюдается повышенная смертность от рака. Гонадотоксическое действие цинка проявляется снижением подвижности сперматозоидов и их способности проникать в яйцеклетку.
Железо. Железо один из наиболее распространенных элементов земной коры (4,65% по массе); также один из наиболее распространенных элементов в природных водах, где среднее содержание его колеблется в интервале 0,0126,0 мг/л. Важный фактор миграции и перераспределения железа биомасса Земли. Многие составные части пищевой цепи интенсивно накапливают железо. Активно аккумулирует его водная флора, причем интенсивность накопления зависит от времени года (концентрация возрастает к сентябрю). Интенсивная деятельность железобактерий приводит к тому, что железо в водоемах не рассеивается, а быстро окисляется и концентрируется в донных отложениях. Животные организмы аккумулируют железо в меньших количествах, чем растения.
Антропогенные источники поступления железа в окружающую среду: локальная техногенная аномалия зона металлургических комбинатов, в твердых выбросах которых железо содержится в количестве от 22 000 до 31 000 мг/кг, что сопровождается избыточным его поступлением в почву и растения. Большую опасность представляют сточные воды и шламы металлургического, химического, машиностроительного, нефтехимического, химико--фармацевтического, лакокрасочного, текстильного производств.
В организме здорового взрослого человека содержится 45 г железа, ежедневные потери железа составляют 0,51,3 мг. Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 1130 мг. Она значительно возрастает при беременности, кормлении грудью, при интенсивной мышечной деятельности. В основных пищевых продуктах содержатся следующие количества железа (мкг/100 мг съедобной части): рыба 1000, мясо 3000, хлеб 4000, картофель 900, овощи 700, фрукты 600, молоко 70; в среднем суточный рацион содержит около 28 мг.
Метаболизм железа определяется двумя принципиальными моментами: процессом всасывания железа и запасом железа в организме.
Всосавшееся в желудочно--кишечном тракте восстановленное железо транспортируется кровью в виде ферритина, где оно связано с 1--глобулиновой фракцией белков.
Основная масса металла выводится с калом, меньше с мочой и потом, может выводиться с молоком.
Развитие дефицита железа в организме связано с дисбалансом других микроэлементов:
Источником избыточного поступления железа в организм человека могут стать пищевые продукты, длительно хранящиеся в луженых молочных флягах. Есть данные об отсутствии железодефицитных анемий у женщин, использующих для приготовления пищи железную посуду. В то же время у племени банту в связи с высоким содержанием железа в пищевом рационе отмечены сидероз печени и селезенки и связанные с ними случаи остеопороза позвонков.
Соединения Fe2+ обладают общим токсическим действием: у крыс, кроликов при поступлении в желудок параличи, смерть в судорогах; причем хлориды токсичнее сульфатов. Fe2+ активно участвует в реакциях с радикалами гидроперекисей липидов:
Соединения Fe3+ менее ядовиты, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и вызывают рвоту.
Железо обладает сенсибилизирующим эффектом по клеточно--опосредованному типу, не вызывает реакций немедленного типа. Соединения железа избирательно действуют на различные звенья иммунной системы: стимулируют Т--системы и снижают показатели состояния неспецифической резистентности и общего пула иммуноглобулинов.
Высокое потребление с пищей железа предрасполагает к сердечно--сосудистым заболеваниям. Существует точка зрения, что циклические менструации, связанные с кровопотерей влекут за собой потерю железа, что резко снижает риск сердечно--сосудистой патологии у предклимактеричных женщин. В начале менопаузы, уровни запасенного железа быстро возрастают и вероятность сердечно--сосудистых заболеваний выравнивается.
Долгое время бытовало мнение о необходимости обогащения продуктов питания железом с целью борьбы с железодефицитными состояниями. Однако за последние году появились сомнения в отношении этого из--за того, что железо может быть причиной ряда заболеваний.
Железо более опасно при воздействии per os, по сравнению с его действием на кожу. Аллергенная активность содержащих железо вод возрастает с увеличением температуры воды с 20 до 38 градусов. При накожном воздействии сенсибилизирующий эффект наиболее выражен у Fe3+. Концентрация железа в воде на уровне 2,05,0 мг/л близка к порогу аллергенного действия на человека.
Алюминий. Этот металл широко применяется в машино-- и самолетостроении, для приготовления упаковочных материалов, в медицине как антоцид при лечении гастритов и язв и др. Широко распространен в окружающей среде. Для организма чужеродный элемент, т.к. в выполнении каких--либо биологических функций у млекопитающих не участвует.
Уже указывалось в гл. 8, что алюминий содержится в повышенных количествах в некоторых растениях и получает большую растворимость и подвижность в кислых почвах, т.е. при выпадении кислотных осадков.
Среднее потребление алюминия человеком, как оценивают, составляет 3050 мг в день. Это количество складывается из содержания его в продуктах питания, питьевой воде и лекарственных препаратах. Четверть от этого количества приходится на воду.
Основные источники Al алюминиевая посуда и упаковочный материал, имеющий покрытие из алюминиевой фольги. Кислые консервированные продукты питания и напитки (маринованные огурцы, кока--кола) могут содержать сами по себе небольшие количества алюминия. Al может также поступать с некоторыми продуктами питания, например, морковью, которая может содержать до 400 мг/кг этого металла. Другим источником алюминия является чайный лист. Эпидемиологические исследования, проведенные Канадским Министерством здравоохранения и социального обеспечения в 1993 показали, что пациенты с болезнью Альцгеймера в среднем употребляли чай в 2,5 раза чаще. Некоторые традиционные, часто употребляемые лекарственные соединения (антациды, забуференный аспирин) также содержат в своем составе алюминий.
Известно, что алюминий резорбируется в относительно небольших количествах в ЖКТ около 1%. После резорбции комплексируется преимущественно с трансферрином и распределяется по организму: в легких может накапливаться до 50 мг/кг, в мышцах и костях около 10 мг/кг, в мозге около 2 мг/кг и в сыворотке крови около 10 мкг/л. Удаляется из организма почти исключительно через почки.
Показано, что Al способен замедлять образование костной ткани, что в дальнейшем может сопровождаться ее резорбцией. Помимо этого, этот трехвалентный металл тормозит в ЖКТ всасывание фтора, кальция, железа и неорганического фосфата. Способен влиять на моторику ЖКТ путем торможения индуцированного ацетилхолином сокращения гладких мышц кишечной стенки. Эти явления отмечается часто у пациентов, принимающих Al--содержащие антацидные препараты.
С накоплением в организме алюминия связывают возникновение болезни Альцгеймера – медленно прогрессирующего дегенеративного, неврологического заболевания. Накопление в тканях мозга алюминия сопровождается быстро протекающими дегенеративными изменениями в подкорковых ганглиях, вторичной гидроцефалией, деструкцией гиппокампа, ядер переднего мозга. Биохимически для болезни Альцгеймера характерно угнетение холинергических нейротрансмиттеров, в частности ацетилхолинэстеразы и других энзимов, обеспечивающих холинергические механизмы.
При данном заболевании алюминий связывается и с ядерным хроматином, в частности с ДНК, что ведет к глубокому нарушению механизмов транскрипции в нейронах.
Алюминий способен концентрироваться в ядрах нейронов, в их цитоплазме формируются характерные для болезни Альцгеймера парные спиралевидные нейрофиламенты, обнаруживаемые при электронной микроскопии. Нейрофибриллярный аппарат пораженных нейронов подвергается тяжелым необратимым изменениям, что в свою очередь влечет за собой глубокие нарушения аксонального транспорта, определенную дисгармонию рецепторной активности и характерную дегенерацию дендритов. И хотя довольно точно доказано отложение алюминия в ЦНС, трактовка болезни Альцгеймера только как злокачественной формы нейроалюминоза не однозначна, так как в патогенезе этого заболевания принимают участие и другие факторы (иммуноцитохимические, генетические).
Болезнь Альцгеймера ответственна за 75 процентов деменции в старческом возрасте. Характеризуется прогрессивной потерей памяти и снижением умственных способностей. Пациенты, в конечном счете, становятся прикованными к постели и обычно умирают от пневмонии. Недавние изучения указывают, что степень умственного ухудшения может быть замедлена примерно на 50 процентов при удалении алюминия из организма пациентов путем специальных методов лечения.
11.10. Пестициды. Хлорированные циклические углеводороды
Во всем мире, смертные случаи и хронические болезни из--за воздействия пестицидов составляют приблизительно 1 миллион в год.
Циклические хлорорганические соединения действуют на насекомых, как контактные яды. Они проникают через внешнюю хитин--содержащую кутикулу насекомых и парализуют нервную систему.
Самый известный представитель этой группы соединений дихлордифе--нилтрихлорэтан (ДДТ) (рис. 11.13). Первооткрыватель химик П. Мельник в 1948 г. за его синтез получил Нобелевскую премию.
Другие представители: альдрин, гексахлорциклогексан, гексахлорбензол и др. Применяются в овощеводстве, садоводстве для предпосевной обработки семян, борьбе с вредителями леса, домашнем хозяйстве.
ДДТ высокодейственный инсектицид со сравнительно незначительной токсичностью для теплокровных. В 50--е и 60--е гг. были использованы миллионы тонн ДДТ в борьбе с эпидемиями малярии, желтой лихорадки, тифа и др., а также для защиты растений.
Циркуляция в экосистемах воздухземлявода привела к глобальному распределению ДДТ в среде. Сегодня его находят даже во льдах Арктики. ДДТ продвигается по всем типам трофических путей. Это ведет к обогащению отдельных звеньев пищевых цепочек. При этом человек, как тупиковое звено трофической цепи, обогащается особенно сильно. В этой связи в молоке женщин регистрируются наиболее высокие концентрации инсектицидов. Молоко женщин своеобразный биоиндикатор по нагрузке населения этими соединениями.
После того, как эти факты в 60--е гг. были обнаружены, подобные инсектициды были запрещены к применению в западных индустриальных странах (за исключением линдана). В африканских и азиатских государствах в силу низкой стоимости ДДТ и эффективного его действия в борьбе с малярией это соединение применяется до сих пор.
ДДТ и его аналоги довольно стабильные соединения. Обладают незначительной абиотической (путем фотолиза) и микробной деградацией в окружающей среде и поступают в организм человека, в основном, с липид--содержащими продуктами питания (молоком, молочными продуктами, мясом, рыбой и яйцами). Распределяются преимущественно в тканях также богатых жирами. Период полувыведения довольно продолжительный около 1 года. В определенных состояниях, например при голодании, и, следовательно, распаде жировых депо происходит распределение их по организму, и концентрация хлорорганических соединений в других тканях быстро повышается. То же наблюдается при некоторых заболеваниях, например, при раке. При грудном вскармливании у женщины также снижаются запасы жира в организме и тогда подобные соединения появляются в грудном молоке.
При воздействии ДДТ у человека происходит индукция микросомальных печеночных энзимов, сопровождающаяся ускоренным окислительным метаболизмом ксенобиотика. У животных ДДТ и его аналоги оказывают воздействие на репродуктивную систему и, помимо этого, обладают канцерогенным действием.
К ПХБ относится многочисленная группа неполярных хлорсодержащих соединений, которые применяются как гидравлические жидкости, невоспламеняемые жидкости, изоляторы в трансформаторах и др. Различаются по количеству атомов хлора в молекуле (рис. 11.14, табл. 11.5).
Таблица 11.5.
Классификация ПХБ
|
Условный номер |
Тип ПХБ |
|
28 |
2,4,4’-- трихлорбифенил |
|
52 |
2,2’,5,5’-- тетрахлрбифенил |
|
101 |
2,2’,4,5,5’--пентахлорбифенил |
|
138 |
2,2’,3,4,4’,5’-- гексахлорбифенил |
|
153 |
2,2’,4,4’,5,5’-- гексахлорбифенил |
|
180 |
2,2’,3,4,4’,5,5’-- гептахлорбифенил |
Всего возможно существование 209 подобных соединений.
Определенные производные (условные номера 28, 52, 101, 138, 153, 180) считаются индикаторными соединениями по загрязнению окружающей среды.
Общее количество ПХБ, произведенных с 1929 г. в ряде стран мира, составляет примерно 1,5 млн. т. Крупнейшим производителем ПХБ были США, где коммерческое их производство началось в 1929 г., достигло максимума во второй половине 60--х гг. и прекратилось к концу 70--х гг. Всего в США было произведено около 647 тыс. т. ПХБ, в Японии за 1954–1972 гг. произведено около 59 тыс. тонн. В Великобритании запрещен выпуск ПХБ с 1977 г., в ФРГ и Италии с 1983 г. По--прежнему производятся ПХБ во Франции (около 4 тыс. тонн в год), в Испании, Польше. В 19801983 гг. в Чехословакии только одна компания Чемко производила ежегодно около 500 тонн ПХБ.
Эти соединения носят различные торговые названия: Ароклор, Пироклор, Пиранол, Канеклор, Орофен, Делор и Совол. В последнее время установлено, что ПХБ образуются также при производстве некоторых других веществ как побочные продукты или примеси.
ПХБ обладают уникальными физическими и химическими свойствами: невоспламеняемость, устойчивость к действию кислот и щелочей, к окислению и гидролизу, низкая растворимость в воде, термоустойчивость, высокое электрическое удельное сопротивление, широкие диэлектрические характеристики, низкое давление пара при обычной температуре.
Высокая химическая устойчивость ПХБ, их невоспламеняемость, отличные диэлектрические качества, пластичность, адгезивность обусловливают их широкое применение в самых различных отраслях промышленности.
ПХБ входят в состав копировальной бумаги, смазочных материалов, чернил, красок, добавок в цемент и другие материалы, огнезащитных средств, пестицидов, клеев, уплотняющих жидкостей и т. д.
ПХБ легко всасываются и поступают в организм при накожном, ингаляционном и пероральном применении. Кроме того, эти вещества перемещаются на большие расстояния. Известно, что их находят во льдах, снегах и воздухе арктических районов земного шара.
Основной же источник ПХБ для человека их пероральное поступление с богатыми на жировые компоненты пищевыми продуктами (табл. 11.6). После всасывания, в зависимости от степени хлорирования, ПХБ метаболизируются в печени; при этом в результате этих процессов их токсичность увеличивается (явление метаболической активации). Наличие большого числа атомов хлора в бифенильном ядре ПХБ делает их молекулу труднодоступной для действия различных ферментных систем клеток.
Таблица 11.6.
Основные пищевые источники поступления ПХБ
|
Источник |
Общее содержание ПХБ (28+52+101+138+153+180) |
|
Морская рыба |
0,1 мг/кг сырого веса |
|
Речная рыба |
2,2 мг/кг сырого веса |
|
Злаковые |
< 0,01 мг/кг массы |
|
Молочные продукты |
0,14 мг/кг жира |
|
Женское молоко |
1,4 мг/кг жира |
Высоко хлорированные ПХБ аккумулируются в жировой ткани тела (около 2 мг/кг, в женском молоке около 1 мг/кг жира молока). По мнению экспертов ВОЗ, содержание таких соединений как ПХБ в материнском молоке уже достигло опасных пределов во многих странах мира.
В Японии было установлено, что ПХБ и их производные способны проникать через плаценту беременных женщин, являясь причиной мертворождений и снижения массы тела новорожденных.
Выведение отдельных ПХБ происходит очень медленно с периодами полураспада между 1 и 10 годами. Выведение из организма происходит, главным образом, через желудочно--кишечный тракт, незначительная их часть выделяется через почки в виде продуктов гидроксилирования и с грудным молоком.
В крови населения земного шара обнаруживают от 2 до 5 мкг/кг ПХБ всех степеней хлорированности. Указанный показатель у мужчин выше, чем у женщин, он неизменно повышается с возрастом. В жировой ткани концентрация ПХБ примерно в 1000 раз выше, чем в крови, составляя порядка нескольких мкг/кг.
Токсический эффект ПХБ связан с действием на ЦНС (головные боли, нарушение концентрации внимания), постепенным выпадением волос, нарушении функции печени, угнетением иммунной системы и развитием опухолей печени.
11.11.2. Полихлорированные дибенз--диоксины и --фураны
Класс полихлорированных дибенздиоксинов (ПХДБД) и дибензфуранов (ПХДБФ) насчитывает 210 изомерных соединений. Токсичный потенциал изомеров варьирует от 1000 до 10000; наиболее токсикологически опасны изомеры с замещениями по положениям 2, 3, 7, и 8, самая большая токсичность этой группы имеет 2,3,7,8--тетрахлордибенз--р--диоксин (2,3,7,8--ТХДБД) (рис. 11.15).
Для оценки токсичности для человека применяют фактор эквивалентной токсичности (ФЭТ). Относительную активность оценивают по токсичности 2,3,7,8--ТХДБД (ФЭТ=1) и выражают приближенно в эквивалентах токсичности (ЭТ).
Эти соединения образуются при синтезе определенных хлорорганических соединений, например, биоцидов. Именно с ними была связана известная авария в итальянском городке Севезо в 1976 году, при которой в окружающую среду били выброшены значительные количества 2,3,7,8--ТХДБД (так называемый Севезодиоксин), что привело к многочисленным жертвам среди населения.
Помимо этого, подобные продукты образуются при сжигании мусора (хлорсодержащих соединений), при работе двигателей внутреннего сгорания, при сжигании топлива, в промышленных выбросах и табачном дыме. Среднее содержание ПХДБД и ПХДБФ в объектах окружающей среды представлено в табл. 11.7.
Таблица 11.7.
Содержание полихлорированных дибенз--диоксинов и дибенз--фуранов
в объектах окружающей среды
|
Источник |
Содержание |
|
Почва городских свалок |
< 1000 пг/кг |
|
Трава |
< 500 пг/кг |
|
Коровье молоко |
1 пг/г жира |
|
Вода |
< 1 пг/л |
|
Табачный дым |
1 пг ЭТ/м3 |
|
Выхлопные газы автомобилей |
0,1 нг ЭТ/м3 |
По пищевым цепочкам вещество попадает в организм человека. Показано, что ингаляционное поступление ПХДБД и ПХДБФ составляет меньше 1%; поступление через кожу также незначительно. Основное количество (примерно 1,3 пг ЭТ/кг массы/день) поступает с продуктами питания, в основном, с богатыми на содержание жира продуктами (рыба, мясо, молочные продукты, яйца). Из--за незначительного коэффициента перехода между почвой и корнями растений овощи играют незначительную роль.
Выведение ПХДБД/ПХДБФ снижается при увеличении степени галогенизированности соединений. 2,3,7,8--ПХДБД выводится из организма очень медленно, преимущественно с желчью. Период полувыведения составляет у человека от 5 до 7 лет. Наиболее высокие концентрации находятся в печени и жировой ткани. В среднем в жировой ткани организма аккумулируется примерно 40 нг ЭТ/кг. На основе высокой липофильности ПХДБД/ПХДБФ и длинного периода полувыведения может значительно возрастать их концентрация в женском молоке.
Вызывают опасения концентрации ПХДБД/ПХДБФ в женском грудном молоке (в среднем 30 нг ЭФ/кг жира молока). Это способствует тому, что к новорожденному с молоком матери поступает в среднем диоксинов и фуранов около 100 пг ЭФ/кг массы.
В качестве допустимого уровня поступления в 1991 г. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) была принята величина 10 пг ЭФ/кг массы в день, хотя в некоторых странах этот параметр может различаться в 1000 раз (рис. 11.16).
Механизм действия 2,3,7,8--ПХДБД сводится к связыванию с молекулой Ah--рецептора, которая находится в цитозоле печеночных клеток. Активированный протеин переносится в клеточное ядро и стимулирует транскрипцию с диоксин--чувствительного гена. Образующаяся мРНК на рибосомах служит матрицей для синтеза измененного цитохрома Р--450, который модулирует обмен веществ.
Помимо этого для ПХДБД характерен иммуносупрессивный и тератогенный и канцерогенный эффекты (рис. 11.17).
230