В зависимости от химической природы соединений и их воздействия на организм человека все загрязняющие соединения можно разбить на девять групп.
К первой группе относят радионуклиды, которые могут попасть в пищевые продукты случайно или в результате специальной обработки. Особенно остро встала проблема загрязнения пищевых продуктов после аварии на Чернобыльской атомной станции.
Ко второй группе относят тяжелые металлы и другие химические элементы, которые в концентрациях выше физиологической потребности вызывают токсическое или канцерогенное воздействие на организм человека. Ос новную массу загрязняющих тяжелых металлов и соединений составляют: фтор, мышьяк и алюминий, а также хром, кадмий, никель, олово, медь, свинец, цинк, сурьма и ртуть.
К третьей группе относят микотоксины - соединения, накапливающиеся в результате жизнедеятельности плесневых грибов. Как правило, грибы развиваются на поверхности пищевых продуктов, а продукты их метаболизма могут проникать и вовнутрь. На сегодня известно свыше 100 микотоксинов, но наиболее известны афлатоксины и патулин.
В четвертую группу включают пестициды и гербициды. Эти соединения используются для защиты растений в сельском хозяйстве и попадают чаще всего в пищевые продукты растительного происхождения. В настоящее время известно более 300 наименований пестицидов и гербицидов.
В пятую группу относят нитраты, нитриты и их производные нитрозамины. Соединения азотной и азотистой кислот в нашем организме не метаболируются, поэтому их поступление приводит к нарушению биохимических процессов в организме в виде токсических и канцерогенных проявлений.
К шестой группе загрязняющих веществ относят детергенты (моющие средства). При переработке пищевых продуктов используют оборудование из нержавеющей стали. После каждой рабочей смены оборудование (особенно в молочной и консервной промышленности) моют с применением каустической соды или других моющих средств. При плохом ополаскивании оборудования первые порции пищевой продукции будут содержать детергенты.
В седьмую группу загрязняющих веществ относят антибиотики, антимикробные вещества и успокаивающие средства. Эти соединения, поступая с продуктами питания, воздействуют на микроорганизмы толстого кишечника и способствуют развитию у человека дисбактериоза, а также привыканию патогенных микроорганизмов к этим антибиотикам.
К восьмой группе относят антиоксиданты и консерванты. Эти вещества используют для продления срока хранения пищевых продуктов, за счет блокирования химических и биохимических процессов. При поступлении в орга низм человека данные соединения блокируют отдельные биохимические процессы, либо воздействуют на бифидобактерии желудочно-кишечного тракта человека. Это способствует развитию дисбактериоза.
В девятую группу загрязняющих веществ входят соединения, образующиеся при длительном хранении или в результате высокотемпературной обработки пищевых продуктов. К ним относят продукты химического разрушения Сахаров, жиров, аминокислот и продукты реакций между ними. Эти простые и комплексные соединения организм человека не может метаболировать, что приводит к накоплению этих соединений в печени человека, а возможно и к нарушению биохимических процессов в организме.
Посещение супермаркета убедит кого угодно, что много добавок используется для окрашивания, предохранения от порчи или иного «улучшения» пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств. Только к пищевым продуктам добавляют более 2000 самых разнообразных веществ. Эти добавки делятся на три основные группы. Первая из них включает естественные вещества, такие, как сахар, соль и витамин С. Ко второй группе относятся лабораторные аналоги природных веществ; таков, например, ванилин-главный ароматический компонент экстракта из натуральных ванильных бобов. Есть также вещества полностью синтетические или «изобретенные» в лаборатории, среди них бутилгидроксианизол, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и сахарин.
Добавки применяются, по многим причинам; все эти причины понятны, однако некоторые из них более оправданны, чем другие. Многие вещества добавляют, чтобы сделать продукт более привлекательным для потребителей. В медикаменты вводят примеси для маскировки горечи или иного неприятного вкуса. Пищевые продукты иногда подкрашивают, чтобы можно было догадаться об их вкусе по внешнему виду (желтый цвет-для лимонных конфет, розовый-для земляничного мороженого). Однако красители и ароматизаторы используются также для замены дорогих компонентов, не включаемых в косметические средства или пищевые продукты. Например, дорогостоящий настоящий фруктовый сок часто отсутствует в искусственно окрашенных и ароматизированных безалкогольных напитках.
Современные методы торговли продовольствием потребовали применения определенных добавок. Химикаты, уничтожающие плесень и сохраняющие пищу мягкой, позволяют перевозить хлебопекарные изделия и конфеты на значительные расстояния, и они еще долгое время остаются свежими на вкус. Антиоксиданты. предотвращающие прогоркание жиров, позволяют производить такие полуфабрикаты, как упакованные смеси для кексов. Фактически целые группы таких продуктов, в том числе специальных диетических, вероятно, не могли бы существовать без добавок, которые придают им вкус, цвет и способность длительно сохраняться. В некоторых случаях добавки позволяют производить более разнообразную пищу. Некоторые продукты без этого нельзя было бы консервировать, замораживать или расфасовывать для перевозки или для продажи вне сезона.
Коммерческие интересы обуславливают поиск и применение пищевых добавок, к которым относятся и ароматизаторы. Есть они и в натуральных продуктах, но в очень низких концентрациях. Экстракты, эфирные масла, эссенциальные масла и другие соединения, используемые для улучшения вкуса продуктов питания, эксперты ВОЗ делят на 4 группы:
Искусственные, непопадающие в пищу естественным путём;
Натуральные субстанции, обычно не используемые в пищу, их производные и эквивалентно идентичные естественным продуктам ароматизаторы;
Травы, специи и их производные, эквивалентно идентичные природным ароматизаторам;
Натуральные ароматические вещества, полученные из продуктов растениеводства и животноводства, употребляемые обычно в пищу, и их синтетические эквиваленты.
Многие пищевые добавки содержат канцерогенные контаминанты. Некоторые из них используются при обработке пищевых продуктов, например, органическими растворителями обеззараживают рыбу, экстрагируют жиры и масла, производят декофеинизацию кофе и чая.
5. Аккумуляция ксенобиотиков в продуктах растительного и животного происхождения:
а - нитратов и органических аминов;
б - тяжёлых металлов и их соединений (ртуть, свинец, кадмий);
в -радионуклидов естественного и антропогенного происхождения;
Азот - составная часть жизненно важных для растений, а также для животных организмов соединении, например белков. В растениях азот поступает из почвы, а затем через продовольственные и кормовые культуры попадает в организмы животных и человека. Ныне сельскохозяйственные культуры чуть ли не полностью получают минеральный азот из химических удобрений, так как некоторых органических удобрений не хватает для обедненных азотом почв.
Особенно резко проявляется отрицательное действие удобрений и ядохимикатов при выращивании овощей в закрытом грунте. Это происходит потому, что в теплицах вредные вещества не могут беспрепятственно испаряться и уноситься потоками воздуха. После испарения они оседают на растения. Растения способны накапливать в себе практически все вредные вещества. Вот почему особенно опасна сельскохозяйственная продукция, выращиваемая вблизи промышленных предприятий и крупных автодорог.
Уже в процессе выращивания растений, некоторые их виды могут накапливать нитраты. К числу растений, особенно склонных к накапливанию нитратов, относятся сахарная свекла (особенно листья), шпинат, морковь (корнеплоды), салат и капуста. Накопление азота может происходить и при нехватке серы в почве. Недостаток серосодержащих аминокислот препятствует синтезу белков, а тем самым и синтезу фермента нитратредуктазы. Таким образом, нитраты сохраняются в тканях растений и не метаболируются.
Шпинат и морковь являются важнейшим компонентом детского питания, а детский организм особенно чувствительно реагирует на действие нитратов. Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервантами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов), водой. Загрязнённая питьевая вода вызывает 70-80% всех имеющихся заболеваний, которые на 30% сокращают продолжительность жизни человека. По данным ВОЗ по этой причине заболевает более 2 млрд. человек на Земле, из которых 3,5 млн. умирает (90% из них составляют дети младше 5 лет).
В то время как свинец попадает в организм человека по цепи питания от растительной пищи, ртуть в основном накапливается в организмах рыб и моллюсков, а также в печени и почках млекопитающих. В 1970-е годы, когда ртутьсодержащие препараты широко использовались при протравливании семян, были зарегистрированы несчастные случаи при работе с протравленным семенным материалом. Кадмий попадает в организм человека с растительной, мясной (потроха) пищей, а также съедобными грибами. Допустимая норма для человека составляет 0,5 мг в неделю.
К антропогенным ксенобитикам относятся пестициды, удобрения, лекарственные препараты (антибиотики, сульфаниламиды, регуляторы роста), кормовые добавки, пищевые добавки (антиоксиданты, консерванты, красители, стабилизаторы, эмульгаторы, затвердители, ароматизаторы).
Большую группу опасных загрязнений продуктов питания составляют радионуклиды. В растительной пище особенно часто можно встретить Sr-80, Sr-90,1-131, Cs-137. Ва-140, К-40, С-14 н Н-3 (тритий). Перечисленные выше радионуклиды вступают в прочное взаимодействие с органическими соединениями в клетках. Среди естественных радионуклидов первенствующая роль (около 90% от суммарной активности) принадлежит К-40, поступающий в организм с растительной пищей или с молоком.
Наиболее опасными радионуклидами антропогенного происхождения являются 1-131, Cs-137 и Sr-90. После аварии атомного реактора в Чернобыле (апрель 1986 года) прежде всего было обнаружено сильное загрязнение окружающей среды радионуклидом 1-131. Радиоактивный йод попадает в организм человека вместе со свежим молоком, свежими овощами и яйцами. Попавший в организм йод накапливается в щитовидной железе, что приводит к росту злокачественных новообразований.
6. Влияние различных видов технологической обработки и упаковочного материала:
а) промышленное изготовление пищевых продуктов;
б) кулинарное приготовление пищи;
в) консервирование продуктов питания;
г) ксенобиотики упаковочного материала.
При промышленном изготовлении пищевых продуктов в основные продукты вносят различные добавки, а при кулинарных процессах (жарение, варка, сушка и др.) происходят химические превращения веществ, в ходе которых образуются новые соединения.
Изменение свойств пищевых продуктов происходит и при добавлении стабилизаторов, которые должны обеспечить продукту большую устойчивость. При изготовлении сгущенного молока его свертывание предотвращают добавкой гидрокарбоната натрия, динатрийфосфата и тринатрийцитрата. Эти стабилизирующие продукты препятствуют бактериальным процессам свертывания молока, однако «возраст» молока, после введения консервантов установить практически невозможно.
При длительном нагревании жиров образуются токсичные вещества, вызывающие раздражение пищеварительного тракта.
При копчении и поджаривании мяса оно постоянно находится в дыме над продуктами сгорания, что придает пище своеобразный аромат. Устойчивость мяса после копчения обусловливается присутствием веществ фенольного
характера. При копчении образуются и полициклические углеводороды, которые вместе с дымом оседают на мясе. При холодном копчении в дыме содержание бензопирена всегда ниже, чем при горячем копчении (60-120°С). Среднее содержание бензопирена в копченостях составляет 2-8 мкг/кг. При обработке мяса и рыбы, а также при изготовлении сыра могут образовываться нитрозамины. Ежедневно в организм с пищей поступает 0,1-1 мкг нитрозаминов.
Вопросы консервирования и упаковки продуктов, все больше выходят на передний план с ростом численности населения городов, поскольку отдаленность потребителей от мест производства продуктов заставляет задумываться о сохранности и возможностях доставки продуктов. Распространенным консервирующим агентом служит сложный эфир
гидроксибензойной кислоты. Чаще всего применяют метиловый и пропиловый эфиры, которые обладают бактерицидными свойствами.
При консервировании продуктов питания, ни в коем случае нельзя использовать антибиотики. Если добавка антибиотиков и не принесет прямого ущерба здоровью, то они создадут благоприятную среду для выращивания различных видов устойчивых к антибиотикам микроорганизмов. Устойчивость к антибиотику может передаваться от одного вида бактерий к другому, как это имеет место при так называемой устойчивости к антибиотику, обусловленной плазмидами; при этом возможно также, несмотря на все попытки стерилизовать продукты питания, появление устойчивой патогенной микрофлоры, что сужает возможности применения антибиотиков для лечения человека.
Во многих странах для стерилизации пищи и консервирования используют гамма-излучение.. Для стерилизации, например, цыпленка требуется доза облучения 300 000 рад. При облучении в продуктах не образуется никаких радионуклидов в обнаруживаемых количествах, и метод можно считать совершенно безопасным. Правда, необходимо учитывать, что при облучении происходит некоторое уменьшение количества витаминов. Кроме того, гамма-излучение вызывает образование высокоактивных ОН -радикалов, которые реагируют с ферментами и нуклеиновыми кислотами.
Загрязнения пищевых продуктов могут быть вызваны не только при консервировании, стерилизации и других методах обеспечения их сохранности. Вредные вещества могут содержаться и в упаковочном материале. К ним относятся пластификаторы и поливинилхлориды пластмасс, которые являются канцерогенами для человека. Упаковочный материал из бумаги и картона, а также импрегнированный картон содержат нитриты и нитраты, способные переходить в пищевые продукты. Из упаковочного материала соли переходят в пищевые продукты. В мясных продуктах, содержащих естественные амины и амиды, особенно при жарении и варке, возникает опасность образования нитрозоаминов. В упаковочном материале помимо перечисленных могут находиться и другие вредные примеси, например, фунгициды в бумаге и свинец в металлах и глазурованной керамике.
7. Токсины природного происхождения в растительной пище.
Токсичные для человека вещества попадают в продукты питания не только за счет микроорганизмов или в результате антропогенной деятельности, гораздо чаще их вырабатывают сами растения. Так, например, зеленые бобы содержат токсичные белки, которые могут вызвать у человека кровавый понос и судороги.
Стручковые растения часто содержат лектины, которые агглютинируют эритроциты. Сахарная свекла, спаржа, шпинат красная свекла содержат сапонины - вещества, относящиеся к гликозидам. При проникновении в кровь сапонины могут реагировать с мембранами эритроцитов и сделать их проницаемыми для гемоглобина (это явление носит название гемолиза). Практически все виды капусты также содержат гликозиды.
Ревень, шпинат, сельдерей и свекла содержат щавелевую кислоту и антрахинон. Эти соединения при неумеренном употреблении растений в пищу могут вызвать заболевания почек и коллапс кровообращения.
Эфирные масла из цедры лимонов и апельсинов могут вызывать головную боль, сильную заторможенность и воспаление кожи. Кроме того, эти масла обладают канцерогенным действием. Поэтому рекомендуется очень ограниченно пользоваться этими маслами в качестве пищевых приправ и при регулировании пищеварения. Мятное масло, главным компонентом которого является ментол, в больших количествах может оказывать дурманящее действие, вызывать чувство холода и сердцебиение.
Теофиллин и кофеин из чая и кофе действуют на центральную нервную систему, поднимая настроение, вызывая легкую эйфорию. На большинство людей кофе оказывает более сильное действие, чем чай. В небольших количествах кофеин усиливает кровообращение и оживляет умственную деятельность. В больших дозах он вызывает возбуждение, бессонницу и сердцебиение, возможна также некоторая аритмия сердечной деятельности. Кофеин в чистом виде в дозах не более 100 мг (это соответствует одной чашке кофе) применяют в качестве терапевтического средства при головной боли и мигрени. Повышенными дозами кофеина считают 1 г и выше, летальная доза составляет около 10 г.
Приведёные примеры говорят о том, что природным токсинам следует уделять особое внимание, так как теперь к их действию на человека добавляется и действие токсинов антропогенного происхождения.
Предмет ксенобиологии, проблемы и задачи, связь с другими науками
Ксенобиотиками называют чужеродные, ранее не встречавшиеся в организме органические и неорганические соединения. К таким веществам относятся, например, лекарственные препараты, пестициды, промышленные яды, отходы производств, пищевые добавки, косметические средства и пр. Так как в тканях обычно в следовых количествах присутствуют многие неорганические элементы, биологическая функция которых неизвестна, поэтому неорганические вещества можно относить к ксенобиотикам только в том случае, если они не являются необходимыми для метаболических процессов.
Живой организм - это открытая система. Среди веществ, поступающих из окружающей среды в организм, различают естественный поток (питательные вещества) и поток веществ природного и синтетического происхождения, которые не входят в состав данного организма. Эти потоки взаимодействуют на всех уровнях организма (молекулярном, клеточном, органном). Избыток токсических чужеродных соединений (ксенобиотиков) вызывает замедление или остановку процессов роста, развития, размножения. Для поддержания гомеостаза в организме существуют регуляторные механизмы.
Ксенобиология изучает закономерности и пути поступления, выведения, распространения, превращения чужеродных химических соединений в живом организме и механизмы вызываемых ими биологических реакций.
Ксенобиология подразделяется на более узкие области - ксенобиофизику, ксенобиохимию, ксенофизиологию и др. Задачами ксенобиофизики являются изучение процессов взаимодействия экзогенных ксенобиотиков с транспортными системами организма, с различными клеточными структурами, в первую очередь с плазмолеммой, и механизмов поступления ксенобиотиков.
Предметом изучения ксенобиохимии является метаболизм ксенобиотиков в организме. Это направление ксенобиологии включает ряд разделов биологической, органической и аналитической химии, фармакологии, токсикологии и других наук. В задачу статической ксенобиохимии входит установление структуры молекул метаболитов ксенобиотиков, образующихся в организме, изучение их распространения, локализации в организмах и тканях. Динамическая ксенобиохимия исследует механизмы превращения ксенобиотиков в организме, структуру и каталитические свойства ферментов, участвующих в этих превращениях.
Ксенофизиология изучает процессы жизнедеятельности, и функции живых организмов на всем протяжении их развития в условиях действия ксенобиотиков. Ксенофитофизиология изучает особенности поступления и выделения, специфику процессов биотрансформации и аккумулирования ксенобиотиков в растительном организме.
Ксенобиология связана с биотехнологией, которая использует принципы метаболизма ксенобиотиков, в частности ферментный катализ, в синтезе органических веществ. Связь ксенобиологии с медициной обеспечивает безопасность лечения в результате изучения механизма действия и метаболизма новых лекарственных препаратов.
Возрастание актуальности проблем, рассматриваемых в ксенобиологии, обусловлено быстрым увеличением количества синтетических соединений, вовлекаемых в круговорот веществ в природе. Среди ксенобиотиков существует ряд полезных веществ, необходимых медицине, растениеводству, животноводству и т. д. Поэтому одной из задач ксенобиологии является разработка приемов и подходов для создания системы определения биологической активности ксенобиотиков.
Виды ксенобиотиков, их классификация по степени опасности и токсичности
Выделяют следующие типы веществ, вызывающих глобальное химическое загрязнение биосферы:
Газообразные вещества;
Тяжелые металлы;
Удобрения и биогенные элементы;
Органические соединения;
Радиоактивные вещества (радионуклиды) - предмет изучения радиобиологии.
Многие из ксенобиотиков и поллютантов являются сильнодействующими ядовитыми веществами.
В самом широком смысле яды - это химические вещества экзогенного происхождения (синтетические и природные), которые после проникновения в организм вызывают структурные и функциональные изменения, сопровождающиеся развитием характерных патологических состояний.
В зависимости от источника происхождения и практического применения токсические вещества (яды) подразделяют на следующие группы:
Промышленные яды: органические растворители (дихлорэтан, тетрахлорметан, ацетон и др.), вещества, применяемые в качестве топлива (метан, пропан, бутан), красители (анилин и его производные), фреоны, химические реагенты, полупродукты органического синтеза и др.;
Химические удобрения и средства защиты растений, в том числе пестициды;
Лекарственные средства и полупродукты фармацевтической промышленности;
Бытовые химикаты, используемые в качестве инсектицидов, красителей, лаков, парфюмерно-косметических средств, пищевых добавок, анти-оксидантов;
Растительные и животные яды;
Боевые отравляющие вещества.
В зависимости от преимущественного поражения соответствующих органов и тканей человека яды подразделяют на следующие категории: сердечные яды, нервные яды, печеночные яды почечные яды, кровяные (гемические) яды, желудочно-кишечные яды, легочные яды, яды, поражающие иммунную систему, яды, поражающие кожу.
Токсичность - мера несовместимости вещества с жизнью, величина, обратная абсолютному значению среднесмертельной дозы или концентрации.
Величины LC50 или LD 5 o - это соответственно концентрация или доза вещества, вызывающая половинное подавление регистрируемой реакции (например, гибель 50 % организмов).
Опасность чужеродного вещества - вероятность появления вредных для здоровья эффектов в реальных условиях их производства и применения.
Вредные вещества, с которыми контактирует человек, по степени опасности (токсичности) подразделяют на четыре класса:
I.чрезвычайно опасные (чрезвычайно токсичные);
II.высокоопасные (высокотоксичные);
III.умеренно опасные (умеренно токсичные);
IV.низкоопасные (низкотоксичные).
Критерии классификации ксенобиотиков по степени их токсичности:
Значение величин LD 5 o или LC50;
Пути поступления (ингаляционно, через кожу);
Время воздействия;
Свойство разрушаться в окружающей среде или претерпевать превращения в живых организмах (биотрансформация).
Помимо токсичности и опасности всякое влияние ксенобиотика на объект можно охарактеризовать по некоторым особенностям его биологического действия:
По типу биологического воздействия на мишень
По показателям LD 5 o или LC50;
По видам токсичности и опасности
По избирательности действия ксенобиотиков (вещества могут быть токсичными для одних организмов и нетоксичными - для других);
По концентрационным пределам (пороговым значениям) токсического и/или опасного воздействия;
По характеру фармакологического действия (снотворные, нейролептики, гормональные и т. д.).
Похожая информация.
8529 0
Ксенобиотики загрязняют все среды природы — воздух, водоемы, почву и растительный мир. Промышленные отходы и другие загрязнители природной среды имеют способность быстро распространяться в воздухе и воде, включаясь в круговорот природы. Эти токсические соединения накапливаются в водоемах и почве, иногда в местах, значительно удаленных от источников заражения, чему способствуют ветер, дождь, снег, а также миграция загрязнителей водным путем (моря, реки, озера). Из почвы они попадают в растения и организм животных.
Центральное место в круговороте ксенобиотиков, происходящем в биосфере, занимает почва. Она находится в постоянном взаимодействии с другими экологическими системами, такими как атмосфера, гидросфера, растительный мир, и является важным звеном поступления различных компонентов, в том числе и ядовитых, в организм человека. Происходит это прежде всего через пищу. Все живые существа нуждаются в пище как в источнике энергии, строительных материалов и питательных веществ, обеспечивающих жизнедеятельность организма. Однако, если в ней содержаться не только полезные, по и вредные вещества, она становится опасной. Ксенобиотики являются причиной болезней и гибели растений и животных. Особую опасность приобретают ксенобиотики, стойкие к окружающей среде и способные в ней накапливаться.
Распространенность ксенобиотиков в окружающей среде зависит от климатических и метеорологических условий и характера водоемов. Так, повышенная влажность воздуха, направление ветра, осадки (дождь, снег) способствуют распространенности и выпадению ксенобиотиков. Пресные водоемы, моря и океаны отличаются по степени аккумуляции ксенобиотиков. Вид почвы, различные растения и их составные части различаются также по степени поглощения и удержания ксенобиотиков. Да и разные животные обладают различной чувствительностью к ксенобиотикам. Степень накопления ксенобиотиков в организме животных обусловлена стойкостью этих чужеродных веществ.
Так, канадские исследователи показали, что в воде озера Мичиган содержалось только 0,001 мг пестицида ДДТ в 1 л, в составе же мяса креветок содержалось уже 0,4 мг/л, в жире рыб — 3,5 мг/л, а в жире чаек, которые питались рыбой из этого озера, — 100 мг/л. Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит постепенное увеличение концентрации стойкого пестицида ДДТ, причем самое низкое содержание этого вещества отмечалось в воде озера. Поэтому неудивительно, что хлорорганические пестициды встречаются не только в жире морских рыб и сельскохозяйственных животных, но даже и у пингвинов, обитающих в Антарктиде.
Человек всегда должен помнить, что его деятельность в одной точке планеты может вызвать неожиданные последствия в другой ее точке. Например, буревестник вроде бы живет на необитаемых скалах в Атлантическом океане и питается исключительно рыбой. Однако он становится исчезающим видом из-за используемого на суше ДДТ, который накапливается в морских пищевых цепочках. Другим примером могут быть полярные льды, которые содержат значительное остаточное количество ДДТ, принесенного атмосферными осадками.
Свойства ксенобиотиков, поступающих из внешней среды в организм человека:
- способность ксенобиотиков распространяться в окружающей нас среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения (реки, ветры, дождь, снег и др.);
- загрязнения окружающей среды весьма устойчивы;
- несмотря на широкое различие в химической структуре, ксенобиотики обладают определенными общими физическими свойствами, которые увеличивают их потенциальную опасность для человека;
- особенно опасны для здоровья человека сочетания различных ксенобиотиков;
- ксенобиотикам свойственна малая интенсивность обмена и удаления, в результате чего они накапливаются в тканях растений и животных;
- токсичность ксенобиотиков для высших млекопитающих обычно выше, чем для видов животных более низкого филогенетического порядка;
- способность ксенобиотиков накапливаться в пищевых продуктах;
- ксенобиотики снижают питательную ценность продуктов.
В ходе эволюции на Земле взаимоотношения сложились так, что одни организмы служили пищей для других и таким образом установились стабильные пищевые цепи. В результате человек стал главным конечным звеном многочисленных пищевых путей и может включаться в эти цепи питания практически на любом уровне. И это неудивительно, так как жизнь со своего возникновения сформировалась как цепной процесс. Процветание любого организма во многом определяется его положением в пищевой цепи, причем это обеспечивается эффективностью взаимодействий не только с предшествующими, но и последующими членами пищевой цепи. Другими словами, существенную роль играет не только источник питания и его эффективное поглощение, но и поедаемость данного члена экологической системы другим.
Пути миграции, т.е. пищевые пути, по которым движутся питательные вещества, многообразны, в том числе короткие и длинные. Пример длинной пищевой цепи: водоемы — почва — растения — животные — продукты питания — человек. Пример короткой пищевой цепи: водоемы — гидробионты — рыба — человек.
Образовавшиеся в природе органические вещества мигрируют по пищевым цепям в различных экологических системах (атмосферный воздух, водоемы, почва) и поступают в организм человека в виде продуктов питания растительного и животного происхождения. Однако в пище есть не только наши друзья, но и враги, так как одновременно по пищевым цепям движутся и многочисленные непищевые, чужеродные вещества, порожденные химизацией промышленности и сельского хозяйства и являющиеся токсичными для человека и других живых существ. Поэтому не случайно многие ученые говорят о ядах в нашей пище. В последнее время многие ученые также говорят об охране внутренней среды организма человека.
Академик Покровский говорит: «Mы глубоко убеждены, что важным интегральным критерием мер защиты пищи, направленных на предупреждение болезней, должны быть показатели химической чистоты внутренней среды организма человека, со свободы от чужеродных, особенно стойких веществ. Следует признать, что накопление во внутренних средах организма всякого стойкого постороннего вещества крайне нежелательно, а в ряде случаев опасно». Эта концепция предусматривает совершенно очевидные меры, направленные на снижение уровней загрязнений токсическими веществами всех, включая и пищу, объектов внешней среды. Таким образом, чистота окружающей среды является необходимой предпосылкой чистоты внутренней среды организма человека.
Ксенобиотики оказывают негативное влияние на питательные вещества (белки, углеводы, жиры, витамины, минеральные соли), тем самым снижают питательную ценность пищевых продуктов.
Следует иметь в виду, что загрязнение ксенобиотиками пищевых продуктов возможно не только при их получении, но и в процессе хранения, переработки, транспортировки и реализации населению. Загрязнения внешней среды довольно стабильны с тенденцией к распространению, аккумуляции в пищевых цепях, способны подвергаться биотрансформации с увеличением токсичности. Тяжесть вызываемых последствий изменяется в широких пределах в зависимости от степени и длительности воздействия ксенобиотиков. Ряд ксенобиотиков способен аккумулироваться в организме человека и, следовательно, оказывать длительное пагубное влияние.
Негативный эффект действия ксенобиотиков на организм человека зависит от их физико-химических свойств, концентрации, продолжительности воздействия, способности депонироваться в организме и избирательно влиять на те или иные ткани и органы. Следовательно, многие ксенобиотики вызывают специфические поражения различных органов. Неблагоприятные экологические факторы провоцируют или вызывают у большой части населения состояние стресса с последующими нарушениями обмена веществ. Несомненна также ведущая роль ксенобиотиков и в развитии аллергических состояний.
В результате накопления в организме человека ксенобиотиков нарушаются функции внутренних органов и развиваются различные болезненные состояния, вплоть до тяжелых болезней со смертельным исходом или инвалидизацией. Среди этих болезней, которые могут носить острый или хронический характер, особое опасение вызывает возможность развития злокачественных опухолей и лейкозов — рака крови. Самос дьявольское кроется как раз в коварстве пищевых цепей, в частности в микроскопичности пищи при постоянном поступлении ксенобиотиков. В результате развиваются тяжелые отдаленные последствия, в частности уродливое нежизнеспособное потомство.
Уже отмечалась роль почвы как центрального места в круговороте веществ. Это та среда, где взаимодействует большая часть элементов биосферы: воды и воздуха, климатические и физико-химические факторы и, наконец, живые организмы, участвующие в формировании почвы. Именно ей принадлежит ведущая роль в создании пищевых цепей.
Таким образом, пищевые пути — это главные пути миграции вредных для человека веществ, т.е. ксенобиотики поступают в организм в основном с пищей (70% из всех регулярно поступающих в организм только 20% — с воздухом и 10% — с водой).
Все пищевые продукты в качестве первоначальных источников содержат компоненты, поступающие из воздуха, воды и почвы. В зависимости от характера пищевого продукта путь превращения этих исходных веществ может быть более или менее длительным, прямым или извилистым, и поскольку загрязнение внешней среды связано с устойчивой тенденцией к распространению и накоплению ксенобиотиков в пищевых цепях (путях), а также способностью подвергаться трансформации с увеличением токсичности, тяжесть вызываемых ими последствий зависит от степени их токсичности (или стойкости) и длительности воздействия. Коварство проникновения ксенобиотиков в пищевые цепи состоит в том, что человек питается постоянно, а значит, даже в небольшом количестве вредные вещества постоянно поступают в его организм. Как уже отмечалось, пути миграции, т.е. пищевые пути (цепи) питательных веществ, полезных и вредных для человека, многообразны.
Источники загрязнения внешней среды ксенобиотиками
|
Источники загрязнения |
Ксенобиотик |
Наиболее загрязненный продукт |
|
Продукты электротехнической промышленности |
Полихлордифенолы |
Рыба, женское молоко |
|
Примеси в полихлордифенолах |
Диоксины |
Рыба, коровье молоко, говяжий жир |
|
Фунтициды, побочные продукты промышленности |
Гексахлорбензол |
Животные жиры, молочные продукты |
|
Производство пестицидов |
Рыба, женское молоко |
|
|
Пестициды |
Галогенизированные углеводороды |
Рыба, женское молоко |
|
Производство хлора и едкого натрия, средств обработки связи |
Алкильные соединения ртути | |
|
Автомобильные выхлопные газы, продукты сгорания угля |
Зерновые, овощи, рыба, кислые продукты |
|
|
Осадки в канализации, продукты металлургических процессов (плавка) |
Зерновые, овощи, мясные продукты |
|
|
Продукты металлургических процессов |
Молоко, овощи, фрукты |
|
|
Консервная промышленность |
Консервированные продукты |
Располагает ли организм человека способностью в какой-то степени нейтрализовать вредное действие ксенобиотиков?
Ответ может быть положительным, так как организм человека обладает определенными механизмами защиты, позволяющими обезвредить болезнетворное воздействие ксенобиотиков.
К числу этих механизмов следует отнести:
- совокупность процессов, с помощью которых эти чужеродные вещества выводится из организма по естественным путям выведения (выдыхаемый воздух, желчь, кишечник, почки);
- активное обезвреживание ксенобиотиков в печени;
- трансформация чужеродных веществ в менее активные химические соединения;
- защитная роль иммунной системы организма.
Лисовский В.А., Евсеев С.П., Голофеевский В.Ю., Мироненко А.Н.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ 3
КСЕНОБИОТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ СРЕДЫ 4
ТАЙНАЯ И НЕПРЕДВИДЕННАЯ ОПАСНОСТЬ. 5
ШЕСТВИЕ ДИОКСИНА ПО ПЛАНЕТЕ 9
"ОПЕРАЦИЯ РЭНЧ ХЭНД" - ПРЕСТУПЛЕНИЕ ВЕКА 9
ЧТО ИЗВЕСТНО О СВОЙСТВАХ ДИОКСИНА. 11
ТОКСИЧНОСТЬ ДИОКСИНА ПРИ ОДНОРАЗОВОМ ВВЕДЕНИИ. 12
ДИОКСИН И ЕГО СЛЕДЫ ВО ВЬЕТНАМЕ. 13
НЕ ДОПУСТИТЬ НАКОПЛЕНИЯ ДИОКСИНА В БИОСФЕРЕ! 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 17
ВВЕДЕНИЕ
Развитие промышленности неразрывно связано с расширением круга используемых химических веществ. Увеличение объемов применяемых пестицидов, удобрений и других химикатов - характерная черта современного сельского хозяйства и лесоводства. В этом объективная причина неуклонного усиления химической опасности для окружающей среды, таящейся в самой природе человеческой деятельности.
Еще несколько десятков лет назад химические отходы производства просто сбрасывали в окружающую среду, а пестициды и удобрения практически бесконтрольно, исходя из утилитарных соображений, распыляли над огромными территориями. При этом, полагали, что газообразные вещества должны быстро рассеиваться в атмосфере, жидкости частично растворяться в воде и уноситься из мест выброса. И хотя твердые продукты в значительной степени накапливались в регионах, потенциальная опасность промышленных выбросов рассматривалась как низкая. Использование же пестицидов и удобрений давало экономический эффект, во много раз превосходящий ущерб, наносимый токсикантами природе.
Однако уже в 1962 году появляется книга Рашель Карсон Молчаливая весна, в которой автор описывает случаи массовой гибели птиц и рыб от бесконтрольного использования пестицидов. Карсон сделала вывод, что выявляемые эффекты поллютантов на дикую природу предвещают надвигающуюся беду и для человека. Эта книга привлекла всеобщее внимание. Появились общества защиты окружающей среды, правительственные законодательные акты, регламентирующие выбросы ксенобиотиков. С этой книги, по сути, началось развитие новой ветви науки - зкотоксикологии.
В самостоятельную науку экотоксикологию (ecotoxicology) выделил Рене Траут, который впервые, в 1969 году, связал воедино два совершенно разных предмета: экологию (по Кребсу - науку о взаимоотношениях, которые определяют распространение и обитание живых существ) и токсикологию. На самом деле, эта область знаний включает в себя, помимо указанных, элементы и других естественных наук, таких как химия, биохимия, физиология, популяционная генетика и др.
Сформировалась тенденция использовать термин экотоксикологиятолько для обозначения суммы знаний, касающихся эффектов химикатов на экосистемы, исключая человека. Так, по Уолкеру и др. (1996) экотоксикология - учение о вредных эффектах химикатов на экосистемы. Устраняя из круга рассматриваемых экотоксикологией объектов человека, это определение детерминирует различие между экотоксикологией и токсикологией окружающей среды, определяет предмет изучения последней. Термин токсикология окружающей среды предлагается использовать только для исследований прямого действия загрязнителей окружающей среды на человека.
В процессе изучения эффектов химических веществ, присутствующих в окружающей среде, на человека и человеческие сообщества, токсикология окружающей среды оперирует уже устоявшимися категориями и понятиями классической токсикологии и применяет, как правило, ее традиционную экспериментальную, клиническую, эпидемиологическую методологию. Объектом исследований при этом являются механизмы, динамика развития, проявления неблагоприятных эффектов действия токсикантов и продуктов их превращения в окружающей среде на человека.
Разделяя в целом такой подход, и положительно оценивая его практическую значимость, следует однако заметить, что методологические различия между экотоксикологией и токсикологией окружающей среды полностью стираются, когда перед исследователем ставятся задачи оценить опосредованное действия загрязнителей на человеческие популяции (например, обусловленное токсической модификацией биоты), или, напротив, выяснить механизмы действия химикатов, находящихся в среде, на представителей того или иного отдельного вида живых существ.
КСЕНОБИОТИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ СРЕДЫ
С позиций токсиколога абиотические и биотические элементы того, что мы называем окружающей средой - все это сложные, порой особым образом организованные агломераты, смеси бесчисленного количества молекул.
Для экотоксикологии интерес представляют лишь молекулы, обладающие биодоступностью, т.е. способные взаимодействовать немеханическим путем с живыми организмами. Как правило, это соединения, находящиеся в газообразном или жидком состоянии, в форме водных растворов, адсорбированные на частицах почвы и различных поверхностях, твердые вещества, но в виде мелко дисперсной пыли (размер частиц менее 50 мкм), наконец вещества, поступающие в организм с пищей.
Часть биодоступных соединений утилизируется организмами, участвуя в процессах их пластического и энергетического обмена с окружающей средой, т.е. выступают в качестве ресурсов среды обитания. Другие же, поступая в организм животных и растений, не используются как источники энергии или пластический материал, но, действуя в достаточных дозах и концентрациях, способны существенно модифицировать течение нормальных физиологических процессов. Такие соединения называются чужеродными или ксенобиотиками (чуждые жизни).
Совокупность чужеродных веществ, содержащихся в окружающей среде (воде, почве, воздухе и живых организмах) в форме (агрегатном состоянии), позволяющей им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экосистемы составляют ксенобиотический профиль биогеоценоза. Ксенобиотический профиль следует рассматривать как один из важнейших факторов внешней среды (наряду с температурой, освещенностью, влажностью, трофическими условиями и т.д.), который может быть описан качественными и количественными характеристиками.
Важным элементом ксенобиотического профиля являются чужеродные вещества, содержащиеся в органах и тканях живых существ, поскольку все они рано или поздно потребляются другими организмами (т.е. обладают биодоступностью). Напротив, химические вещества, фиксированные в твердых, не диспергируемых в воздухе и нерастворимых в воде объектах (скальные породы, твердые промышленные изделия, стекло, пластмасса и др.), не обладают биодоступностью. Их можно рассматривать как источники формирования ксенобиотического профиля.
Ксенобиотические профили среды, сформировавшиеся в ходе эволюционных процессов, миллионы лет протекавших на планете, можно назвать естественными ксенобиотическими профилями. Они различны в разных регионах Земли. Биоценозы, существующие в этих регионах (биотопах), в той или иной степени адаптированы к соответствующим естественным ксенобиотическим профилям.
Различные природные коллизии, а в последние годы и хозяйственная деятельность человека, порой существенным образом изменяют естественный ксенобиотический профиль многих регионов (особенно урбанизированных). Химические вещества, накапливающиеся в среде в несвойственных ей количествах и являющиеся причиной изменения естественного ксенобиотического профиля, выступают в качестве экополлютантов (загрязнителей). Изменение ксенобиотического профиля может явиться следствием избыточного накопления в среде одного или многих экополлютантов (таблица 1).
Таблица 1. Перечень основных экополлютантов
Загрязнители воздуха | Загрязнители воды и почвы |
Газы: Пылевые частицы: | Металлы (свинец, мышьяк, кадмий, ртуть) |
Далеко не всегда это приводит к пагубным последствиям для живой природы и населения. Лишь экополлютант, накопившийся в среде в количестве, достаточном для инициации токсического процесса в биоценозе (на любом уровне организации живой материи), может быть обозначен как экотоксикант.
Одна из сложнейших практических задач экотоксикологии - определение количественных параметров, при которых экополлютант трансформируется в экотоксикант. При её решении необходимо учитывать, что в реальных условиях на биоценоз действует весь ксенобиотический профиль среды, модифицируя при этом биологическую активность отдельного поллютанта. Поэтому в разных регионах (разные ксенобиотические профили, различные биоценозы) количественные параметры трансформации поллютанта в экотоксикант строго говоря различны.
Экотоксикокинетика - раздел экотоксикологии, рассматривающий судьбу ксенобиотиков (экополлютантов) в окружающей среде: источники их появления; распределение в абиотических и биотических элементах окружающей среды; превращение ксенобиотика в среде обитания; элиминацию из окружающей среды.
ТАЙНАЯ И НЕПРЕДВИДЕННАЯ ОПАСНОСТЬ.
В ВОДАХ Байкала, в рыбе, зоо- и фитопланктоне, а также в яйцах птиц, населяющих берега и острова "священного моря", обнаружены диоксины и диоксиноподобные соединения. Их еще называют "гормонами деградации" или "гормонами преждевременного старения". Диоксины относятся к разряду особо опасных стойких органических загрязнителей, так как обладают высокой устойчивостью к фотолитическому, химическому и биологическому разложению. В результате они долгое время могут сохраняться в окружающей среде. При этом для диоксинов не существует "порога действия", то есть даже одна молекула способна инициировать ненормальную клеточную деятельность и вызвать цепь реакций нарушающих функции организма Известно, к примеру, что во время военных действий во Вьетнаме вооруженные силы США активно применяли, в числе других видов химического оружия, гербицид "Оранж эйджент", который содержит диоксин. Этот препарат вызывал искусственный листопад в джунглях, лишавший вьетнамских партизан их естественного и главного убежища
Действие диоксинов на человека обусловлено их влиянием на рецепторы эндокринные и гормональные расстройства, изменяется содержание половых гормонов, гормонов щитовидной и поджелудочной желез, что увеличивает риск развития сахарного диабета, нарушаются процессы полового созревания и развития плода. Дети отстают в развитии, их обучение затрудняется, у молодых людей появляются заболевания, свойственные старческому возрасту. В целом повышается вероятность бесплодия, самопроизвольного прерывания беременности, врожденных пороков и прочих аномалий. Изменяется также иммунный ответ, а значит, увеличивается восприимчивость организма к инфекция, возрастает частота аллергических реакций, онкологических заболеваний.
В токсикологии под термином "диоксин" понимают производное этого соединения, а именно 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин, который является представителем обширной группы чрезвычайно опасных ксенобиотиков из числа полихлорированных полициклических соединений. Особо опасные вещества из числа полихлорированных ароматических соединений с конденсированными циклами. Попадая в организм, они активируют (индуцируют) синтез железосодержащих ферментов -цитохромов P-450, что обычно приводит к нарушению обмена веществ и поражению отдельных органов и тканей. Обладая высокой симметрией, такие соединения способны длительное время существовать в организме. Диоксин - один из самых коварных ядов, известных человечеству. В отличие История человечества знает множество случаев появления в биосфере больших количеств потенциально опасных веществ. Воздействие этих чужеродных соединений(ксенобиотиков) на живые организмы иногда было причиной трагических последствий, примером которых может служить история с инсектицидом ДДТ. Еще большую печальную известность приобрел диоксин, появившийся в окружающей среде ряда стран Запада в 50-60-е годы, а также в Южном Вьетнаме во время химической войны, которую вели США в период с 1961 по 1972 г. Диоксином в органической химии называют шестичленный гетероцикл, в котором два атома кислорода связаны двумя двойными углерод-углеродными связями. В токсикологии под термином "диоксин" понимают производное этого соединения, а именно 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин, который является представителем обширной группы чрезвычайно опасных ксенобиотиков из числа полихлорированных полициклических соединений. Особо опасные вещества из числа полихлорированных ароматических соединений с конденсированными циклами. Попадая в организм, они активируют (индуцируют) синтез железосодержащих ферментов - цитохромов P-450, что обычно приводит к нарушению обмена веществ и поражению отдельных органов и тканей. Обладая высокой симметрией, такие соединения способны длительное время существовать в организме.
Диоксин - один из самых коварных ядов, известных человечеству. В отличие от обычных ядов, токсичность которых связана с подавлением ими определенны функций организма, диоксин и подобные ему ксенобиотики поражают организм благодаря способности сильно повышать (индуцировать) активность ряд окислительных железосодержащих ферментов (монооксигеназ), что приводит к нарушению обмена многих жизненно важных веществ и подавлению функций ряда систем организма. Диоксин опасен по двум причинам. Во-первых, сохраняется в окружающей среде, эффективно переносится по цепям питания и таким образом длительное время воздействует на живые организмы. Во-вторых, даже. в относительно безвредных для организма количествах диоксин сильно повышает активность узкоспецифичных монооксигеназ печени, которые превращают многие вещества синтетического и природного происхождения в опасные для организма яды. Поэтому уже небольшие количества диоксина создают опасность поражения живых организмов имеющимися в природе обычно безвредными ксенобиотиками. Даже из приведенного беглого описания очевидно, как важна и сложна проблема защиты от этого опасного ксенобиотика. Поэтому в США, где в окружающую среду внесено значительное количество диоксина, на изучение этой проблемы только федеральным правительством выделяется ежегодно 5 млн. долл.
С 1971г. проблема диоксина и родственных ему соединений регулярно обсуждается в США на специальных конференциях, которые в последнее время проводятся ежегодно как международные форумы ученых заинтересованных стран Внимание к этой проблеме нашло отражение и в обильной научно литературе о диоксине, частично обобщенной в сборниках: Dioxin: toxicological and chemical aspects. N.Y.- Ln, 1978, v.1; Dioxins. Sources, exposure, transport and control. Ohio, 1980, v.1,2. За последние 10-12 лет широко рассмотрены научные аспекты этой проблемы. Все, что удалось узнать о диоксине, свидетельствует о чрезвычайной опасности этого вещества для человека, особенно в условиях хронического отравления, и позволяет сформулировать основные задачи, вставшие перед человечеством в связи с появление этого ксенобиотика в природе. Вместе с тем проблеме диоксина присущи еще и социальные, политические и военные аспекты. Именно поэтому в некоторых странах Запада, и особенно в США, сознательно пытаются затушевать отдельные стороны проблемы, не придавая огласке сведения, раскрывающие опасность этого яда для человечества, используя результаты некорректных опытов для выработки суждений о диоксине и т.д..
История диоксина тесно связана с проблемами выгодной ассимиляции полихлорированных бензолов, являющихся отходами ряда крупнотоннажных химических производств. В начале 30-х годов фирмой "Дау Кемикал" (США) был разработан способ получения полихлорфенолов из полихлорбензолов щелочным гидролизом при высокой температуре под давлением и показано, что эти препараты, получившие название дауцидов, являются эффективными средствами для консервации древесины. Уже в 1936 г. появились сообщения о массовых заболеваниях среди рабочих шт. Миссисипи, занятых консервацией древесины с помощью этих агентов. Большинство из них страдали тяжелым кожным заболеванием - хлоракне, наблюдавшимся ранее среди рабочих хлорных производств. В 1937 г. были описаны случаи аналогичных заболеваний среди рабочих завода в Мидланде (шт. Мичиган, США), занятых в производстве дауцидов. Расследование причин поражения в этих и многих подобных случаях привело к заключению, что хлоракногенный фактор присутствует только в технических дауцидах, а чистые полихлорфенолы подобным действием не обладают. Расширение масштабов поражения полихлорфенолами в дальнейшем было обусловлено их использованием в военных целях. Во время второй мировой войны в США были получены первые гербицидные препараты гормоноподобного действия на основе 2,4-дихлор- и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусных кислот (2,4-Д и 2,4,5-Т). Эти препараты разрабатывались для поражения растительности Японии и были приняты на вооружение армией США вскоре после войны. Одновременно эти кислоты, их соли и эфиры стали использоваться для химической прополки сорняков в посевах злаковых культур, а смеси эфиров 2,4-Д и 2,4,5-Т - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности. Это позволило военно-промышленным кругам США создать крупнотоннажные производства 2,4-дихлор-, 2,4,5-трихлорфенолов, а на их основе кислот 2,4-Д и 2,4,5-Т. К счастью, производство и применение 2,4-Д не имели отрицательных последствий для человечества. Напротив, изучение свойств 2,4-Д и ее производных явилось мощным импульсом к становлению современной химии гербицидов.
Совсем по-иному развивались события, связанные с расширением масштабов производства и применения 2,4,5-Т. Уже в 1949г. на заводе в Нитро (шт. Зап. Вирджиния, США), производящем 2,4,5-трихлорфенол, произошел взрыв. 250 человек получили серьезные поражения. Правда, об этом факте стало известно лишь в конце 70-х годов, а что касается последствий взрыва для местного населения и окружающей среды, то они все еще покрыты тайной. В 50-е годы появились сообщения о частых поражениях техническими 2,4,5-Т и трихлорфенолом на химических заводах в ФРГ и во Франции, причем последствия взрывов в Людвигсхафене (1953г., завод фирмы БАСФ) и Гренобле (1956г., завод фирмы "Рон Пуленк") обсуждались широко и детально. Многочисленные случаи поражения рабочих трихлорфенолом в 50-е годы имели место и в США (на заводах фирм "Дау Кемикал", "Монсанто", "Хукер", "Диаманд" и др.). Однако эти инциденты до конца 70-х годов не были преданы гласности. Период с 1961 по 1970г., когда заводы по производству 2,4,5-Т работали с предельной нагрузкой в связи с массовыми военными закупками армией США, был особенно насыщен событиями, связанными с диоксином. Массовые поражения, обусловленные взрывами на заводах, имели место в США, Италии, Великобритании, Голландии иФранции. Все эти инциденты (за исключением тех, что произошли во Франции) не освещались в печати до конца 70-х годов. Особенно страшными были последствия взрыва на заводе фирмы "Филипс Дюффар" в Амстердаме (1963г.), после которого администрация завода была вынуждена демонтировать оборудование, производственные помещения и затопить их в океане.Последнее десятилетие также не обошлось без многочисленных происшествий на заводах по производству и переработке 2,4,5-трихлорфенола. Наиболее страшной была катастрофа в г. Севезо (1976г., Италия), - в результате которой пострадали не только рабочие, но и местное население. Для ликвидации последствий этого инцидента с большой территории пришлось удалять поверхностный слой почвы.
Способ избежать заражения страны диоксинами - делать все по правилам. Схема образования диоксина при щелочном гидролизе тетрахлорбензола. Эту реакцию обычно проводят в растворе метанола (СН 3 ОН) под давлением при температуре выше 165 о С. Образующийся при атом трихлорфенолят натрия всегда частично превращается в предиоксин, а затем в диоксин. С повышением температуры до 210 о С скорость этой побочной реакции резко возрастает, а в более жестких условиях основным продуктом реакции становится диоксин. В этом случае процесс неконтролируем и в производственных условиях завершается взрывом. Причины поражения рабочих, занятых в производстве и переработке 2,4,5-трихлорфенола, были установлены в 1957г. почти одновременно тремя группами ученых. Г. Гофман (ФРГ) выделил в чистом виде хлоракногенный фактор технического трихлорфенола, изучил его свойства, физиологическую активность и приписал ему строение тетрахлордибензофурана. Синтезированный образец этого соединения действительно оказывал на животных такое же действие, как и технический трихлорфенол. В это же время К. Шульц (ФРГ), специалист в области кожных заболеваний, обратил внимание на то, что симптоматика поражения его клиента, работающего с хлорированными дибензо-пара-диоксинами, идентична симптоматике поражения техническим трихлорфенолом. Проведенные им исследования показали, что хлоракногенным фактором технического трихлорфенола действительно является 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин (диоксин) - неизбежный побочный продукт щелочной переработки симметричного тетрахлорбензола. Позже сведения К. Шульца получили подтверждение в работах других ученых. Высокая токсичность диоксина была установлена в 1957г. и в США. Это произошло после несчастного случая с американским химиком Дж. Дитрихом, который, занимаясь синтезом диоксина и его аналогов, получил сильное поражение, напоминающее поражение техническим трихлорфенолом, и был госпитализирован на длительный срок. Этот факт, как и многие другие инциденты на производствах трихлорфенола в США, был скрыт от общественности, а синтезированные американским химиком галогенированные дибензо-п-диоксины изъяты для изучения военным ведомством. Таким образом, в конце 50-х годов была выявлена причина частых поражений техническим трихлорфенолом и установлен факт токсичности диоксина и тетрахлордибензофурана. Более того, в 1961 г. К. Шульц опубликовал подробные сведения о чрезвычайно высокой токсичности диоксина для животных и показалособую опасность хронического поражения этим ядом. Так, через 25 лет после появления в природе диоксин перестал быть неизвестным "хлоракногенным фактором". К этому времени, несмотря на высокую токсичность, 2,4,5-трихлорфенол проник во многие сферы производства. Его натриевая и цинковая соли, а также продукт переработки - гексахлорофен стали широко применяться в качестве биоцидных препаратов в технике, сельском хозяйстве, текстильной и бумажной промышленности, в медицине и т.д. На основе этого фенола приготавливались инсектициды, препараты для нужд ветеринарии, технические жидкости различного назначения. Однако наиболее широкое применение 2,4,5-трихлорфенол нашел в производстве 2,4,5-Т и других гербицидов, предназначенных не только для мирных, но и для военных целей. В результате к 1960г. производство трихлорфенола достигло внушительного уровня - многих тысяч тонн в год.
ШЕСТВИЕ ДИОКСИНА ПО ПЛАНЕТЕ
После публикации работ К. Шульца можно было ожидать, что заводы по производству трихлорфенола будут закрыты либо будут разработаны новые технологические схемы получения этого продукта, не допускающие накопления в нем столь сильного яда. Однако этого не только не произошло, но и, вопреки здравому смыслу, дальнейшие публикации о физиологической активности и путях образования диоксина и тетрахлордибензофурана просто прекратились. Одновременно почти перестали поступать сообщения о случаях поражения людей трихлорфенолом и его производными, хотя именно в этот период, как стало известно позже, они были наиболее частыми.
В то же время производство трихлорфенола и продуктов его переработки по старой технологической схеме 50-х годов в странах Запада, и особенно в США, существенно расширилось, сохранился высокий уровень потребления этой опасной продукции и непрерывно возрастал ее экспорт. Биоцидные, инсектицидные и гербицидные препараты на основе 2,4,5-трихлорфенола поступили во многие страны Американского континента, в некоторые cтраны Африкии Юго-Восточной Азии, в Австралию и Океанию. Вместе с ними в почвы и акватории, города и поселки обширных районов мира непрерывно вносился диоксин. Особенно большие его количества поступали со сточными водами в окружающую среду районов, где размещались заводы, производящие трихлорфенол. Результаты этой деятельности не замедлили сказаться: в конце 60-х - начале 70-х годов в США были зарегистрированы многочисленные случаи массового поражения домашней птицы и даже потомстве диких животных.
Позже было показано, что гербициды типа 2,4,5-Т, поступавшие в 60-е годы на внутренний и внешний рынки США, содержали диоксин в концентрации от 1 до 100 частей на млн. (ррm), т. е. в количествах, которые превышают допустимые гв десятки, сотни и даже тысячи раз. Если считать, что используемые в мирных целях продукты переработки трихлорфенола содержали всего лишь 10 ррm диоксина, то и в этом случае за десятилетие, прошедшее после установления причин токсичности этой продукции, в окружающую среду США вместе со многими тысячами тонн пестицидов внесены сотни килограммов этого яда. Близкое этому количество диоксина появилось и на территории стран, импортировавших эту продукцию из США.
"ОПЕРАЦИЯ РЭНЧ ХЭНД" - ПРЕСТУПЛЕНИЕ ВЕКА
Особенно обширной оказалась военная программа США по использованию продуктов переработки трихлорфенола. К 60-м годам военное ведомство США завершило разработку широкого плана изучения гербицидов как потенциального оружия экологической войны, который предполагалось осуществить на территории Индокитая под кодовым названием "Операция Рэнч Хэнд". Более того, к этому времени уже были отобраны гербицидные рецептуры, разработаны методы и средства их применения, проведены широкие испытания в условиях, моделирующих тропические зоны Индокитая. В период испытаний основное внимание военных специалистов уделялось гербицидным рецептурам, содержащим эфиры 2,4,5-Т.
Когда обращаешься к материалам 60-х годов, особенно поражают масштабы проводившейся в США пропаганды этого вида оружия массового поражения. Для него выбрано безобидное название "дефолианты", иными словами, средства, вызывающие опадение листьев растений. На деле, однако, в армии США на вооружении были исключительно гербицидные рецептуры, предназначенные для полного уничтожения растений. В открытых наставлениях армии США "дефолиантам" отводилась роль демаскировки партизан и подавления их продовольственной базы. В печати превозносилась "гуманность" этого нового вида оружия. В заявлениях высокопоставленных представителей армии и даже администрации США гарантировалась полная безопасность его применения для окружающей среды, человека и животных.
Что же было в действительности? Летом 1961 г. в присутствии представителя Белого Дома ВВС США приступили к реализации "Операции Рэнч Хэнд" на территории Южного Вьетнама, а через три года завершили ее первый этап. Около 2 тыс. т гербицидов понадобилось для того, чтобы решить основные задачи первого этапа, связанные с выбором наиболее эффективных рецептур, способов, тактики и стратегии их применения. Осенью 1964г. ВВС США приступили к систематическому массированному поражению окружающей среды Вьетнама, после чего научной общественности стало ясно, что армия США во Вьетнаме проводит крупномасштабные испытания новых видов оружия массового поражения - оружия экоцида и геноцида. К чести прогрессивных американских ученых, они первыми подняли голос протеста против химической войны во Вьетнаме. Однако ни их выступления в печати, ни коллективные петиции в адрес администрации США не были приняты во внимание.
После 1965 г. масштабы химических акций стали наращиваться, на леса и поля Вьетнама ежегодно выбрасывались десятки тысяч тонн гербицидов. По неполным официальным данным, в химической войне 1961-1972 гг. США применили около 96 тыс. т гербицидов, из них 57 тыс. т рецептур, содержащих диоксин. Засекреченными остались сведения об объемах применения гербицидов в 1970-1972 гг. на территории Вьетнама и масштабы гербицидных обработок в Лаосе и Кампучии. Однако из баланса по производству и потреблению гербицидов следует, что обусловленный военными закупками США прирост производства 2,4,5-Т в 60-е годы достиг 50 тыс. т, из этого количества было изготовлено более 100 тыс. т только гербицидных рецептур, содержащих диоксин.
При оценке количества диоксина, внесенного в окружающую среду Вьетнама, необходимо учитывать, что его концентрация в технических эфирах 2,4,5-Т определяется технологией производства, которая в 50-е и 60-е годы была неизменной и приводила к высокому содержанию яда. Из подавляющего числа первоисточников следует, что концентрация диоксина в гербицидных рецептурах армии США достигала нескольких десятков ррпп. С этим согласуются сведения о загрязненности эфиров 2,4,5-Т производства 60-х годов, приводимые в работе К. Раппе (до 100 ррm) и в отчете Национальной академии наук США (до 50 ppm). Это подтверждают официальные данные ВВС США о содержании диоксина в пурпурной, розовой и зеленой рецептурах армии США (33-66 ppm). Американские ученые, изучающие свойства рецептуры "орандж эйджент", использовали типичные образцы ссодержанием 15-30 ppm диоксина. Лишь официальные данные ВВС США, полученные А. Янгом для "орандж эйджент", резко контрастируют с приведенными выше сведениями: в них утверждается, что среднее содержание диоксина в этой наиболее широко применявшейся во Вьетнаме рецептуре близко к 2 ppm. Однако, как следует из официальных данных министерства земледелия США, эфиры 2,4,5-Т такой степени чистоты в США далеко не всегда получали даже в начале 70-х годов, когда в технологическую схему была включена стадия очистки трихлорфенола.
Лишь после внедрения схемы с двукратной очисткой трихлорфенола удалось получить продукцию с содержанием диоксина ниже 1 ppm. А. Янг и другие представители официальных кругов США утверждают, что очистка трихлорфенола от диоксина в США включена в технологическую схему с середины 60-х годов. Однако из технической и патентной литературы следует, что усовершенствование производства трихлорфенола началось после 1970. Произведенные А. Янгом расчеты основаны на качестве эфиров 2,4,5-Т производства 1971-1973 гг. Все это позволяет считать более правдоподобными данные о высоком содержании диоксина в гербицидах типа 2,4,5-Т, произведенных в 60-е годы. Таким образом, 57 тыс. т рецептур на основе 2,4,5-Т, применение которых во Вьетнаме официально признается в США, принесли на сравнительно небольшую территорию Индокитая более 500 кг диоксина. Велика опасность того, что для получения реальной картины это количество следует по крайней мере удвоить.
Оценивая степень загрязнения окружающей среды диоксином, необходимо также учитывать возможность его вторичного образования после применения производных трихлорфенола. Сейчас показано однозначное термическое превращение в диоксин предиоксина, обычно присутствующего в технических препаратах на основе трихлорфенола. Высок выход диоксина при термолизе других нелетучих производных трихлорфенола, в том числе и 2,4,5-Т.
Приведенные в литературе отрицательные результаты были связаны либо с использованием летучих предшественников диоксина, либо с наличием условий их эффективного удаления из сферы реакции. Поскольку в различных объектах окружающей среды трихлорфенол и эфиры 2,4,5-Т быстро превращаются в нелетучие производные, различные материалы, консервированные биоцидами, а также остатки растений, пораженных гербицидами типа 2,4,5-Т, при сжигании заведомо являются источниками дополнительного количества диоксина. Особенно высокой надо считать вероятность вторичного образования диоксина в условиях химической войны, которая проводилась во Вьетнаме. Здесь за период военных действий было сожжено более 500 тыс. т напалма (в том числе и на обширных территориях пораженных лесов), взорвано более 13 млн т авиабомб, снарядов и мин. Поэтому в окружающую среду Вьетнама диоксин поступил в значительно больших количествах, чем его содержалось во многих десятках тысяч тонн гербицидов, примененных армией США. Чтобы представить себе, с какими последствиями связано накопление диоксина в окружающей среде, мы более подробно познакомим читателя со свойствами этогоопасного яда.
ЧТО ИЗВЕСТНО О СВОЙСТВАХ ДИОКСИНА.
Строение, физические и химические свойства. Молекула диоксина плоская и отличается высокой симметрией. Распределение электронной плотности в ней таково, что максимум находится в зоне атомов кислорода и хлора, а минимум в центрах бензольных колец. Эти особенности строения и электронного состояния и обусловливают наблюдаемые экстремальные свойства молекулы диоксина.
Диоксин - кристаллическое вещество с высокой температурой плавления (305 o С) и очень низкой летучестью, плохо растворяющееся в воде (2x10-8 % при 25 o С) и лучше в органических растворителях. Он отличается высокой термической стабильностью: его разложение отмечается лишь при нагревании выше 750 o С, а эффективно осуществляется при 1000 o С.
Диоксин - химически инертное вещество. Кислотами и щелочами он не разлагается даже при кипячении. В характерные для ароматических соединений реакции хлорирования и сульфирования он вступает только в очень жестких условиях и в присутствии катализаторов. Замещение атомов хлора молекулы диоксина на другие атомы или группы атомов осуществляется лишь в условиях свободнорадикальных реакций. Некоторые из этих превращений, например взаимодействие с натрий-нафталином и восстановительное дехлорирование при ультрафиолетовом облучении, используются для уничтожения небольших количеств диоксина. При окислении в безводных условиях диоксин лег- ко отдает один электрон и превращается в стабильный катион-радикал, который, однако, легко восстанавливается водой в диоксина является его способность к образованию прочных комплексов с многими природными и синтетическими полициклическими соединениями.
Токсические свойства. Диоксин - тотальный яд, поскольку даже в относительно малых дозах (концентрациях) он поражает практически все формы живой материи - от бактерий до теплокровных. Токсичность диоксина в случае простейших организмов обусловлена, по-видимому, нарушением функций металлоферментов, с которыми он образует прочные комплексы. Значительно сложнее происходит поражение диоксином высших организмов, особенно теплокровных. В организме теплокровных диоксин первоначально попадает в жировые ткани, а затем перераспределяется, накапливаясь преимущественно в печени, затем в тимусе и других органах. Его разрушение в организме незначительно: он выводится в основном неизменным, в виде комплексов неустановленной пока природы.
Период полувыведения колеблется от нескольких десятков дней (мышь) до года и более (приматы) и обычно возрастает при медленном поступлении в организм. С повышением удерживаемости в организме и избирательного накопления в печени чувствительность особей к диоксину возрастает.
При остром отравлении животных наблюдаются признаки общетоксического действия диоксина: потеря аппетита, физическая и пол
6759 0
А не является ли то, что мы
называем прогрессом цивилизации,
на самом деле безумием?
Штюрмер
Количество ксенобиотиков, загрязняющих природную среду, возрастает в пугающих масштабах. Погоня за экономической прибылью значительно опережает проблему сохранения чистоты природной среды. Существует еще одна опасность, а именно потенцирование действия ксенобиотиков, когда неблагоприятное воздействие одного из них усиливает действие другого. Глобальное загрязнение биосферы ксенобиотиками, превышающее возможности ее естественного самоочищения, настоятельно требует изменения стратегии ее развития и образа жизни людей на Земле.
По данным зарубежных исследователей, доля ущерба здравоохранения (повышенная заболеваемость населения в общем ущербе народного хозяйства, наносимого загрязнением окружающей среды) колеблется от 60 до 80%.
Все эти предприятия при отсутствии чистой технологии, нарушениях правил безопасности и технологической дисциплины, отсутствии культуры производства и очистных сооружений — основные источники всех бед для природы и человека. Таким образом, причины загрязнения окружающей среды многообразны. Однако общее для них в том, что все это происходит по вине людей. Экологическая неграмотность, профессиональная небрежность, преступная халатность, эгоистическое от ношение к окружающей среде нередко приводит к трагедиям и катастрофам.
Токсикантами могут быть и природные ядовитые вещества, например газы при извержении вулканов. Однако чаще это продукты хозяйственной деятельности человека, которые он неосмотрительно включил в круговорот природы.
Биологически активные вещества, содержащиеся в полезных ископаемых, ядовитых растениях, и медикаменты не являются токсикантами внешней среды до тех пор, пока они не будут «привнесены обратно», например в качестве пестицидов, или не попадут в виде устойчивых остаточных соединений в сточные воды и не станут причиной беды.
Лисовский В.А., Евсеев С.П., Голофеевский В.Ю., Мироненко А.Н.