Классификация ксенобиотиков

Природные ксенобиотики

Антропогенные ксенобиотики

1.бактериальные токсины; 2.грибковые токсины; 3.алкалоиды (азотсодержащие органические вещества, которыми особенно богаты растения семейств бобовые, пасленовые, маковые); 4.гликозиды; 5.хиноны, таннины (содержатся в коре, древесине и листьях многих растений); 6.флавоноиды (фенольные соединения, содержащиеся в высших растениях); 7.некоторые растительные пигменты, использующиеся для изготовления красителей.

1. Неорганические; 2. Органические.

Основные неорганические и органические ксенобиотики, распространенные в биосфере

Ванадий

Соединения ванадия используются в металлургической, машиностроительной промышленности, в текстильном и стекольном производствах, в виде феррованадия используется для производства стали и чугуна.

Основные пути поступления в организм человека органы дыхания, выделение преимущественно с мочой.

Ванадий и его соединения необходимы для нормальной жизнедеятельности человека. Они обладают инсулин - сберегающим эффектом, снижают уровень глюкозы и липидов в крови, нормализуют активность ферментов печени.

В избыточном количестве соединения ванадия обладают генотоксическим эффектом (вызывая хромосомные аберрации), способны нарушать основной обмен веществ, избирательно ингибировать или активизировать ферменты, участвующие в метаболизме фосфата, синтезе холестерина, могут изменять нормальный состав белковых фракций крови (увеличивать количество свободных аминокислот). 4-х и 5-ти валентный ванадий способен образовывать комплексные соединения с большим числом биологически активных веществ: рибозой, АМФ, АТФ, серином, альбумином, аскорбиновой кислотой.

Соединения ванадия контактируют с поверхностью клеточных мембран, в частности эритроцитов, нарушая ее проницаемость и способны вызывать гибель клеток.

По характеру поражений органов и тканей соединений ванадия могут быть отнесены к ядам общетоксического действия. Они вызывают поражение сердечно-сосудистой, дыхательной, центральной нервной систем. Симптомы острого отравления соединениями ванадия сходны с приступами бронхиальной астмы.

При хроническом отравлении соединениями ванадия характерны головная боль, головокружение, бледность кожных покровов, коньюктивиты, кашель иногда с кровавой мокротой, носовые кровотечения, дрожание конечностей (тремор). Наиболее тяжелая клиническая картина развивается при вдыхании паров и пыли в производстве V₂O₃ (это соединение используется как протрава в текстильной промышленности) и может закончиться смертельным исходом.

Кадмий

Широко используется для получения кадмиевых пигментов, необходимых для производства лаков, красок, эмалей посуды. Его источниками могут быть локальные выбросы с промышленных комплексов, металлургических предприятий, дым сигарет и печных труб, выхлопные газы автомобилей.

Накапливаясь в природной среде, кадмий по пищевым цепям попадает в организм человека. Источниками его являются продукты животного (свиные и говяжьи почки, яйца, морепродукты, устрицы) и растительного происхождения (овощи, ягоды, грибы, особенно луговые шампиньоны, ржаной хлеб). Много кадмия содержится в сигаретном дыму (одна выкуренная сигарета обогащает организм курильщика 2 мг кадмия).

Кадмий оказывает на организм политропное действие.

Кадмий обладает большим сродством к нуклеиновым кислотам, вызывая нарушение их метаболизма. Он нарушает синтез ДНК, ингибирует ДНК-полимеразу, мешает присоединению тимина.

Ферментотоксическое действие кадмия проявляется, прежде всего, в способности блокировать SН-группы в оксиредуктазе и сукцинатдигидрогеназе акцепторов холина. Кадмий способен изменять активность каталазы, щелочной фосфатазы, цитохромоксидазы, карбоксипептидазы, снижать активность пищеварительных ферментов в частности трипсина.

На клеточном уровне избыточное количество кадмия приводит к увеличению гладкого ЭПР, изменению в мембранах митохондрий, увеличению лизосом.

Мишенью в организме человека служат нервная, выделительная, репродуктивная системы. Кадмий хорошо проникает через плаценту, может вызывать спонтанные аборты (Л. Чопикашвили, 1993) и наряду с другими тяжелыми металлами способствовать развитию наследственной патологии.

После достижения концентрации кадмия 0,2 мг/кг веса появляются симптомы отравления.

Острое отравление кадмием может проявляться в виде токсической пневмонии и отека легких.

Хроническое отравление проявляется в виде гипертонии, боли в области сердца, болезни почек, боли в костях и суставах. Характерны сухость и шелушение кожи, выпадение волос, носовые кровотечения, сухость и першение в горле, появление на шейке зубов желтой каймы.

В качестве защитных средств можно рекомендовать витамины группы С, кальций, цинк, употребление в пищу различных сортов капусты.

Марганец

Большое распространение марганец нашел в промышленности по производству стали, чугуна, при электросварке, в лакокрасочном производстве, в сельском хозяйстве при подкормке сельскохозяйственных животных.

Пути проникновения в основном через органы дыхания, но может проникать через желудочно-кишечный тракт и даже неповрежденную кожу.

Марганец депонируется в клетках головного мозга, паренхиматозных органах, в костях.

В организме марганец участвует в стабилизации нуклеиновых кислот , участвует в процессах редупликации, репарации, транскрипции, в окислительном фосфорилировании, синтезе витаминов С и В₁, усиливает обмен веществ, обладает липотропным действием. Он регулирует процессы кроветворения, минеральный обмен, процессы роста и размножения. Попадая в течение длительного времени и в больших количествах в организм человека, марганец и его соединения оказывают токсическое действие.

Марганец обладает мутагенным эффектом. Он накапливается в митохондриях, нарушает энергетические процессы в клетке, способен угнетать активность лизосомальных ферментов, аденазинфосфатазы и других.

Марганец обладает нейротоксическим, аллергическим действием, нарушает функцию печени, почек, щитовидной железы. У женщин длительное время контактирующих с марганцем отмечается нарушение менструации, самопроизвольные аборты, рождение недоношенных детей.

Хроническое отравление соединениями марганца проявляется

следующими симптомами: повышенная утомляемость, боли в мышцах, особенно в нижних конечностях, апатией, вялостью, заторможенностью.

Ртуть

Поступление ртути в окружающую среду может происходить с промышленных стоков с предприятий по изготовлению пластмассы. каустической соды, химических удобрений. Помимо этого источниками

ртути являются: мастика для полов, мази и кремы для смягчения кожи, пломбы из амальгамы, водоэмульсионные краски, фотопленка.

Пути поступления в организм в основном через желудочно-кишечный тракт, часто с морепродуктами (рыбой, моллюсками), рисом и т.д. Выводиться из организма почками.

Ртуть оказывает генотоксический эффект, вызывая повреждения ДНК и генные мутации. Доказаны эмбриотоксический, тератогенный (не вынашивание беременности, рождение детей с аномалиями развития) и канцерогенный эффекты. Ртуть обладает тропностью к нервной и иммунной системам. Под действием ртуть снижается количество Т- лимфоцитов и может развиться аутоимунный гломерулонефрит.

Отравления ртутью приводят к развитию заболевания Минамато.

В 1953 году в Японии в районе залива Минамато от отравления ртути заболело 120 человек, из них умерли 46 человек,

Клиническая картина начинается обычно через 8-24 часа и выражается общей слабостью, повышением температуры, покраснение зева, сухим кашлем без мокроты. Затем присоединяются стоматит (воспалительные процессы ротовой полости), боли в области живота, тошнота, головная боль, бессонница, депрессия, неадекватные эмоциональные реакции, страхи.

Свинец

Основными источниками свинца являются выхлопные газы автомобилей, выбросы авиационных двигателей, старая краска на домах, вода, протекающая по покрытым свинцом трубами, овоще, выращенные вблизи автомагистралей.

Основные пути поступления в организм желудочно-кишечный тракт и органы дыхания.

Свинец относится к кумулятивным ядам, он постепенно накапливается в организме человека, в костях, мышцах, поджелудочной железе, головном мозге, печени и почках.

Токсичность свинца связана с его комплексообразующими свойствами. Образование комплексных соединений свинца с белками, фосфолипидами и нуклеотидами приводит к их денатурации. Соединения свинца угнетает энергетический баланс клетки.

Свинец обладает мембраноповреждающим эффектом, он накапливается в цитоплазматической мембране и мембранных органоидах.

Иммунотоксическое действие проявляется в понижении

неспецифической резистентности организма (снижении активности лизоцима слюны, бактерицидности кожи).

Доказаны мутагенное и канцерогенное действия свинца.

Отравление свинцом может проявляться следующими симптомами: снижение аппетита, депрессия, анемия (свинец снижает скорость образования эритроцитов в костном мозге и блокирует синтез гемоглобина), судороги, обмороки и т.д.

Отравление свинцом у детей может в тяжелых случаях закончиться смертельным исходом или при средней тяжести умственной отсталостью.

В качестве защитных средств можно рекомендовать применение витаминов группы В, Д и С, различных сортов капусты.

Хром

Соединения хрома широко применяются в народном хозяйстве, в металлургической, фармацевтической промышленности, при производстве стали, линолеума, карандашей, в фотографии и т.д.

Пути поступления: органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, может всасываться через неповрежденную кожу. Выделяется всеми экскреторными органами.

В биологических дозах хром является постоянным и необходимым компонентом различных тканей, активно участвует в процессах клеточного метаболизма.

Поступая в организм в избыточных концентрациях, хром накапливается в легких, печени и почках.

Механизм патогенного действия.

Поступая в клетку, соединения хрома изменяют ее митотическую активность. В частности могут вызвать задержку митоза, нарушать цитотомию, вызывать асимметричные и многополюсные митозы, приводить к образованию многоядерных клеток. Подобные нарушения доказывают канцерогенный эффект соединений хрома.

Генотоксический эффект соединений хрома проявляется в его способности повышать частоту хромосомных аберраций, вызывать генные мутации по типу «замены пар оснований» или « сдвигу рамки считывания», способствовать образованию полиплоидных и анеуплоидных клеток. ( А.Б. Бенгалиев, 1986).

Помимо мутагенного и канцерогенного действия соединения хрома способны вызывать денатурацию белков плазмы крови, нарушать ферментативные процессы в организме, вызывать изменения органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, печени, почек и нервной системы. Способствовать развитию аллергических процессов, в частности дерматитов.

Острое отравление соединениями хрома проявляется головокружением, ознобом, тошнотой, рвотой, болью в животе.

При постоянном длительном контакте с соединениями хрома развиваются бронхиты, бронхиальная астма, дерматиты, рак легких. На коже, чаще на боковых поверхностях кистей рук, в нижней части голени появляются своеобразные хромовые язвы. Язвы по началу поверхностные, мало болезненные, имеют вид « птичьих глазков», в дальнейшем они углубляются и становятся очень болезненными.

Цинк

Соединения цинка используются при плавке свинцовоцинковой руды, в производстве белил, при плавке алюминия, при оцинковывании посуды Окись цинка применяется в производстве стекла, керамики, спичек, косметических средств, зубного цемента.

Пути поступления - преимущественно органы дыхания, выделяется в основном через кишечник. Депонируется в костях, волосах, ногтях.

Цинк является биоэлементом и входит в состав многих ферментов и гормонов (инсулина).Дефицит его приводит к атрофии лимфоидных органов, нарушению функции Т-хелперов.

Поступая в организм в избытке, цинк нарушает проницаемость клеточных мембран, накапливается в цитоплазме и ядре клетки, способен образовывать комплексы с фосфолипидами, аминокислотами и нуклеиновыми кислотами, повышать активность лизосомальных ферментов. При вдыхании паров цинка происходит денатурирование белков слизистых оболочек и альвеол, всасывание которых приводит к развитию « литейной лихорадки», основными проявлениями которой являются: появление сладковатого вкуса во рту, жажда, чувство усталости, боли в груди, сонливость, сухой кашель. Затем повышается температура до 39-40 С, сопровождается ознобом и держится в течении нескольких часов и снижается до нормальных цифр.

Болезненное состояние длиться обычно 2-4 дня. В анализе крови повышение сахара, в анализе мочи появление сахара, цинка, меди.

В качестве защиты можно рекомендовать пользоваться на предприятиях по производству цинка противогазами, специальными защитными очками и спецодеждой. Постоянное проветривание помещений. Употребление в пищу продукты, содержащие витамин С.

Механизмы защиты организма от ксенобиотиков

Ученые обнаружили, что в организме животных и человека имеется довольно много различных механизмов защиты от ксенобиотиков. Главные из них:

-система барьеров, препятствующих проникновению ксенобиотиков во внутреннюю среду организма и защищающих особо важные органы;

• особые транспортные механизмы для выведения ксенобиотиков из организма;

• ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в соединения менее токсичные и легче удаляемые из организма;

• тканевые депо, где могут накапливаться некоторые ксенобиотики. Ксенобиотик, попавший в кровь, как правило, транспортируется в наиболее важные органы - центральную нервную систему, железы внутренней секреции и т.д., в которых расположены - гистогематические барьеры. К сожалению, гистогематический барьер не всегда бывает непреодолимым для ксенобиотиков. Более того, некоторые из них могут повреждать клетки, образующие гистогематические барьеры, и те становятся легко проницаемыми.

Транспортные системы, выводящие ксенобиотики из крови, обнаружены во многих органах млекопитающих, в том числе и человека. Наиболее мощные находятся в клетках печени и почечных канальцев.

Липидная мембрана этих клеток не пропускает водорастворимые ксенобиотики, но в этой мембране имеется специальный белок-переносчик, который опознает подлежащее удалению вещество, образует с ним транспортный комплекс и проводит через липидный слой из внутренней среды. Затем другой переносчик выводит из клетки вещество во внешнюю среду. Иначе говоря, все антропогенные органические вещества, образующие во внутренней среде отрицательно заряженные ионы (основания), выводятся одной системой, а образующие, положительно заряженные ионы (кислоты) - другой. К 1983 году было описано более 200 соединений разного химического строения, которые способна опознавать и выводить система транспорта органических кислот в почке.

Но, к сожалению, и системы выведения ксенобиотиков не всесильны. Некоторые ксенобиотики могут разрушать транспортные системы например, таким действием обладают синтетические антибиотики пенициллинового ряда - цефалоридины, по этой причине они не применяются в медицине.

Следующий механизм защиты - ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в менее ядовитые и легче поддающиеся выводу соединения. Для этого используются ферменты, катализирующие или разрыв какой-либо химической связи в молекулу ксенобиотика, или, наоборот, соединение ее с молекулами других веществ. Чаще всего в итоге получается органическая кислота, которая легко удаляется из организма.

Наиболее мощные ферментные системы находятся в клетках печени. В гепатоцитах могут обезвреживаться даже такие опасные вещества, как полициклические ароматические углеводороды, способные вызывать рак. Но иногда в результате работы этих ферментных систем образуются продукты, гораздо более ядовитые и опасные, чем исходный ксенобиотик.

Депо для ксенобиотиков. Некоторые из них избирательно накапливаются в определенных тканях и длительное время в них сохраняются; в этих случаях и говорят о депонировании ксенобиотика. Так, хлорированные углеводороды хорошо растворимы в жирах и поэтому избирательно накапливаются в жировой ткани животных и человека. Одно из таких соединений ДДТ, до сих пор обнаруживается в жировой ткани человека и животных, хотя его применение в большинстве стран мира запрещено лет 20 назад. Соединения тетрациклинного ряда сродни кальцию, и потому избирательно депонируются в растущей костной ткани и т.д.

Основная литература

1. Шилов И.А. Экология. – М.: Высшая школа, 1998.

2. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. – Ростов н/Д: Издательство «Феникс» 2000.-576с.

3. Королев А.А. Медицинская экология. – М.: «Академия» 2003. – 192с.

4. Самыкина Л.Н., Федосейкина И.В., Богданова Р.А., Дудина А.И., КуликоваЛ.Н., Самыкина Е.В. Медицинские проблемы обеспечения качества жизни - Самара: ООО «ИПК» «Содружество», 2007. – 72с.

Дополнительная литература.

1.Агаджанян Н.А., Воложин А.И., Евстафьева Е.В. Экология человека и концепция выживания. - М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2001.

2.Алексеев С. В., Янущьянц О. И., Гигиеническая проблема экологии детства в современных условиях. Экологическая безопасность городов: Тез. докл. науч. – практ. конф. – С.- Пб, 1993.

3.Бурлакова Т. И., Самарин С. А., Степанов Н. А. Роль факторов среды обитания в онкологической заболеваемости населения промышленного города. Гигиенические проблемы охраны здоровья населения. Материалы конференции. Самара., 2000.

4.Буклешева М. С., Горбатова И. Н. Некоторые закономерности формирования заболеваемости детского населения в районе крупного нефтехимического комплекса./Клинико- гигиенические аспекты профилактики профзаболеваний на предприятиях городов Среднего Поволжья: сб0к науч. тр. МНИИГ им. Ф. Ф. Эрисмана. – М., 1986.

5.Галкин Р. А., Маковецкая Г. А., Стукалова Т. И. и др. Проблемы здоровья детей техногенных провинций./ Окружающая среда и здоровье: Тез. докл. науч. – практ. конф.- Казань, 1996.

6.Добло А. Д., Логашова Н. Б. Эколого- гигиенические аспекты водоснабжения оьласти./ Гигиенические проблемы охраны здоровья населения. Материалы конференции / Самара, 2001.

7.Жукова В. В., Тимохин Д. И. Гигиенические проблемы сохранения здоровья населения крупных городов. / Гигиена на рубеже 21 века: Материалы конференции. Воронеж. – 2000.

8.Маковецкая Д. А., Гасилина Е. С., Каганова Т. И. Агрессивные факторы и здоровье детей. / Материалы 6 Международного конгресса « Экология и здоровье человека». Самара, 1999.

9.Потапов А. И., Ястребов Г. Г. Тактика и стратегтя комплексных гигиенических исследований. // Гигиенические проблемы охраны здоровья населения. Материалы конференции. Самара, 2000.

10.Сукачева И. Ф., Кудрина Н. В., Матюнина И. О. Эколого – гигиеническая ситуация Саратовского водохранилища в пределах города Самары. / Гигиенические проблемы здоровья населения. Материалы конференции. / Самара, 2001.

11.Спиридонов А. М., Сергеева Н. М. О состоянии окружающей среды и здоровья населения Самарской области // Экология и здоровье человека: Сб. науч. тр./ - Самара.