Экотоксикология

Уровень содержания нитрозоаминов в пищевой продукции — один из важнейших показателей ее безопасности. Установлено, что с увеличением продолжительности хранения содержание нитрозоами-нов в продуктах питания повышается. Так, на 30-е сутки хранения превышение гигиенических норм содержания нитрозоаминов в мясной варено-копченой продукции составляет 30—40 %.
Большинство нитрозоаминов оказывает специфическое действие на определенные органы. При высоких дозах эта специфичность уже не проявляется. Известно, что частое действие небольших доз более опасно, чем одноразовое больших доз.
От типа нитрозосоединений зависит механизм их действия на живой организм. Нитрозосоединения вызывают необратимые изменения ДНК. В большинстве случаев химические канцерогены, в том числе нитрозосоединения, вызывают мутации. Конечно, не все мутации приводят к развитию рака. Например, доказано, что N-нитрозометилмочевина и N-нитрозоэтилмочевина оказывают на ДНК действие, приводящее к аномалиям и порокам развития живого организма (недоразвитие конечностей, в раде случаев также нарушения в развитии сердца и центральной нервной системы). Вещества, называемые коканцерогенами, усиливают канцерогенное действие нитрозоаминов. При одновременном введении в рацион для хомяков диэтилнитрозоамина и полициклических углеводородов наблюдалось интенсивное образование опухолей. При раздельном применении этих же соединений в такой же концентрации образование опухолей было медленным или не отмечалось.

Свойство атомов химических веществ самопроизвольно превращаться в атомы других веществ, испуская при этом элементарные частицы и электромагнитные волны, получило название радиоактивности. Образующиеся разновидности атомов с иным массовым числом и другим атомным номером называют нуклидами. Различают естественную радиоактивность, присущую радионуклидам, встречающимся в природе, например радиоактивность урана, тория и других элементов, и искусственнуюу свойственную радионуклидам, полученным искусственно в результате ядерных реакций. Вещества, имеющие в своем составе радиоактивные нуклиды, называют радиоактивными,
В зависимости от характера взаимодействия с веществом все ионизирующие излучения делятся на две группы.
• Излучения, состоящие из заряженных а- и в-частиц, пучков электронов, протонов, тяжелых ионов и отрицательных пи-мезонов. Эти излучения вызывают ионизацию вещества непосредственно при столкновениях с атомами и молекулами, поэтому их называют иногда непосредственно ионизирующими излучениями, а-Излучение — это поток положительно заряженных атомов гелия. Они движутся сравнительно медленно, не проникают в глубь организма, будучи остановленными, вызывают сильную локальную ионизацию, ^-излучение — это поток быстро движущихся электронов. Свою энергию они отдают на протяжении более длинного следа.
• Излучения, не имеющие электрических зарядов, — нейтронное, рентгеновское и г-излучение. Они передают свою энергию в веществе сначала электронам и положительно заряженным ядрам атома, сталкиваясь с ними, а затем уже электроны и ядра атомов производят ионизацию атомов и молекул. Поэтому излучения этой группы называют косвенно ионизирующими излучениями. ^-Излучение представляет собой электромагнитные волны с очень малой длиной волны (10~8см), высокой частотой (Ш^с"1) и очень большой энергией и проникающей способностью. Его лучи не имеют электрического заряда, легко проникают в вещество, вызывая разрушение ДНК, генные мутации, хромосомные перестройки. Излучения второй группы представляют наибольшую опасность для живых организмов.
Большинство радиоактивных веществ излучает только один род частиц — либо б-частицы (235U, 219Pu, 241Am и др.), либо в-ча-стицы (131I, 90Sr, 14C, 3Н и др.). Испускание частиц часто сопровождается г-излучением, в частности, В- + г-излучения свойственны для распада ядер 40К, 137Cs, 140Ba, ll05Ru и др.
Радиоактивные вещества обладают радиоактивностью только до тех пор, пока в них происходят ядерные превращения. По истечении определенного времени они становятся нерадиоактивными, превращаясь в стабильные изотопы.
Для оценки продолжительности жизни радионуклида введено понятие период полураспада — время, в течение которого радиоактивность вещества (или число радиоактивных ящер) в среднем уменьшается вдвое. Период полураспада различных радионуклидов колеблется в широких пределах — от долей секунды до многих миллионов лет. Периоды полураспада некоторых радионуклидов, внесших значительный вклад в облучение населения и загрязнение территории после чернобыльской катастрофы, следующие: йод-133 —20,8 ч; йод-131 — 8,05сут; цезий-144 — 284 сут; рутений-106 — 1 год; цезий-134 — 2,1 года; цезий-137 — 30 лет; стронций-90 — 28 лет; плутоний-239 — 24 тыс. лет. Уран-238 испускает б-частицы, и период его полураспада составляет 4,5 млрд лет.

В плазме крови огромное количество как эндогенных, так и экзогенных веществ (сульфаниламиды, антибиотики, салицилаты) связываются и транспортируются альбумином. В клетках, особенно печени, полиароматические углеводороды, канцерогены, нит-ропроизводные, антибиотики связываются глутатионтрансфераза-ми. Металлы связываются SH-группами G-SH и небольшого белка металлотионеина, богатого остатками цистеина. Связанные ксенобиотики неактивны, постепенно они высвобождаются, мета-болизируются и выводятся. Очень важный механизм выведения из клетки ксенобиотиков — функционирование Р-гликопротеина, являющегося транспортной АТФазой. Большинство ксенобиотиков в результате метаболизма становятся менее гидрофильными, поступают в плазму крови, откуда они удаляются почками с мочой. Совместное функционирование печени и почек играет важнейшую роль в обезвреживании и выведении из организма большинства ксенобиотиков. Вещества, более гидрофильные или с большой молекулярной массой (более 300), чаще выводятся с желчью в кишечник и затем удаляются.

Действие яда определяется прежде всего его концентрацией в организме. Для большинства ядов можно предположить, что ответная реакция следует непосредственно за адсорбцией чужеродных веществ на рецепторе и длится до тех пор, пока яд остается на этом рецепторе. Понятие о рецепторе как месте приложения яда позволяет судить о механизмах взаимоотношений яда с биологическим субстратом. Термин «рецептор» был предложен в начале XX в. известным немецким ученым П. Эрлихом. Он представлял рецепторы в виде определенных участков крупных молекул, комплементарных чужеродным соединениям. Связь между чужеродными веществами и их рецепторами возникает, по-видимому, аналогично взаимодействию субстрата со специфическим ферментом.
Во многих случаях рецепторы действительно представляют собой ферменты. В частности, оксигруппа серина, входящая в состав молекулы фермента ацетилхолинэстеразы, служит рецептором для фосфорорганических инсектицидов, образующих с этим ферментом прочный комплекс.
Кроме ферментов, являющихся наиболее частым местом первичного действия металлов, рецепторами для них могут быть и другие компоненты клетки (аминокислоты гистидин и цистеин, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, витамины). Роль рецепторов выполняют многие функциональные группы органических соединений, такие, как сульфгидрильные, гидроксильные, карбоксильные, амино- и фосфорсодержащие, играющие важную роль в метаболизме клетки. В роли рецепторов могут выступать также различные медиаторы и гормоны. Чтобы производить биологическое действие, химическое вещество должно обладать сродством к рецепторам и собственной физико-химической активностью. Под сродством подразумевается степень притяжения вещества к рецепторам, она измеряется величиной, обратной скорости диссоциации комплекса вещество + рецептор. Взаимодействием с тем или иным рецептором клетки обусловлено проявление специфического токсического действия металлов.
Эффект от циркуляции яда в организме пропорционален поверхности рецепторов, занятой молекулами токсического вещества. В токсикологии различают неспецифическое (общее) и специфическое действие химических агентов. Неспецифическое действие яда связано со слабыми взаимодействиями вещества с клеткой в результате его присутствия в биосубстрате. Так действуют многие наркотики, представляющие собой неэлектролиты. Они слабо диссоциируют на ионы и обладают слабой электрической проводимостью. Их влияние на организм основано не на специфических химических взаимодействиях с клеточными рецепторами, а на взаимодействии со всей клеткой в целом, обусловленном физико-химическими свойствами вещества. Вещества с неспецифическим действием могут не вступать в организме в какие-либо химические реакции и не подвергаться превращению, вызывая токсический эффект своим присутствием.
Степень развития токсического эффекта у многих ядов зависит от их концентрации и времени воздействия. По этим параметрам яды делят на концентрационные и хроноконцентрационные. К концентрационным ядам относятся вещества, действие которых зависит главным образом от концентрации, а не от времени (многие летучие наркотики, кураре, кокаин). Хроноконцентраци-онными ядами являются вещества, токсический эффект которых существенно зависит от времени воздействия и определяется по формуле
К такому типу веществ относятся фосген и яды, оказывающие действие на обмен веществ и на ферментные системы, особенно в тех случаях, когда сам яд играет роль катализатора (карбонил натрия).

Токсичность химических соединений зависит от ряда параметров: химической структуры вещества, его физико-химических свойств, условий воздействия на организм (доза, концентрация, время действия и т.д.). Большое значение имеет путь введения изучаемого вещества: ингаляционный — с вдыхаемым воздухом; пероральный — введение в желудок (через рот); перкутанный— поступление через кожу; внутримышечный, внутрибрюшинный, внутривенный, внутрикожный и др. Каждый путь имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при проведении токсикологического эксперимента, так как эффект при различном поступлении вещества может быть неодинаковым. Скорость всасывания вещества при различных способах введения также неодинакова. Неидентичной может быть и клиническая картина отравления при действии токсиканта, поступающего в организм различными путями.
Быстрота и сила действия токсического вещества, попавшего в желудок, во многом зависят от степени наполнения желудка пищевой кашицей и от ее характера. В пустом желудке вещества сразу вступают в непосредственный контакт со слизистой желудка, вследствие чего всасываются быстрее. Имеется достаточно примеров, когда химическое соединение, попав в желудок, полностью теряет токсичность или она значительно уменьшается (кураре, яды змей и насекомых). Вещества, не растворяющиеся в кислой среде, могут проходить через желудок не всосавшись, но всасываться в щелочной среде кишечника. Многие яды в биологических средах желудочно-кишечного тракта растворяются лучше, чем в воде, в связи с этим увеличивается и их всасывание.
На быстроту и силу действия токсических веществ могут заметно влиять различные изменения внешних условий, отражающиеся на процессах всасывания в желудочно-кишечном тракте (температура, давление, влажность воздуха).
Большое значение имеет и общее состояние организма. Известно, что при многих заболеваниях всасывание в желудке и кишечнике резко уменьшается.
Из желудочно-кишечного тракта токсическое вещество распространяется по лимфатической и кровеносной системам в различные органы. Важную роль в превращении и обезвреживании ядов играет печень, особенно ферменты микросомальной фракции. Благодаря антитоксической барьерной роли печени ряд токсических веществ теряют или уменьшают свое отравляющее действие.
Токсические вещества можно вводить перорально в их чистом виде, в растворах, эмульсиях, суспензиях или с пищей и питьевой водой.
При введении веществ в чистом виде имеется уверенность, что наблюдаемое действие зависит именно от исследуемого вещества, а не от растворителей или каких-либо других побочных примесей. Представляется возможность точно дозировать вводимое вещество.
К растворам химических соединений прибегают в тех случаях, когда приходится манипулировать с очень малым количеством вещества (0,01 мл и меньше) или если вещество обладает раздражающим действием и это явление надо уменьшить, чтобы выявить характерное влияние данного вещества на весь организм, а не только на слизистые оболочки пищеварительного тракта.
Растворитель может сам по себе изменить скорость и силу действия яда. Чем концентрированнее раствор, тем в большем количестве он всасывается и тем большую токсичность проявляет. Наоборот, всасываясь в сильно разведенном виде, токсические вещества в ряде случаев успевают в организме обезвредиться. Поскольку скорость всасывания многих веществ зависит главным образом от концентрации, а не от объема, для получения сопоставимых результатов более целесообразно вводить несколько отличающиеся количества вещества, но в одинаковой концентрации.
Характер растворителя также играет немаловажную роль. Лучше всего в качестве растворителя использовать воду, так как она сама по себе не вызывает токсического действия и всасывание в желудочно-кишечном тракте при этом не нарушается.
В последнее время для стандартизации токсикологических приемов предлагается использовать рафинированное растительное масло. Однако большие объемы его могут не всосаться, а эвакуироваться вместе с испытуемым веществом через кишечник.