Биологическая безопасность продуктов питания

первичная токсикологическая оценка (установление смертельных доз на лабораторных животных, влияние на кожу и слизистые оболочки, кумулятивные свойства);

изучение влияния нового пестицида на организм лабораторных животных в хронических опытах, в ходе проведения которых устанавливаются пороговые дозы и концентрации, изучаются аллергенные, эмбриотоксические, тератогенные, мутагенные, канцерогенные свойства и отдаленная нейротоксичность;

гигиеническое нормирование изучаемого пестицида в окружающей среде (экспериментальное гигиеническое исследование, гигиеническое изучение условий труда при применении пестицидов, комплексные гигиенические исследования по регламентации применения пестицидов в объектах окружающей среды).

Решение вопроса о возможности внедрения нового пестицида в производство должно базироваться, с одной стороны, на данных о токсичности и других проявлениях действия его на теплокровных животных и, с другой стороны - на материалах, характеризующих поведение пестицида в окружающей среде.

При изучении вопросов гигиены применения пестицидов необходимо исследовать в динамике поведение каждого пестицида в окружающей среде с момента его поступления туда. При этом комплексное гигиеническое нормирование предусматривает разработку нормативов для контингентов населения, не подвергающихся непосредственному контакту с пестицидами в производственных условиях.

Одним из главных разделов исследований является изучение характера и уровня фактического загрязнения пищевых продуктов. На величину остаточных количеств пестицидов в пищевых продуктах существенное влияние оказывают норма расхода и форма препарата, концентрация рабочих составов, кратность, сроки и способ обработки и др. Поэтому при изучении фактического загрязнения пищевых продуктов следует учитывать все эти факторы, а также особенности сельскохозяйственных культур. Большое значение имеет определение сроков ожидания (период времени от последней обработки до сбора урожая). Правильное установление этого регламента и его соблюдение - основа профилактики загрязнения пестицидами пищевых продуктов.

Токсиколого-гигиенические исследования новых пестицидов следует выполнять, используя «Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов» (утв. зам. министра здравоохранения СССР № 4263-87 от 13.03.87 г.) в соответствии с федеральным законом № 109-ФЗ от 19.07.97 г. «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами».

Государственный санитарно-эпидемиологический надзор за содержанием пестицидов в продуктах питания

Во всех видах продовольственного сырья и пищевых продуктов в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01 контролируются только гек-сахлорциклогексан (ГХЦГ) (а, в, у- изомеры), ДДТ и его метаболиты, в рыбе и продуктах переработки - еще 2,4-Д кислота, ее соли и эфиры. В зерне и продуктах переработки, кроме вышеназванных, определяются также ртуть-органические пестициды. Допустимые уровни содержания указанных пестицидов приведены в таблице 3.14.

Остаточные количества всех других пестицидов, в том числе фумигантов, в продовольственном сырье и пищевых продуктах определяются на основании информации, представляемой изготовителем (поставщиком) продукции об использованных пестицидах при производстве, хранении и транспортировке продуктов. При этом фактическое содержание пестицидов сравнивается с гигиеническими нормативами содержания пестицидов в объектах окружающей среды (ГН 1.2.1323-03).

Информация о присутствии остаточных количеств пестицидов в продуктах питания и других объектах окружающей среды собирается и анализируется МЗ РФ в рамках государственной статистической отчетной формы № 18 «Сведения о санитарном состоянии района, города, края, республики» и ведомственной отчетности системы «Пестотест». Основное внимание уделяется контролю продуктов питания, удельный вес исследования которых составляет 92...95 % в общей структуре объектов, исследования воды -3...4 %, почвы - 2...3 %, атмосферного воздуха - 0,2 %.

Таблица 3.14

Допустимые уровни содержания «глобальных» пестицидов в различных группах продовольственного сырья и пищевых продуктов (по СанПиН 2.3.2.1078-01)

Допустимые уровни пестицидов, мг/кг, не более

Группа пищевых продуктов	Гекса-хлорцик-логексан (а, Р, у-изомеры)	ДДТ и его метаболиты	2,4-Д кислота, ее соли и эфиры	Ртуть-органические
Мясо и мясопродукты; птица, яйца и продукты их переработки	0,1	0,1	н/н*	н/н
Молоко и молочные продукты	0,005...1,25	0,05...1,0	н/н	н/н
Рыба, нерыбные продукты промысла и продукты, вырабатываемые из них	0,03...0,2	0,2.3,0	Не допускается	н/н
Зерно (семена), мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия	0,5	0,02.0,05	Не допускается	Не допускается
Сахар и кондитерские изделия	0,005...0,5	0,005...0,15	н/н	н/н
Плодоовощная продукция	0,05...0,5	0,1	н/н	н/н
Масличное сырье и жировые продукты	0,2...1,25	0,05...1,0	н/н	н/н
Напитки	н/н	н/н	н/н	н/н
Другие продукты	0,2...1,25	0,05...1,0	н/н	н/н
Биологически активные добавки	0,5	0,02	н/н	н/н

В целом по России учреждениями госсанэпиднадзора ежегодно определяется в продуктах питания порядка 200 пестицидов (перечень разрешенных для применения содержит более 600 наименований пестицидов). При этом ежегодно исследуется более 200 тыс. проб пищевых продуктов. До 75 % всех исследований направлено на поиск 3-х групп пестицидов: а, Р, у-изомеров ГХЦГ, ДДТ (и его метаболитов ДДД, ДДЕ) и гербицидов группы 2,4-Д. Более 80...85 % составляют определения хлорсодержащих пестицидов, гербицидов группы 2,4-Д, производных тиофосфорной и дитиофосфор-ной кислот, триазинов и синтетических пиретроидов.

Удельный вес проб продовольственного сырья и пищевых продуктов, не отвечающих требованиям гигиенических нормативов, в 1996 г. составил 0,33 %, в 1997 г. - 0,4 %, в 1998 г. - 0,19 %, в 1999 г. - 0,17 %, в 2000 г. -0,22 %. Несмотря на незначительное превышение МДУ по содержанию пестицидов, присутствие последних в различных продуктах питания остается на значительном уровне.

Наиболее загрязненными группами продуктов питания пестицидами являются зерновые и зернобобовые культуры, мукомольная продукция, свежая рыба, сухое молоко, а также овощи, выращенные в тепличных хозяйствах. Загрязнение пестицидами отдельных групп продуктов питания в среднем за 1991.1996 гг. представлено в таблице 3.16. В 2000 г. пестициды выявлялись в рыбопродуктах в 15,7 % проб, в мясопродуктах - в 9 %, в сахаре и хлебопродуктах - в 7,4 %, в овощах и бахчевых - в 6 %, в молокопродуктах -в 5,7 %. Самый низкий уровень загрязненности характерен для кофе в зернах.

Данные о загрязнении пестицидами отдельных групп продуктов питания в среднем за 1991... 1996 гг. приведены в табл. 3.15.

Таблица 3.15

Загрязнение пестицидами отдельных групп продуктов питания в среднем за 1991.1996 гг.

Удельный вес проб

Группа продуктов питания	содержащих	в том числе с
	пестициды	Превышением МДУ
Продукция молочной промышленности	6,8	0,5
Овощи, плоды, продукция закрытого грунта	4,4	0,4
Мясо и птицепродукты	8,1	0,5
Продукция садов и виноградников	5,1	0,3
Сахар и хлебопродукты	3,2	0,3
Продукция масложировой промышленности	6,9	0,2
Мукомольно-крупяные продукты	3,8	0,8
Зерновые и зернобобовые культуры	3,0	0,5
Продукция рыбная пищевая	12,4	0,2
Улов рыбы	6,8	0,6

Наиболее часто при скрининговых исследованиях обнаруживаются гексахлорциклогексан и его изомеры, ДДТ и его метаболиты, препараты группы 2,4-Д. Кроме того, приоритетными по выявляемости являлись карбофос, децис, актелик, хлорэтанол, бензофосфат, амбуш, цимбуш, диазинон, байлетон, сумицидин, дилор, рамрод, семерон, фенмедифам, поликарбоцин, омайт, цинеб, пропазин, ТИЛТ. При этом уровни фактического присутствия пестицидов в 8.10 и более раз превышают число проб, в которых эти загрязнители находятся в количествах, превышающих допустимые уровни (ДУ). В целом фактическое содержание отдельных препаратов в продуктах питания находится на критическом уровне и требует принятия профилактических мер, снижающих воздействие пестицидов на организм. При этом именно в отношении этой группы загрязнителей существует реальная возможность как прогнозирования уровней контаминации, так и осуществления мероприятий по их снижению, в том числе в продуктах питания.

3.3.5 Удобрения

Применение удобрений в сельском хозяйстве имеет большое значение для управления плодородием почв, повышения урожайности и пищевой ценности сельскохозяйственных культур. Нарушение агрохимических и гигиенических регламентов применения удобрений приводит к чрезмерному накоплению их в почве, растениях, они загрязняют продовольственное сырье и пищевые продукты, оказывая тем самым токсическое действие на организм человека.

В зависимости от химического состава различают удобрения азотные, фосфорные, калийные, известковые, микроудобрения, бактериальные, комплексные и др. Условно их можно подразделить на минеральные и органические. Необходимость в удобрениях объясняется тем, что естественный круговорот азота, фосфора, калия, других необходимых соединений не может восполнить потери этих биоэлементов, уносимых из почвы с урожаем.

Азотные удобрения. В зависимости от формы соединения азота существуют:

аммиачные - азот присутствует в виде свободного аммиака (жидкий, водный и безводный);

аммонийные - азот представлен ионом аммония (например, сульфат аммония);

нитратные - азот находится в составе остатка азотной кислоты (натриевая и кальциевая селитры);

аммонийно-нитратные - содержат азот в аммонийной и нитратной формах (аммиачная селитра);

амидные - представлены мочевиной - амидом карбаминовой кислоты, превращающимся в почве под воздействием уреазы бактерий в углекислый аммоний.

К медленнодействующим азотным удобрениям относятся мочевино-формальдегидные, мочевино-альдегидные, изобутилдиендимочевина, оксамид и др.

Азот играет важную роль в жизнедеятельности растений в качестве компонента белков, нуклеиновых кислот, витаминов, других биологически активных веществ.

Нитратная форма удобрений в допустимых дозах способствует образованию в растениях аскорбиновой кислоты и кальция, аммонийная - фосфора.

Фосфорные удобрения. Различаются количеством оксида фосфора Р2О5. Один из самых распространенных видов - суперфосфат. Накопление в почве и растениях большого количества Р2О5 тормозит протекающие в них биологические процессы.

Калийные удобрения - калийная соль (хлористый калий), калиймагнезиальное удобрение (KCI + NaCI + MgS04), калийно-аммиачная селитра (KN03 + NH4CI) и др. Калий не входит в органический состав веществ растений, но он активно участвует в углеводном и белковом обменах.

Микроудобрения - необходимы для обогащения почвы микроэлементами. Наибольшее распространение получили борные, молибденовые, медные, марганцевые, цинковые, кобальтовые.

Комплексные удобрения - содержат комплекс питательных для растений элементов (фосфорно-азотные, фосфорно-калийные).

Органические удобрения. Играют важную роль в улучшении плодородия почв с низким содержанием гумуса, а также тяжелых почв с непрочной структурой. С экскрементами коровы за год выделяется 46 кг азота, 27 кг Р2О5, 67 кг К2О, свиньи соответственно - 62, 45 и 28 кг.

Нарушение гигиенических правил использования удобрений, особенно неорганической природы, приводит к накоплению большого количества отдельных элементов и их соединений в почве и сельскохозяйственном сырье, создает проблему загрязнения пищевой продукции. Типичным примером может служить проблема нитратов, нитритов и нитрозоаминов при неконтролируемом применении азотных удобрений.

Определенную перспективу имеют микробные биоудобрения, получаемые при помощи биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов. Путем аэробной переработки производят две фракции удобрений: твердую - осадок первичных отстойников - и биомассу микроорганизмов. Смесь активных микроорганизмов ила с осадками отстойников в соотношении 1 : 1 высушивают при температуре выше 100 °С и получают биоудобрение «Бамил» (биомасса активных микроорганизмов ила). Опыт такой работы имеется на свинооткормочном комплексе «Восточный» Ленинградской области. Ежегодно на этом комплексе получают до 10 тыс. т биоудобрений, эффективных для многих сельскохозяйственных культур.

По агрохимическим свойствам «Бамил» отличается от других органических удобрений высоким содержанием азота (5 %), фосфора (1,6 %), калия (0,5 %), магния (2 %), кальция (7 %), ряда микроэлементов. Отмечено благоприятное влияние удобрения на биологическую активность почвы. Санитарно-гигиеническая оценка «Бамила» показала полное отсутствие тяжелых металлов, яиц гельминтов, снижение общей микробной обсемененности на 99,9 %, т.е. этот препарат отвечает экологическим требованиям по использованию удобрений.

Вода, выходящая из биопрудов, имеет коли-титр 0,001, микробное число 7000, способна по своему составу стимулировать рост растительности и может быть пригодна для разведения травоядных рыб - карпа и толстолобика.

Одним из новых источников удобрений могут быть отходы флотации угля (ОФУ). Каждый год их накапливается огромное количество. ОФУ имеют сложный состав: в них содержатся минеральные вещества, около 2 % примесей (мелкодисперсный уголь, смолы, масла, флотореагенты), обнаружены тяжелые металлы, полициклические ароматические углеводороды, нитрозосоединения. При неправильном сборе и хранении они могут стать источником загрязнения воздушного бассейна, подземных и поверхностных водоисточников.

При оценке возможности использования отходов в качестве удобрений ведущим* компонентом ОФУ, оказывающим вредное воздействие, определен бенз(а)пирен (БП). Суммарная радиоактивность ОФУ для почв в естественных условиях находится в пределах 0,2 * 10-8 - 2,0 * 10-8 Ки/кг. Проведение комплексных гигиенических исследований показало, что предельно допустимой дозой внесения ОФУ в почву является 10 т/га. При таком варианте ни один из неблагоприятных компонентов отходов, в том числе БП, не поступает в сельскохозяйственные растения, атмосферный воздух и грунтовые воды в количествах, превышающих ПДК, что исключает загрязнение пищевых продуктов, делает ОФУ ценными безопасным удобрением.

Загрязнения удобрениями. Эти загрязнения представляют наиболее значительную группу, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. Пестициды, проникающие в продукты в результате мероприятий по защите растений и борьбе с вредителями, или удобрения, поступающие в растения из почвы, подвергаются часто биотрансформации, которая затрудняет их обнаружение и осложняет раскрытие механизма их воздействия на человека (образование метаболитов из пестицидов и нитрозаминов из азотных удобрений).

Пестициды предназначены для уничтожения вредителей и сорняков или для сдерживания их развития. Нельзя с полной уверенностью сказать, что вещества, оказывающие вредное воздействие на низшие организмы, не представляют опасности для человека.

Карбаматы обладают небольшой токсичностью, но среди них имеются соединения, оказывающие гонадо- и эмбриотоксическое действие (тио- и ди-тиокарбаматы). В продуктах питания не допускаются остатки ряда пестицидов, используемых для обработки скота и птицы, таких как амидофос, варбе-ке, гексамид, дибом, севин-850, оксамат, пропоксур, трихлор-метафос-3, хлорофос, этилдихлорбензилат, эфирусульфанол, дикрезил, полихлоркамфен, полихлорпинен, цинеб, мышьяксодержащие соединения и др.

3.3.6 Нитраты Основные источники нитратов в пищевой продукции

Нитраты - соли азотной кислоты (содержат анион NO3-), широко распространены в окружающей среде, главным образом в почве и воде. Они являются нормальными метаболитами любого живого организма как растительного, так и животного. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов.

Соли азотной кислоты, нитраты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве абсолютно нетоксична для растений, напротив, она способствует усиленному росту надземной части растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и в конечном итоге - более высокому урожаю. Например, если в период вегетации в растениях салата и шпината нитратов будет меньше 2 000 мг/кг, то высокого урожая не жди: листья будут мелкие, грубые, непригодные для реализации. Во время массового образования кочанов и черешков листьев капусты нитратов должно быть 2 000...3 000 мг/кг.

Поскольку в органические соединения растений включается только аммонийный азот, нитрат - анионы, поглощенные растением, должны восстановиться в клетках до аммиака. Образованием аммиака завершается и распад органических веществ - аминокислот, амидов, белков. По образному выражению академика Д.Н.Прянишникова, аммиак «есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растений».

Нитраты, поступившие в растения, восстанавливаются по схеме:

2e 6e

NO3- -- NO2- -- NH4+

Первый этап восстановления нитрата протекает в соответствии с уравнением:

2e

NO3- + N^(P)H + H+ -- NO2- + N^(P)+ + H2O,

где Ni^^H - никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный, Ni -никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный.

Образующиеся нитриты не накапливаются, а быстро восстанавливаются до NH4+ с помощью фермента - нитритредуктазы:

6е

NO2- + 6 ФДвосст. + 8Н+ -- NH4+ + бФДокисл. + 2 H2O,

где ФД - ферредоксин - железосодержащий белок, выполняющий функции переносчика электронов.

Нитратредуктаза - фермент класса оксидоредуктаз, синтезируемый в клетках в ответ на поступление NO3-; им особенно богаты молодые листья и кончики корней.

Нитритредуктаза - фермент, активность которого в 5...20 раз выше, чем нитратредуктазы. Эффективность этого фермента так высока, что свободные промежуточные продукты при восстановлении NO2- до NH4+ (гипо-нитрит (I1NO)2, гидроксиламин №Н2ОН) в растении не накапливаются. Нитритредуктаза может содержаться и в листьях, и в корнях.

Аммиак, поступивший в растение извне, образовавшийся при восстановлении нитратов или в процессе фиксации молекулярного азота, далее усваивается растениями с образованием различных аминокислот и амидов.

Таким образом, нитраты являются естественным азотистым компонентом растительного организма. Повышенные концентрации нитратов в пищевой продукции в основном связаны с неконтролируемым использованием азотных удобрений. Ион NO3- почвой не связывается, находится в растворе, легко доступен для растений. При этом некоторые пестициды, например, 2,4-Д, усиливают накопление нитратов в 10.. .20 раз.

Причины накопления нитратов

Содержание нитратов в основных продуктах приведено втабл. 3.16. На содержание нитратов в растениях влияют следующие факторы:

индивидуальные особенности растений (способность растений аккумулировать нитраты в значительной степени зависит от их вида и сорта); существуют растения - «накопители» нитратов, которые при избыточной концентрации ионов NO3- в почве могут содержать следующее количество нитратов, мг/кг: свекла (39...7771), репа (82...5429), редис (41...4527), укроп (30.. .4074), редька (98.. .2731), шпинат (621.. .2417);

степень зрелости плодов: недозрелые овощи, картофель, а также овощи ранних сроков созревания могут содержать нитратов на 50.70 % больше, чем достигшие уборочной зрелости; увеличение продолжительности вегетации приводит к снижению концентрации нитратов в растительной продукции;

нарушение агрохимической технологии для повышения урожайности растительной продукции: повышенная дозировка и неправильные сроки внесения азотных удобрений; для сравнения: содержание нитратов в листьях салата, выращенного без внесения азотных удобрений в почву, составила 2900 мг/кг; с внесением - 4400 мг/кг;

изменение метаболизма азотсодержащих соединений: с увеличением освещенности, температуры и влажности возрастает активность фермента нитроредуктазы, ускоряющего включение нитратов в состав белков, в результате чего содержание нитратов в растениях снижается; напротив, факторы, тормозящие процесс фотосинтеза, замедляют скорость восстановления нитратов и включения их в состав белков.

соотношение различных питательных веществ в почве;

использование некоторых гербицидов, например, 2,4-D (дихлор-феноксиуксусная кислота), и дефицит молибдена в почве нарушают обмен веществ в растениях, что приводит к накоплению нитратов;

Таблица 3.16

Содержание нитратов в основных продуктах

Продукт	Содержание NO3-, мг/кг	Продукт	Содержание NO3-, мг/кг
Овощи:		Фрукты и ягоды:
свекла	39...7771	яблоки	2,7...55,0
репа	82...5429	груши	1,5...6,5
редис	41...4527	слива	2,5...3,1
редька	98...2731	хурма	2,9...4,3
капуста свежая:		облепиха	1,9...2,5
ранняя	509...1010	клюква	2,5...3,3
поздняя	14...3467	черника	2,6...4,0
картофель	4...1218	брусника	3,1...4,5
морковь	15...900	Молочные продукты:
огурцы:		молоко пастеризованное	1,1^ 14,0
закрытый грунт	67...765
открытый грунт	48...258	молоко сухое, цельное	1,0...35
кабачки	291...672
перец сладкий	10...517	Кисло-молочные продукты	0,5...6,0
томаты	3....365
баклажаны	42...284	Творожные изделия	1,5...6,5
капуста квашеная	46...320	Сыры	1,5-2,0
огурцы соленые	83...120	Мясные продукты:
дыня	3...120
арбуз	6...94	говядина свежая	0...4,0
тыква	14...410	сосиски	2,5...3,9
лук репчатый	0...150	колбаса «Докторская»	2,4...5,8
лук перо	71...1486	свинина	1,4...5,4
укроп	30...4074	мясо куриное	2,1...4,0
петрушка	388...2022	Рыба свежая:
сельдерей	701...968	речная	3...43
шпинат	621...2417	морская	14...21
кинза	520...1240	Зерно:
Соки консервированные:		мягкой пшеницы	1,2...15
плодово-ягодные	0...56	твердой пшеницы	1,1...8,4
плодово-овощные	29...64	Макароны	1,5...7,7
овощные	10...108	Хлеб свежий	1,9...6,7

при транспортировке, хранении и переработке сырья и продуктов питания может происходить микробиологическое восстановление нитратов до нитритов под действием ферментов нитроредуктаз, поэтому опасно хранить готовые блюда, содержащие нитраты, при повышенной температуре длительное время;

важным источником нитратов и нитритов для человека являются пищевые добавки, вносимые в мясные изделия, а также колбасы, рыбу и сыры в качестве консерванта или для сохранения привычной окраски мясопродуктов, т.к. образующийся при этом NО- миоглобин сохраняет красную окраску даже после тепловой денатурации, что существенно улучшает внешний вид и товарные качества мясопродуктов.

Биологическое действие нитратов на организм человека

В организм нитраты поступают с водой и пищей, затем они всасываются в тонком кишечнике в кровь. Выводятся преимущественно с мочой. Составить точный баланс прихода и расхода нитратов в организме пока не удалось, поскольку нитраты не только поступают в организм извне, но и образуются в нем. В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных явлений. Однако при повышенных концентрациях нитратов они способны оказывать токсическое действие на организм человека. Так, одноразовый прием 1.. .4 г нитратов вызывает у людей острое отравление, а доза 8.. .14 г может оказаться смертельной. Острая интоксикация нитритами отмечается при одноразовой дозе 200...300 мг, летальный исход - при 300...2500 мг.

Установлено, что нитраты и нитриты вызывают у человека метгемоглобинемию, рак желудка, отрицательно влияют на нервную и сердечнососудистую системы, на развитие эмбрионов.

Потенциальная опасность нитратов заключается в том, что они в пищеварительном тракте (уже в полости рта, желудке и кишечнике) частично восстанавливаются до нитритов. Токсическое действие нитратов связано с восстановлением их до нитритов под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов. Далее нитриты попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье. 1 мг нитрита натрия NaNO2 может перевести в метгемоглобин около 2000 мг гемоглобина.

Выявлены два способа окисления гемоглобина HbFe2+. При прямом окислении роль окислителя играют нитрит - анионы:

3HbFe2+ + 2NO2- + 14H+ -- 3HbFe3+ + 2NH3 + 4H2O

Во время косвенного окисления гемоглобина сначала нитриты окисляются до нитратов с образованием пероксида водорода, затем последний вступает в реакцию с железом гемоглобина:

NO2- + О2 + Н2О -- NO3- + Н2О2,

HbFe2+ + 2Н2О2 + 4Н+ -- HbFe3++ 4Н2О. При нормальном физиологическом состоянии в организме образуется ~2 % метгемоглобина, поскольку фермент метгемоглобинредуктаза способен восстанавливать метгемоглобин в гемоглобин.

Угрозой для жизни является накопление в крови 20 % и более метгемоглобина (HbFe3). В результате развивается метгемоглобинемия - кислородное голодание (гипоксия), вызванное переходом гемоглобина крови в метгемоглобин, не способный переносить кислород. При этом появляется вялость, сонливость, при содержании метгемоглобина в крови более 50 % наступает смерть, похожая на смерть от удушья. Заболевание характеризуется одышкой, тахикардией, цианозом в тяжелых случаях - потерей сознания, судорогами, смертью.

Токсичность нитритов зависит от пищевого рациона, индивидуальных особенностей организма (от активности метгемоглобинредуктазы).

Хроническое воздействие нитритов приводит к уменьшению содержания в организме витаминов А, Е, С, В1, В6, что, в свою очередь, приводит к снижению устойчивости организма к различным негативным факторам, в том числе онкогенным.

Нитриты и нитраты способны изменять активность обменных процессов в организме. Это используют в животноводстве. При добавлении в рацион при откорме свиней определенных количеств нитратов снижается интенсивность обмена и происходит отложение жировых запасов.

Нитраты и нитриты могут угнетать активность иммунной системы организма, снижать его устойчивость к отрицательному воздействию окружающей среды.

Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов и нитритов в организме заключается в способности нитрит - иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.

Если в организм человека поступают высокие дозы нитратов, через 4.6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов, диарея. Одновременно ощущается общая слабость, головокружение, боли в затылке и сердцебиение. Первой медицинской помощью при этом является обильное промывание желудка, прием активированного угля и солевых слабительных. Употребление в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов вызывает аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней из-за нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата и нервной системы.

В организм человека нитраты поступают (в %): с овощами - 70, с водой -20, с мясными, молочными и консервированными продуктами - 6. Наиболее опасно отравление нитратами, растворимыми в воде, т. к. это увеличивает скорость всасывания их в кровь, поэтому содержание нитрат - аниона в воде не должно превышать 45 мг/л.

ДСД нитратов составляет 5 мг на 1 кг массы тела человека. Таким образом, взрослый человек может получать с продуктами 300...350 мг нитратов ежедневно. ДСД нитритов составляет 0,2 мг/кг массы тела, исключая грудных детей.

Технологические способы снижения содержания нитратов в пищевом сырье

Основными источниками поступления нитратов и нитритов в организм человека являются растительные продукты. Поэтому необходимо соблюдать следующие технологические приемы, позволяющие снизить содержание нитратов и нитритов в растительном сырье.

При производстве овощей:

следует отдавать предпочтение тем сортам, которые меньше аккумулируют нитраты;

для растений с выраженной способностью накапливать нитраты (листовая зелень, свекла, редис) следует пересмотреть агротехнику;

необходимо регулярно контролировать содержание азота в почве и его соотношение с отдельными микроэлементами;

при внесении азотных удобрений в почву следует выбирать минимальные значения рекомендуемых доз, т.к. они были предложены без учета содержания нитратов в почве;

следует выращивать растения в условиях, препятствующих накоплению нитратов (освещенность, влажность, температура и др.);

собирать созревшие плоды в оптимальные сроки и хранить в оптимальных условиях.

При переработке овощей: мытье, очистка и вымачивание приводят к снижению содержания нитратов на 5.. .20 %; варка - на 80 % в результате перехода нитратов в отвар и инактивации ферментов, восстанавливающих нитраты в нитриты.

3.3.7 Регуляторы роста растений

Регуляторы роста растений (РРР) - это соединения различной химической природы, оказывающие влияние на процессы роста и развития растений и применяемые в сельском хозяйстве с целью увеличения урожайности, улучшения качества растениеводческой продукции, облегчения уборки урожая, а в некоторых случаях - для увеличения сроков хранения растительных продуктов.

К этой группе можно отнести и некоторые гербициды (например, 2,4-Д), которые в зависимости от концентрации могут проявлять и стимулирующее действие.

Регуляторы роста растений можно разделить на две группы: природные и синтетические.

Природные РРР - это естественные компоненты растительных организмов, которые выполняют функцию фитогормонов: ауксины, гиберрелины, цитокинины, абсциссовая кислота, эндогенный этилен и др. В процессе эволюции в организме человека выработались соответствующие механизмы биотрансформации, и поэтому природные РРР не представляют какой-либо опасности для организма человека.

Синтетические РРР - это соединения, являющиеся с физиологической точки зрения аналогами эндогенных фитогормонов, либо соединения, способные влиять на гормональный статус растений. Их получают химическим или микробиологическим путем. Наиболее важные РРР, выпускаемые промышленно под различными коммерческими названиями, в своей основе являются производными арил- или арилоксиалифатических карбоновых кислот, индола, пиримидина, пиридазина, пирадола. Например, широко используются препараты - производные сульфанилмочевины.

Синтетические РРР, в отличие от природных, оказывают негативное влияние на организм человека как ксенобиотики. Однако степень опасности большинства РРР до конца не изучена, предполагается возможность их отрицательного влияния на внутриклеточный обмен за счет образования токсичных промежуточных соединений. Кроме того, некоторые синтетические РРР сами могут проявлять токсические свойства. Они обладают повышенной стойкостью в окружающей среде и сельскохозяйственной продукции, где обнаруживаются в остаточных количествах. Это повышает их потенциальную опасность для здоровья человека.

3.3.8 Антибиотики

Антибиотики. Встречающиеся в пищевых продуктах антибиотики могут иметь следующее происхождение:

естественные антибиотики;

образующиеся в результате производства пищевых продуктов;

попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий;

попадающие в пищевые продукты при использовании их в качестве биостимуляторов;

5) применяемые в качестве консервирующих веществ.

К первой группе относятся природные компоненты некоторых пищевых продуктов с выраженным антибиотическим действием. Например, яичный белок, молоко, мед, лук, чеснок, фрукты, пряности содержат естественные антибиотики. Эти вещества могут быть выделены, очищены и использованы для консервирования пищевых продуктов и для лечебных целей.

Ко второй группе относятся вещества с антибиотическим действием возникающие при микробно - ферментативных процессах. Например, при ферментации некоторых видов сыров.

Третья группа - антибиотики, попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий. В настоящее время около половины производимых в мире антибиотиков применяются в животноводстве. Антибиотики способны переходить в мясо животных, яйца птиц, другие продукты и оказывать токсическое действие на организм человека. Особое значение имеет загрязнение молока пенициллином, который очень широко используется для терапевтических целей в борьбе со стафилококковой инфекцией.

пенициллин

хлортетрациклин

Четвертая группа - антибиотики-биостимуляторы, которые добавляют в корм для улучшения усвояемости кормов и стимуляции роста. При этом улучшается баланс азота и выравнивается дефицит витаминов группы В. В качестве биостимуляторов чаще всего используют хлортетрациклин и окси-тетрациклин:

Действие антибиотиков заключается не в прямой стимуляции роста, а в снижении различных факторов, препятствующих росту, например, в подавлении бактерий, мешающих усвоению кормов.

К пятой группе относятся антибиотики-консерванты, которые добавляют в пищевые продукты для предупреждения их порчи. С этой целью, как показали многочисленные исследования, наиболее приемлемы антибиотики из группы тетра-циклинов (хлортетрациклин, тетрамицин). Кроме того, предлагается использовать пенициллин, стрептомицин, левомицитин, грамицидин при следующих видах обработки:

орошение или погружение мяса в раствор антибиотика (так называемая акронизация);

инъекции (внутривенно и внутримышечно);

использование льда, содержащего антибиотик, - при транспортировке и хранении (используется в основном для рыбной продукции);

добавка растворов антибиотиков к различным пищевым продуктам (молоку, сыру, овощным консервам, сокам, пиву);

опрыскивание свежих овощей.

В некоторых странах применение антибиотиков в качестве консервантов запрещено.

3.3.9 Гормональные препараты

Гормонами называются продукты функционирования желез внутренней секреции, выделяющиеся в кровь и лимфу или через выводящие протоки в какую-нибудь полость.

Успехи химии дают основание считать, что гормональные вещества встречаются в природе значительно шире, а не только как продукты деятельности определенных желез внутренней секреции. Например, такие специфические вещества, как эстрогены, продуцируются не только женскими, но и мужскими половыми железами. Более того, соединения, сходные с ними по строению и действию, обнаружены в разных растениях (хмель, клубни картофеля, трава клевера, свекла, ива и др.). Интересно отметить, что высокой эстрогенной активностью обладают такие простые соединения, как 4,4-диоксидифенил.

Сходно с гормонами влияют многие биологические вещества животных тканей (их называют гормоноиды), особенно адреналин, серотонин, ан-гиотензин, гистамин, кинетин и др. Из этого следует, что понятие о гормональных веществах не укладывается в представлении только как о продуктах деятельности эндокринных желез. По своему действию к гормонам следует отнести многие вещества, продуцируемые клетками самого различного строения. Эти вещества трудно извлекать и трудно изучать, но они имеются в природе и должны стать объектом изучения фармакологов.

Гормональные препараты используют в ветеринарии и животноводстве для улучшения усвояемости кормов, стимуляции роста животных, ускорения полового созревания. Ряд гормональных препаратов обладают ярко выраженной анаболитической активностью. Это и белковые, и полипептидные гормоны, а также стероидные гормоны, их производные и аналоги. Естественным следствием применения гормонов в животноводстве является проблема загрязнения ими продовольственного сырья и пищевых продуктов.

В настоящее время созданы синтетические гормональные препараты, которые по анаболитическому действию значительно эффективнее природных гормонов. Этот факт, а также дешевизна их синтеза определили интенсивное внедрение таких препаратов в практику животноводства. Однако, в отличие от природных аналогов, многие синтетические гормоны оказались более устойчивыми, они плохо метаболизируются, накапливаются в организме животных в больших количествах и передаются по пищевым цепям. Следует особо отметить, что синтетические гормональные препараты стабильны при приготовлении пищи и способны вызывать дисбаланс в обмене веществ и физиологических функциях организма человека.

Практика животноводства располагает значительным количеством как естественных, так и синтетических гормональных препаратов. Их можно разделить на четыре группы:

Первая группа - экстрактные препараты, полученные извлечением гормональных веществ из эндокринных желез животных. Ряд препаратов (инсулин, адреналин, эстрон) содержит гормональные вещества в высшей степени очистки и даже в кристаллическом виде. Большинство же препаратов этого типа имеет некоторое количество органических примесей. Например, в питуитрине допускается до 5 % изменения активности за счет гистамина, а в гонадотропине содержится до 20 % веществ, далеких от основных веществ.

Вторая группа - синтезированные препараты гормонов, полностью соответствующие строению естественных веществ. Обычно они хорошо очищены, и их можно точно дозировать, но таких препаратов мало, так как производство их сложно.

Третья группа - растительные препараты, обладающие гормональным действием; к сожалению, они изучены очень мало. А между тем, такие вещества, как кумэстрол из травы клевера и ряд других, говорят о высокой фармакологической активности и специфичности действия многих из них.

Значительный интерес представляет четвертая группа препаратов -синтетические соединения, неидентичные естественным гормонам, но обладающие ярко выраженным гормональным действием.

В организме гормональные препараты влияют строго специфично в отношении определенных физиологических процессов. Особенно большое влияние они оказывают на все виды обмена веществ, на дифференциацию органов и тканей, на развитие половых признаков, на развитие и тонус мускулатуры и т. д. В практике, кроме чистых гормонов (естественного происхождения или синтетических), широко применяют различные препараты, содержащие гормоны и называемые эндокринными (стандартизированные и нестандартизированные). Стандартизированные имеют определенную активность, и их можно точно дозировать; у нестандартизированных степень активности не установлена.

Стандартизацию проводят на фармакологическом объекте, специфичном для данного гормона, путем сравнения действия испытуемого препарата со стандартным. Фармакологическая активность препарата выражается в единицах действия, так как активность одного и того же эндокринного препарата различна в зависимости от концентрации в нем гормональных начал.

Недостаток того или иного гормона в организме всегда неблагоприятно отражается на функции многих систем организма и приводит к тяжелым заболеваниям. Например, понижение функции щитовидной железы сопровождается отечностью подкожной клетчатки, воспалением кожи, угнетением центральной нервной системы, понижением устойчивости организма и др. Повышенная функция щитовидной железы ведет к сильно выраженной сим-патикотонии со всеми неблагоприятными явлениями.

В отдельных случаях избыток гормона вызывает такие изменения состояния организма, которые часто целесообразно использовать. Например, женский половой гормон у молодых самцов прекращает развитие мужских половых признаков и вместе с тем ускоряет рост животных. Некоторые гормоны препятствуют развитию злокачественных опухолей в предстательной железе и т. д.

Дефицит гормона в организме животного может быть обусловлен следующими факторами:

его мало производится в организме;

он быстро инактивируется;

вступает в новые соединения;

структуры эфферентных систем не взаимодействуют с ним.

Каждая из четырех перечисленных причин, в свою очередь, может быть обусловлена различными факторами. Так, слабая выработка гормона может иметь в основе:

истощение продуцирующих клеток;

подавление функции продуцирующих клеток разными токсинами;

нарушение отдельных звеньев синтеза гормона.

В соответствии со специфичностью фармакодинамики гормональных препаратов их наиболее часто применяют для восполнения недостающего гормона в организме (при избытке гормона обычно используют фармакологические средства, противодействующие гормону или снижающие функцию гормонопроизводящей железы); для специфической фармакотерапии и фар-макостимуляции при заболеваниях, не связанных с недостатком гормона в организме. Кроме этого, гормональные препараты рекомендуют для повышения естественной плодовитости животных, а также для увеличения прироста живой массы сельскохозяйственных животных, снижения затрат кормов на килограмм прироста массы и сокращения сроков откорма.

В последнее время ведется интенсивное изучение фармакологии гормональных препаратов. Успеху этого направления способствуют открытие и синтез новых гормональных препаратов, выяснение зависимости их действия от строения, раскрытие биохимических основ фармакодинамики и др.

Гормональные препараты - сильные фармакологические агенты специфического действия. Для восстановления физиологических показателей организма обычно требуются небольшие дозы препаратов, не оказывающие существенного побочного действия. Но эффективность их может быть высокой только при условии, если вскрыты причины патологии. При этом следует учитывать, что дефицит гормона в организме может иметь самую различную основу, и ее необходимо всегда устанавливать.

Гормональные препараты уже в незначительных дозах существенно изменяют многие физиологические процессы, причем одни в сторону активизации, а другие в сторону снижения. Это необходимо хорошо знать, и поэтому в наставлениях по применению тех или иных гормональных препаратов подробно указывают их фармакологию, показания и противопоказания, а также условия смягчения или предупреждение неблагоприятного влияния.

Все гормональные препараты токсичны, при этом у большинства их токсичность обнаруживается не сразу, она развивается постепенно и спустя длительный период после использования препарата. Токсичность проявляется специфически, и поэтому для своевременного выявления ее требуются специальные экспериментальные методики.

Медико-биологическими требованиями определены следующие допустимые уровни содержания гормональных препаратов в продуктах питания (мг/кг, не более): мясо сельскохозяйственных животных, птицы (продукты их переработки) - эстрадиол 17 в - 0,0005; тестостерон - 0,015; молоко, молочные продукты, казеин - эстрадиол 17 в - 0,0002; масло коровье - эстрадиол 17 в -0,0005.

Систематическое употребление продуктов питания, загрязненных антибиотиками, сульфаниламидами, гормональными препаратами, транквилизаторами и другими препаратами, ухудшает их качество, затрудняет проведение санитарно-ветеринарной экспертизы этих продуктов, приводит к возникновению резистентных форм микроорганизмов, является причиной дисбактериозов. Поэтому очень важно обеспечить необходимый контроль остаточных количеств этих загрязнителей в продуктах питания, используя для этого быстрые и надежные методы.

3.3.10 Радиоактивное загрязнение

Основные представления о радиоактивности и ионизирующих излучениях

О существовании ионизирующего излучения и радиоактивности человечество узнало немногим более 100 лет назад. В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл неизвестные ранее Х-лучи, которые впоследствии в его честь были названы рентгеновскими лучами. Через год, в 1896 г, французский физик Анри Беккерель, работая с солями урана, первым в истории человечества установил факт его естественной радиоактивности. Еще через год английский физик Эрнст Резерфорд доказал, что излучение урана состоит из а- и в- частиц.

Следующим большим шагом вперед были исследования физиков Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри. Они получили около 1 г нового химического элемента, радиоактивность которого оказалась в миллион раз выше, чем урана. Новый элемент получил название «радий» (от лат. radium - лучистый). В течение следующих 20 лет различные ученые обнаружили большинство химических элементов, обладающих естественной радиоактивностью. Позже, в 1938 г., О. Ган и Ф. Штрассман обнаружили, что атом урана при бомбардировке его нейтронами распадается на более легкие ядра, а К. А. Пет-ржак и Г. Н. Флеров установили, что процесс деления ядер урана может происходить и самопроизвольно, без внешних воздействий. В дальнейшем эти положения легли в основу создания ядерных реакторов - специальных установок для осуществления цепной реакции деления. Так на рубеже двух веков были сделаны открытия, послужившие фундаментом для новой науки - ядерной физики, благодаря которой XX в. назван ядерным веком.

Изучать биологическое действие невидимых радиоактивных излучений стали много позже. Первыми это испытали на себе исследователи, работавшие с радиоактивными веществами, не зная об их разрушительном биологическом действии. Уже через год после открытия В.К. Рентгена, в 1896 г., русский ученый И.Р. Тарханов писал: «Х-лучами можно не только фотографировать, но и влиять на ход жизненных функций». На основе таких открытий возникла еще одна новая наука - радиобиология.

Одним из основоположников радиобиологии по праву считается русский ученый Е.С. Лондон, который уже в 1903 г. описал смертельное действие лучей радия на организм некоторых животных и впоследствии продемонстрировал высокую чувствительность кроветворных органов и половых желез к этому излучению. В 1904 г. Г. Петерс обнаружил повреждение хромосом при облучении радием делящихся клеток, а в 1908 г. А. Бенжамин и А. Слюк установили угнетение под воздействием ионизирующих излучений защитных сил организма - иммунитета.

История познания человеком радиоактивных свойств материи окрашена в трагические тона. Человечество дорого заплатило за полученные сведения - ценой здоровья и жизни первых исследователей и первых врачей-рентгенологов. За первые 40 лет развития рентгенологии погибло более 200 врачей и рентгенотехников от так называемого рентгеновского рака, вызванного рентгеновским облучением.

В 1936 г. в Гамбурге был воздвигнут монумент, на котором высечены имена 110 ученых и инженеров, ставших жертвами первых экспериментов по изучению рентгеновских лучей. В 1959 г. в Германии издана «Книга почета», куда занесены фамилии 360 врачей, физиков, лаборантов и медицинских сестер разных наций, в том числе 13 наших соотечественников, умерших от отдаленных последствий профессионального облучения.

* Люди никогда не забудут трагедии Хиросимы, Нагасаки, Чернобыля, не только унесших одновременно жизни сотен тысяч людей, но продолжающие еще и сегодня творить свое черное дело - вызывать у облученных людей лейкозы и злокачественные опухоли.

Радиоактивное излучение и его воздействие на человека стали в последние десятилетия для многих регионов планеты одним из основных токсикантов окружающей среды.

Электромагнитный спектр излучений, известных в природе, включает волны различной длины - от очень длинных волн, возникающих, например, при работе электрогенераторов, до очень коротких - рентгеновских и космических лучей. Отрицательное влияние излучений различной природы на здоровье человека зависит от длины волны.

Неионизирующие излучения представляют собой длинные волны - от ближнего ультрафиолета (УФ) до радиоволн, микроволн и далее. Неионизирующее излучение усиливает тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к повышению температуры ткани и может вызвать ожоги и катаракты, а также аномалии развития плода. Возможны разрушения биологических структур, например клеточных мембран, для нормального функционирования которых необходимо упорядоченное расположение молекул. Не исключена также возможность и более глубоких последствий.

Известно, что каждый орган человека работает на определенной частоте: сердце - 700...800 Гц, печень - 300...400, мозг - в зависимости от степени возбуждения - от 10 до 50 Гц и т.д. Если на область сердца будет воздействовать источник излучения, работающий на аналогичной или кратной частоте, то он может либо увеличить, либо «погасить» частоту, которая является для сердца нормой. Повышение частоты колебаний сердца до 1200 Гц приводит к стенокардии. Аналогичные изменения могут произойти и с другими органами.

Большая часть опытных данных по неионизирующим излучениям относится к радиочастотному диапазону. Эти данные показывают, что дозы выше 100 мВт/см2 вызывают прямое тепловое повреждение тканей, включая развитие катаракты (помутнение хрусталика глаза). При дозах величиной от 10 до 100 мВт-см наблюдали термический стресс, приводящий к врожденным аномалиям у потомков. При значениях 1...10 мВт-см" отмечались изменения в иммунной системе и гематоэнцефалическом барьере. При меньших дозах излучения не было достоверно установлено почти никаких последствий.

Рост использования микроволн в мире составляет около 15 % в год. Помимо применения в бытовых микроволновых печах, они используются в радарах, как средство передачи сигналов в телевидении, в телефонной и телеграфной связи, в компьютерах различных типов. Законы об охране труда рекомендуют, чтобы рабочие не подвергались воздействию неионизирующих излучений выше 10 мВт-см .

Ионизирующие излучения включают более короткие волны: рентгеновские лучи, у-лучи и космические лучи. Они обладают достаточной энергией, чтобы высвободить электрон из атома. В результате образуются ионы, воздействие которых на живые клетки и обусловливают изменения в организме человека. Ионизирующие излучения вызывают радиационное поражение и различные формы рака.

Распад ядер нестабильных радиоактивных элементов порождает ионизирующие частицы и ионизирующие излучения. Это свойство атомов химических элементов самопроизвольно превращаться в другие, испуская при этом элементарные частицы или фотоны, получило название радиоактивности. Различают естественную радиоактивность, присущую радионуклидам, встречающимся в природе, например радиоактивность урана, тория и других элементов, и искусственную, свойственную радионуклидам, полученным искусственно в результате ядерных реакций.

Атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов (p), но разное число нейтронов (n), относятся к разновидностям одного и того же химического элемента. Это изотопы данного элемента. Чтобы отличать их друг от друга, к символу элемента приписывается число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Например, уран - 238 содержит 92 p и 146 n, а уран - 235 тоже 92 p, но 143 n.

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, т. е. в отсутствие внешнего воздействия не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильны; они все время превращаются в другие нуклиды. При каждом акте распада высвобождается энергия, которая передается дальше в виде излучения.

Испускание ядром частицы, состоящей из двух p и двух n, представляет собой а- излучение; испускание электрона - в - излучение; испускание позитрона - в - излучение.

Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что при испускании частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он высвобождает порцию чистой энергии - у- излучение (у - кванты). Как и в случае рентгеновских лучей (во многом подобных у- излучению), при этом не происходит испускания каких-либо частиц.

В зависимости от характера взаимодействия с веществом все ионизирующие излучения делятся на две группы.

К первой относят излучения, состоящие из заряженных частиц (корпускулярные): а - и в-частиц, пучков электронов, протонов, тяжелых ионов и отрицательных п-мезонов. Эти излучения вызывают ионизацию вещества непосредственно при столкновениях с атомами и молекулами, поэтому их называют непосредственно ионизирующими излучениями.