Общая и медицинская экология

Мельчайшие частицы сажи, дыма и других веществ, воздействующих на легкие, могут уменьшать среднюю продолжительность жизни на один-два года. Жители наиболее загрязненных городов имеют на 26% более высокий риск смерти, чем жители менее загрязненного города. Каждый год в мире погибают 50--60 тыс. людей от загрязнения воздушной среды, которое является гигиенически регламентируемым. При этом показано, что смертность начинает увеличиваться, когда загрязнение достигает всего лишь трети от уровня регламентации.

Показатели здоровья лиц, проживающих в условиях, связанных с внутренним и наружным воздушным загрязнением, свидетельствуют об увеличении перинатальной смертности, доли острых респираторных заболеваний (например, бронхитов и пневмоний), обращаемости по поводу обострения хронических заболеваний, утяжелении астмы. Недавнее исследование причин неонатальной смертности установило связь увеличенных концентраций аэрозолей со смертными случаями, включая синдром внезапной смерти младенца (СВСМ, SIDS). Согласно данным американской статистики от СВСМ ежегодно погибает около 7 тыс. детей в возрасте до 1 года, т.е. примерно каждый час один ребенок. Не имеется сомнений относительно того, что высокие уровни воздушного загрязнения ответственны за увеличенную заболеваемость и детскую смертность.

10.2 Озоновый слой атмосферы

Озоновый слой -- верхняя граница биосферы. Отсюда весьма важным представляется необходимость поддержания концентрации озона на постоянном уровне.

Измерения, проведенные в 60-х гг. прошлого столетия, показали, что концентрация озона с атмосферы значительно ниже, чем следует из теории С. Шепмана. Это указывает на то, что имеют место реакции, которые способны снижать концентрацию озона.

Существуют группы соединений, способных влиять на концентрацию озона в стратосфере. Сюда относятся соединения хлора, фтора и др.

Соединения, разрушающие озоновый слой

Фреоны. Фреоны широко применяются в производстве холодильной техники, аэрозолей (пропелленты), вспенивающих веществ при производстве пенополиуретанов, в электронной промышленности для очистки деталей электронного оборудования. Фреоны -- долгоживущие молекулы (в атмосфере могут находиться до нескольких сотен лет), не растворимы в воде, летучи. В области экватора из-за наличия мощных восходящих потоков воздуха фреоны могут попадать в стратосферу. Там под действием УФИ от фреонов отделяется атомарный хлор, который, взаимодействуя с озоном, образует молекулярный кислород и активный ClO. Взаимодействие последнего с атомарным кислородом приводит к образованию кислорода и вновь атома хлора, который продолжает процесс разрушения озона.

Четыреххлористый углерод. Широко применяется в химической промышленности. Расчеты показывают, что один атом хлора способен разрушить до 10 тыс. молекул озона. Это приводит к образованию так называемых озоновых дыр.

Соединения брома. Некоторые из этих компонентов производятся в промышленных масштабах. Атомы брома являются в 50 раз более активными в разрушении озона, чем другие соединения.

Соединения азота (NO_x). Эти компоненты образуются при распаде химически стабильного N₂O при посредстве почвенных микроорганизмов. NO и NO₂ имеют дополнительные электроны, следовательно, являются свободными радикалами и весьма активны. Хотя их концентрация невелика, за время своего существования они способны разрушить тысячи молекул озона.

Помимо этого, источниками оксидов азота в стратосфере являются реактивные самолеты, пуски ракет, а также использование азотных удобрений в сельском хозяйстве и сжигание ископаемого топлива.

Соединения водорода. К этой группе соединений можно отнести гидроксиды ОН. Их источниками являются реактивные самолеты, выбрасывающие при сжигании топлива пары воды, а также пары воды, попавшие из тропосферы.

Соединения серы. Одним из мощных источников серы в стратосфере является вулканическая деятельность.

Состояние озонового слоя и последствия его разрушения

Разрушение стратосферного озона зависит от трех главных факторов:

ѕ общей суммы атомов хлора и брома в стратосфере;

ѕ длины холодного периода, когда температура в стратосфере опускается ниже --78 °С (этот период составляет приблизительно 4 мес.), способствуя формированию так называемых замороженных облаков;

ѕ наличия сильных полярных вихрей.

Именно кристаллы льда облегчают освобождение хлора и брома, которые играют роль катализаторов при разрушении озона.

Озоновые дыры -- явление, в основном, антарктическое. Они увеличиваются весной и имеют антропогенное происхождение. Разрушение защитного экрана повлечет за собой увеличение доли УФИ, особенно УФВ, достигающего поверхности Земли. Расчеты показывают, что уменьшение общего содержания озона на 1% приводит к увеличению интенсивности УФИ на 1,4--2,5%. Это может вызывать:

ѕ рост заболеваемости раком кожи. Установлено, что снижение концентрации озона на 1% будет вести к увеличению числа злокачественных заболеваний кожи на 4%, и это явление зависит от географической широты;

ѕ увеличение числа катаракт;

ѕ снижение устойчивости к инфекционным заболеваниям.

Для снижения риска возникновения злокачественными новообразованиями кожи от действия УФИ необходимо придерживаться ряда важных принципов:

ь Ограничивать время нахождения на солнце, особенно между 10 и 16 ч. Чем короче тень, тем разрушительнее действие солнечных лучей. Это пиковые часы и для ультрафиолетовой активности.

ь Помнить об отражающей способности УФИ. Солнечный свет сильно отражается от песка, снега, льда и бетона, что может увеличивать повреждающее действие УФИ на 10-50%.

ь Защищать орган зрения. Следует носить только стеклянные солнцезащитные очки, которые отфильтровывают до 100% ультрафиолетового излучения.

ь Учитывать, что загар, полученный в соляриях, не имеет защитного эффекта от естественного солнечного УФИ.

ь Использовать солнцезащитные кремы. Эти средства характеризуются определенным значением солнечного защитного фактора. Кремы следует наносить за 15--30 мин перед принятием солнечных ванн и повторять нанесение каждые 2 ч или после купания.

Пациенты с повышенным фактором риска развития онкологических заболеваний кожи должны ежегодно обследоваться дерматологом. Появления новых родимых пятен, потеря ими четких границ, изменяющаяся пигментация, зуд и кровоточивость -- сигнал для немедленного обращения к онкологу.

10.3 Техногенно измененная воздушная среда городов -- этиологический фактор развития заболеваний

Основными источниками поступления вредных веществ в атмосферный воздух городов являются промышленные предприятия и автотранспорт, а наиболее распространенными загрязняющими веществами -- пыль (взвешенные вещества различной природы), сернистый ангидрид, окислы азота, окись углерода и углеводороды (несколько сотен химических веществ), сероводород, сероуглерод, фенол, фтористый и хлористый водород, стирол, формальдегид, этилбензол, хлор, бенз(а) пирен, металлы и т.д. Каждое из этих веществ имеет определенную специфику действия на организм человека. Именно они вносят наибольший вклад в формирование экологически зависимых заболеваний и состояний. Поэтому неудивительно, что спектр заболеваний, возникающих в популяциях вследствие загрязнения атмосферного воздуха, крайне разнообразен: заболевания органов дыхания (в том числе бронхиальная астма), заболевания сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта, болезни крови и кроветворных органов, болезни кожи, нервной системы, эндокринные заболевания (в том числе диабет), новообразования, аллергозы, врожденные аномалии развития, осложнения беременности и родов и т. д.

Воздействие атмосферных загрязнений на человека. Диагностика заболеваний.

В общем виде характер действия химических загрязнений атмосферного воздуха на организм человека по времени воздействия и по форме проявления эффекта можно подразделить на острое и хроническое (рис. 2).



Рис. 2 - Влияние атмосферных загрязнений на здоровье населения

Острое действие атмосферных загрязнений

Для врачей лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) города диагностика острого действия атмосферных загрязнений особого труда не представляет. Характерными признаками острого действия являются:

• неожиданно высокий против обычного уровень обращаемости населения города или какого-либо городского района за скорой помощью по поводу резкого ухудшения здоровья;

• избыточная смертность среди населения города, чаще всего среди лиц, имевших в анамнезе хронические заболевания органов дыхания и сердечно-сосудистой системы;

• ограниченность по времени возникновения указанных явлений (3 -- 10 дней).

Состояние больных, обратившихся за скорой медицинской помощью, как правило, бывает различным -- от легких признаков недомогания до тяжелых клинических форм, иногда заканчивающихся летальным исходом. Больные чаще всего предъявляют жалобы на одышку, затрудненное дыхание, спастический кашель, сердцебиение, тошноту. При опросе выясняется, что все эти симптомы появились внезапно.

Острое действие атмосферных загрязнений провоцируется резким изменением погодных условий на данной территории (температурная инверсия, штиль, туман, сильный устойчивый ветер со стороны промышленной зоны), а также авариями на промышленных предприятиях города или на очистных сооружениях, в результате которых концентрация загрязнений в атмосферном воздухе жилых районов значительно возрастает, превышая допустимые уровни нередко в десятки раз.

Врачам ЛПУ города, на территории которого имело место острое действие атмосферных загрязнений на население, необходимо помнить, что, несмотря на свою кратковременность, оно может спустя несколько лет оказаться этиологическим фактором возникновения, так называемых, отдаленных эффектов -- онкологических заболеваний или цитогенетических нарушений. Возможность возникновения отдаленных эффектов особенно велика, если в свое время в атмосферном воздухе среди прочих загрязнителей присутствовали вещества, обладающие канцерогенным или мутагенным действием.

Хроническое действие атмосферных загрязнений

Хроническое действие загрязнений атмосферного воздуха является основным видом неблагоприятного их влияния на здоровье человека. По характеру хронического действия загрязнений на население можно выделить два подтипа, определяющих особенности методических подходов к их изучению и диагностике:

ь хроническое специфическое действие, где конкретный загрязнитель играет роль этиологического фактора;

ь хроническое неспецифическое (провоцирующее) действие, в реализации которого участвуют вещества, относящиеся к различным химическим классам, отличающиеся по своему биологическому действию и не обладающие выраженным специфическим влиянием на организм.

Хроническое специфическое действие атмосферных загрязнений.

Загрязнений атмосферного воздуха, обладающих выраженным специфическим действием на организм человека, насчитывается сравнительно немного. К ним в первую очередь следует отнести фтор, асбест, фосфорорганические соединения (ФОС), белок-паприн, бериллий, марганец и некоторые другие металлы. Врачам ЛПУ, на территории которых расположены предприятия, загрязняющие атмосферный воздух веществами и продуктами, обладающими специфическим действием, для проведения диспансерных наблюдений, выявления и ранней диагностики заболеваний среди населения необходимо знать:

• какое вещество (вещества) поступает в атмосферный воздух с выбросами расположенного на подведомственной территории предприятия (по данным регионального центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора);

• какая профессиональная патология преобладает на том или ином промышленном предприятии;

• каков характер специфического действия загрязнителей на человека, и с какими предприятиями они связаны.

Например, у населения, проживающего в зоне влияния выбросов алюминиевого или криолитового завода, развивается флюороз; титаномагниевого комбината -- бериллиоз, рак легких; предприятия по производству белка-паприна -- аллергозы, бронхиальная астма; завода асбестотехнических изделий -- асбестоз, рак легких, мезотелиомы и т.д.

Особо пристального внимания врачей требует детское население, поскольку дети наиболее чувствительны к действию химических агентов вообще, а обладающих специфическим влиянием -- в особенности. Именно у детей раньше всего формируются соответствующие заболевания и проявления (пятнистость эмали зубов, узелковый процесс в легких, аллергозы, хронические пневмонии и т.д.).

Хроническое неспецифическое действие атмосферных загрязнений. Наиболее типичным проявлением длительного влияния факторов малой интенсивности на население городов является хроническое неспецифическое действие атмосферных загрязнений. Хотя определить реальный вклад этого фактора в общую заболеваемость населения для каждой территории весьма сложно.

Хроническое влияние атмосферных загрязнений характеризуется широким спектром биологических ответов -- от возникновения таких сдвигов в организме, биологическая значимость которых еще не совсем понятна, до явных признаков заболевания и смертности. В реальной жизни этим крайним проявлениям (болезнь и смерть) подвержен небольшой процент населения. У основной же массы населения, проживающего в условиях той или иной степени загрязнения атмосферного воздуха, формируются так называемые предпатологические состояния: физиологические, биохимические и другие изменения в организме не установленного значения или же регистрируется накопление в органах и тканях тех или иных загрязнителей без видимых признаков нарушения здоровья.

Кроме этого, хроническое действие атмосферных загрязнений приводит к изменениям в иммунной системе организма. Происходит не только снижение иммунной резистентности, но нередко и сенсибилизация организма к тем или иным химическим веществам. Эти нарушения до определенного времени никак себя не проявляют, но формируют состояние предрасположенности к развитию системных заболеваний, в первую очередь заболеваний дыхательной системы (бронхиальная астма, бронхиты с астмоидным компонентом и др.), а также различного рода аллергических заболеваний и состояний. Важно помнить, что снижение иммунной резистентности организма, в первую очередь детского, предваряет заболеваемость острыми респираторными формами.



Тема 11. Экологические проблемы питания

11.1 Общие представления

Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные смеси, состоящие из сотен химических соединений.

В состав пищевых продуктов входят, в основном, три группы соединений.

I. Нутриенты -- белки, липиды, углеводы, минеральные вещества и витамины, которые требуются организму для пластических целей, в качестве источников энергии, для нормального течения процессов пищеварения и метаболизма.

II. Неалиментарныекомпоненты -- соединения, участвующие в формировании органолептических качеств пищевого продукта. К ним относятся: предшественники нутриентов, продукты их распада, а также другие биологически активные вещества. Большинство веществ этой группы находится в продуктах питания в незначительных количествах.

Среди них различают:

-- антиалиментарные факторы - вещества, препятствующие перевариванию или утилизации нутриентов (например, ингибиторы протеаз, содержащиеся в бобовых);

-- вредные химические вещества природного происхождения: постоянные компоненты некоторых натуральных продуктов (алкалоиды, пептиды); вещества, содержащиеся в продуктах при определенных условиях (соланин в картофеле); микроэлементы (F, Se, Sr и др.) в высоких концентрациях за счет существования аномальных биохимических провинций.

III. Ксенобиотики -- посторонние, токсичные, потенциально опасные вещества антропогенного происхождения.

Ксенобиотики, как было указано выше, могут быть неорганической и органической природы, в том числе микробного происхождения. К ним не относят добавляемые в продукты витамины, провитамины, микроэлементы, поваренную соль, приправы, ароматические и вкусовые вещества естественного происхождения, а также инертные механические примеси.

Ксенобиотики можно разделить на три группы:

ь естественного происхождения;

ь соединения, образующиеся в организме человека при определенных условиях;

ь соединения, поступающие в организм в результате получения, обработки или хранения пищевых продуктов.

К последним соединениям относятся:

ь новое пищевое сырье или продукты, получаемые путем химического или микробиологического синтеза;

ь вещества, использующиеся в сельском хозяйстве (металлы, пестициды, компоненты удобрений, биостимуляторы), а также поступающие из загрязненных продуктов животноводства и птицеводства, что связано с ветеринарно-профилактическими и терапевтическими мероприятиями (антибиотики, антигельминтные препараты и другие медикаменты);

ь пищевые добавки (красители, консерванты, антиокислители), в том числе применяемые для ускорения технологических процессов;

ь вещества, поступающие при контакте с полимерными и другими материалами; большую роль играют растворимые вспомогательные синтетические материалы, добавляемые к пластмассам для придания им желаемых свойств. Сюда относятся загрязнители, мигрировавшие в пищевые продукты из посуды, инвентаря, тары, упаковочных материалов;

ь вещества, поступающие в пищевое сырье или пищевые продукты из загрязненной окружающей среды (атмосферного воздуха, водоемов, почвы);

ь вещества биологического происхождения: при размножении на продуктах питания плесени, грибов (микотоксины), микроорганизмов (бактериальные токсины) из-за несоблюдения санитарных требований к технологии получения и хранения продуктов;

ь соединения, образующиеся при воздействии термической или другой кулинарной обработки, а также химическом взаимодействии (бенз[а]пирен и нитрозамины - при копчении; лизилаланин -- при варке мяса в щелочной воде).

Токсичные компоненты, попав во внутреннюю среду организма, обязательно депонируются в печени, где происходит их дальнейший метаболизм. Гепатотоксичность -- это свойство химических веществ вызывать структурно-функциональные нарушения печени. Высокая чувствительность печени к химическим соединениям определяется несколькими обстоятельствами. Печень -- основной орган, ответственный за метаболизм чужеродных веществ. Патологические состояния печени химической этиологии можно отнести к одному из двух классов: цитотоксическому или холестатическому. Цитотоксические повреждения печени проявляются стеатозом, некрозом, канцерогенезом. Холестатические -- повреждения печени проявляются нарушением секреции желчи, развитием желтухи.

Стеатоз, или жировое перерождение печени, -- это состояние, характеризующееся избыточным накоплением жира в гепатоцитах. Одновременно отмечается снижение содержания в плазме крови липидов и липопротеидов. Стеатоз часто является самым ранним проявлением токсического повреждения органа. Механизм инициации стеатоза при интоксикациях различными гепатотоксикантами различен. Накопление жира может быть следствием либо нарушения процессов катаболизма липидов, либо избыточного поступления свободных жирных кислот в печень, либо повреждения механизмов выделения триглицеридов в плазму крови.

Некроз -- дегенеративный процесс, приводящий к клеточной гибели. Гибель клеток сопровождается повреждением плазматических мембран; ей предшествует ряд морфологических изменений гепатоцитов: увеличение объема цитоплазмы, дилятация цитоплазматического ретикулума, набухание митохондрий с разрывом крист, деградация полисом, разрушение органелл и ядра клетки, стеатоз.

Биохимические изменения, предшествующие гибели клетки, включают:

ь инициацию свободно-радикальных процессов;

ь связывание токсикантов или их метаболитов с белками, нуклеиновыми кислотами и ненасыщенными жирными кислотами мембран клеток;

ь нарушение пластических и биоэнергетических процессов;

ь резкое повышение содержания в клетке свободного кальция.

Полагают, что фатальным, необратимым этапом развития гепатоцеллюлярного некроза является нарушение гомеостаза внутриклеточного Са⁺². Повышение концентрации кальция в цитоплазме клетки приводит к повреждению клеточных мембран и органелл (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, лизосом), денатурации структурных протеинов, инактивации энзимов.

Холестаз проявляется нарушением процесса желчевыведения, усилением проницаемости стенок желчевыводящих каналов, дисфункцией микроворсинок эпителия желчных ходов, обеспечивающих ток желчи. Воспаление или закупорка желчных ходов также приводит к задержке желчи в печени, что в свою очередь сопровождается развитием желтухи.

Фиброз -- конечный результат хронически протекающих патологических процессов, развивающихся в печени при воздействии токсикантов. В поврежденном органе появляются коллагеновые тяжи, разрушающие нормальную структуру органа, нарушающие внутрипеченочный кровоток, желчеотделение. Клинически это состояние проявляется синдромом портальной гипертензии.

Несмотря на поступление в организм человека соединений с выраженной канцерогенной активностью, их действие во многом нивелируется:

ѕ во-первых, адаптированной под это системой детоксикации ксенобиотиков;

ѕ во-вторых, антиканцерогенным действием, которым обладает целый ряд соединений, содержащихся в пищевых продуктах.

Сюда относятся антиоксиданты - аскорбиновая кислота, витамины Е и А. Мощным антиканцерогенным действием обладает растительный монотерпен -- лимонен, содержащийся в больших количествах в цедре цитрусовых. Именно поэтому весьма важное значение в питании человека на современном этапе имеет поступление в организм достаточных количеств антиканцерогенных соединений, которые способны нейтрализовать действие ксенобиотиков естественного и антропогенного происхождения.

11.2 Аллергии, вызываемые продуктами питания

Аллергия индуцируется преимущественно белковыми веществами, содержащимися в продуктах питания. Самые частые аллергены -- б-лактальбумин, в-лактглобулин, казеин и липопротеины молока коров. Альбумин, содержащийся в пшенице, также проявляет сильное аллергенное действие. Могут также иметь место аллергические реакции на орехи, цитрусовые, косточковые плоды, различные овощи (например, стручковые, помидоры), куриный белок, белок, находящийся в рыбных продуктах, а также на пищевые добавки.

У 90% людей с имеющейся пищевой аллергией наблюдаются изменения со стороны кожи и легочной системы. Чаще всего поражается слизистая губ, глаз и языка. В дальнейшем могут встречаться: тошнота, головные боли, судороги, поражение сердечно-сосудистой системы.

Особенно часто наблюдается реакция со стороны желудочно-кишечного тракта (диарея).

Некоторые продукты питания (лук, редька, острые пряности) и измененная кишечная флора (например, благодаря размножению грибковых микроорганизмов) благоприятствуют аллергическим реакциям.

Содержание аллергенов в растениях может изменяться в зависимости от части употребляемого растения и от стадии его зрелости. Некоторые аллергены могут легко денатурироваться, например, в коровьем молоке и пшенице при нагревании до 120 °С, в яблоках - путем окисления на воздухе (денатурация - лишение естественных свойств). Напротив, аллергены в мясе птицы, рыбы, орехах и бобах очень устойчивы.

11.3 Токсичные соединения, образующиеся в продуктах питания и организме человека

Биогенные амины (БА) могут образовываться микроорганизмами, например, при ферментативном декарбоксилировании.

Произведенные с помощью микробиологической техники продукты питания (например, сыры, пиво) содержат значительное количество БА. При порче продуктов питания в них также может увеличиваться содержание БА вследствие деятельности микроорганизмов.

Высокое поступление аминов с продуктами питания при одновременном приеме определенных медикаментов способно повышать кровяное давление, например, через тирамин, обычно расщепляющийся в кишечнике с помощью фермента моноаминооксидазы (МАО). МАО может ингибироваться гипотензивными препаратами, антидепрессантами или противотуберкулезными препаратами таким образом, что концентрация тирамина в кишечнике увеличивается, большая его часть всасывается, из симпатических нервных окончаний освобождается норадреналин и повышается кровяное давление.

В некоторых продуктах питания тирамин содержится (шоколаде, сыре, пиве, вине и квашеной капусте) в повышенных количествах. Пациентам с высоким кровяным давлением частое употребление этих продуктов питания может быть небезвредно. Подобным же образом такой биогенный амин, как серотонин (содержащийся в бананах, грецких орехах, помидорах), способен также увеличивать кровяное давление. Другой БА -- гистамин, находящийся в некоторых сортах вин, способен вступать в соединение с этанолом. Прием значительных количеств гистамина ведет к острой интоксикации у человека, которая выражается сильными головными болями и спазмами гладкой мускулатуры.

11.4 Ксенобиотики, поступающие в организм в результате получения, обработки или хранения пищевых продуктов

Генетически модифицированные (трансгенные) продукты (ГМП) -- это изделия, которые были получены генно-инженерными технологиями. За последнее десятилетие объем производства генетически измененных продуктов в мире резко возрос.

Цели, которые преследуют при получении генетически измененных растений, следующие:

ѕ повышение резистентности к действию вредителей (маис, хлопок, картофель), вирусов (картофель);

ѕ изменение качественного состава продукта, например, по содержанию жирных кислот (рапс, соя), белка (картофель), антиоксидантов (томаты) и др.;

ѕ изменение внешнего вида растений, например, по окраске (гвоздика).

Генетически измененные продукты могут влиять на физиологическую и метаболическую активность клеток и тканей человеческого организма. Так, например, молоко коров может содержать рекомбинантный гормон роста (rBGH), известный как рекомбинантный бычий соматотропин. С 1993 г. этот препарат производится методами генной инженерии. Используется в животноводстве с целью повышения надоев. Препарат вводят животным каждые две недели, вызывая стимуляцию образования молока на 5--20%. Его введение приводит к увеличению вероятности маститов, протекание которых связано с попаданием в молоко патогенных микроорганизмов. Основной способ лечения маститов у животных -- введение им антибиотиков. Их использование вызывает повышение устойчивости микроорганизмов, например, сальмонелл, что создает трудности в лечении у человека инфекционных заболеваний.

Более того, мутантные бактерии могут передавать свои гены другим микроорганизмам. Это происходит путем обмена цепи ДНК, называемой плазмидой (плазмимды -- небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно). Даже относительно непатогенные бактерии типа Е. coli, присутствующие в кишечнике человека, могут получать невосприимчивость к антибиотику и передавать ее по наследству, а также к другим бактериям, например возбудителям тифа или холеры.

Помимо этого, показано, что rBGH увеличивает в организме животных концентрацию инсулиноподобного фактора-1 (IGF-1), который имеет такую же первичную структуру, как человеческий пептид. В присутствии казеина, основного протеина коровьего молока, IGF-1 не подвергается разрушению при пастеризации, а также при пищеварении. Казеин обеспечивает защитный эффект и он остается неповрежденным в кишечнике людей.

Попав с коровьим молоком в организм человека, rBGH увеличивает в нем уровень собственного IGF-1. Всосавшийся коровий, а также образованный собственный IGF-1 в тонком кишечнике человека способен стимулировать клеточный рост, а также оказывать системные эффекты: увеличивает массу тела, печени, длину трубчатых костей. Помимо этого, IGF-1 вызывает рост опухолей у лабораторных животных и людей путем торможения запрограммированной смерти клетки (апоптоза).

Помимо этих соединений весьма широко применяются половые гормоны (например, эстрадиол, тестостерон).

Использование тиреостатиков приводит к увеличению веса животных. Продукт их распада -- тиомочевина -- является канцерогеном. Глюкокортикоиды (кортизон), в-блокаторы и психофармацевтические средства (например, валиум) дают свиньям в качестве седативных препаратов для предотвращения стресса, и тем самым они также могут попадать в организм человека. Витамины назначаются как лекарственные средства и добавки, которые накапливаются в печени животных (например, витамин А) и вследствие избыточного поступления способны вызывать негативные реакции у людей.

11.5 Вредные вещества, образующиеся при приготовлении пищи

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). К ПАУ относится бенз[а]пирен, образующийся при копчении продуктов, а также при приготовлении пищи на гриле в том случае, если жир попадает на раскаленный древесный уголь. Повышенное потребление подобных ксенобиотиков может иметь последствия для здоровья человека. Твердо установлено, что бенз[а]пирен обладает в отношении человека и животных мутагенным и канцерогенным действием.

Гетероциклические амины (ГЦА). ГЦА могут возникать при жарке мяса и при приготовлении гамбургеров. Некоторые аминокислоты (триптофан, глютаминовая кислота) и содержащие их белки, также могут давать канцерогенные продукты в результате процесса пиролиза (нагревание при высокой температуре). Образуются ГЦА почти исключительно при кулинарной обработке мяса. Дело в том, что именно в мышечной массе содержится вещество креатин, выполняющее важную роль в энергетическом обеспечении сократительного процесса.

Существует несколько факторов, существенно влияющих на образование ГЦА. Чем выше температура кулинарной обработки и ее продолжительность, тем выше содержание ГЦА в конечном продукте. Показано, что их образование начинается при 150 °С и становится максимальным при 250 °С. Другим фактором является вид кулинарной обработки. Наибольшие количества этих канцерогенов дает поджаривание мяса, а также приготовление барбекю. В то время как варка мяса, тушение, обработка в микроволновой печи вообще не способствуют образованию ГЦА.

Метаболизм ГЦА играет важную роль в их канцерогенной способности. ГЦА являются лишь проканцерогенами и становятся таковыми в результате их детоксикации в ткани печени, т.е. в результате метаболической активации. С ГЦА связывают возникновение злокачественных опухолей кишечника и молочной железы.

На канцерогенность ГЦА влияют многие факторы, которые способны снизить их воздействие (зеленые растения, овощи, фрукты), т.к. тормозят поглощение ГЦА. Природные антиоксиданты (токоферол, каротин), полифенолы, содержащиеся в чае, а также кальций ингибируют прогрессию злокачественно трансформированной клетки, тормозя формирование опухоли.

К факторам, которые способны потенцировать активность ГЦА, относится животный жир. Следовательно, богатая жиром пища будет способствовать развитию опухолей. И, наконец, важную роль играют способы приготовления пищи. При этом следует избегать пережаривания мясных продуктов, реже употреблять барбекю.

11.6 Токсины, образующиеся в продуктах питания. Микотоксины

Эргоалкалоиды образуются, например, грибами Claviceps purpurea. Алкалоид спорыньи -- эргометрин -- термостабильное соединение. Поступление в организме миллиграммовых количеств этого соединения опасно для человека.

Афлатоксины образуются плесневыми грибами (например, Aspergillus flavus). Последние растут на орехах, пряностях и злаках, которые хранятся во влажных помещениях. Матери могут передавать токсины новорожденным через молоко. Афлатоксины считаются гепатотоксичными и канцерогенными ядами.

Микотоксин патулин образуется штаммами грибов Penicillum expansum и содержится в испорченных фруктах и соках. Грибы растут на прелых фруктах, зерне и орехах. Употребление токсинсодержащего продукта питания может привести у людей к повреждению печени и почек. Известно канцерогенное действие патулина дня человека. Конкретное воздействие состоит в иммунодепрессивном эффекте и нефротоксических проявлениях.

11.7 Металлы

Металлы находятся в продуктах питания, консервах и посуде (алюминий, олово, медь) и являются причиной различных расстройств. Рассмотрим основные из них.

Ртуть. Ртуть -- рассеянный элемент. В атмосферу поступает как в ходе природных процессов, так и за счет антропогенной деятельности. Техногенно рассеиваемая ртуть отличается геохимической подвижностью по сравнению с природными соединениями ртути и поэтому более опасна в экологическом отношении. Ртуть отличается высокой токсичностью для любых форм жизни.

Токсическое действие ртути зависит от вида соединения. Наиболее токсичны алкилртутные соединения с короткой цепью -- метилртуть, этилртуть. Они больше накапливаются в организме, лучше растворяются в липидах, легче проникают через биологические мембраны. Чувствительность нервной системы к метил- и этилртути выше, чем к другим соединениям.

Резорбция ртути в пищеварительном тракте зависит от типа соединения: резорбция неорганических соединений составляет 2--15%, фенилртути -- 50--80, метилртути -- 90-- 95%. Метилртуть стабильна в организме, другие алкилртутные соединения быстрее трасформируются в неорганические.

При всех путях поступления ртуть накапливается преимущественно в почках, селезенке и печени. Органические соединения, хорошо связываясь с белками, легко проникают через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры и накапливаются в головном мозге, в том числе и плода, где их концентрация в 1,5--2 раза больше, чем у матери. В мозговой ткани метилртути содержится в 5--6 раз больше, чем в крови.

Ртуть отрицательно влияет на обмен пищевых веществ: неорганические соединения ртути нарушают обмен аскорбиновой кислоты, пиридоксина, кальция, меди, цинка, селена; органические соединения -- обмен белков, цистеина, аскорбиновой кислоты, токоферолов, железа, меди, марганца, селена.

Пары ртути проявляют нейротоксичность, от чего особенно страдают высшие отделы нервной системы (в итоге развивается запредельное торможение).

Неорганические соединения ртути обладают нефротоксичностью.

Основные проявления хронического воздействия малых концентраций ртути следующие: повышенная нервозность, ослабление памяти, депрессивное состояние, парестезии на конечностях, мышечная слабость, эмоциональная лабильность, нарушение координации движений, симптомы поражения почек. К данной симптоматике могут присоединяться признаки поражения сердечно-сосудистой системы -- аномальное повышение артериального давления, тахикардия, изменение электрической активности (ЭКГ).

Есть сообщения о защитном воздействии цинка и селена при поступлении в организм ртути. Защитное действие селена (в том числе содержащегося в рыбных продуктах, например в тунце) усматривают в деметилировании ртути с образованием нетоксичного селенортутного комплекса. Токсичность неорганических соединений ртути снижают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, а органических соединений -- протеины, цистеин, токоферолы. Пиридоксин, напротив, усиливает токсичность ртути.

Медь. Медь -- микроэлемент, широко распространенный в природе. Недостаток меди приводит к образованию дефектного коллагена (увеличивает вероятность разрыва стенок артерий), к анемии, незначительному замедлению физического развития детей, увеличению частоты сердечно-сосудистых заболеваний.

Медь малотоксична. У человека однократная доза 10--20 мг/кг массы тела вызывает тошноту, рвоту и другие симптомы интоксикации. Известны случаи, когда приготовление или подогревание кофе или чая в медной посуде вызывало у людей желудочно-кишечные расстройства. Медь в количестве 5--15 мг/кг может придать металлический привкус воде, напиткам, пище. Повышенное содержание меди может обусловить уменьшение срока хранения пищевых жиров и жиросодержащих продуктов (они прогоркают, изменяют цвет). Медь катализирует окисление не только ненасыщенных жиров, но и аскорбиновой кислоты, она снижает ее количество в овощах, фруктах и соответствующих соках.

Механизм токсического действия меди связан с блокадой сульфгидрильных групп белков, в том числе ферментов.

Высокая гепатотоксичность меди и ее соединений связана с ее локализацией в лизосомах гепатоцитов и со способностью повышать проницаемость мембраны митохондрий. При хронической интоксикации медью и ее солями возможны функциональные расстройства нервной системы (обнаружено сродство меди к симпатической нервной системе), печени и почек, изъязвление и перфорация носовой перегородки.

Физиологическими антагонистами меди являются молибден и цинк.

Стронций. По химическим свойствам стронций сходен с кальцием и барием. По интенсивности поглощения стоит на четвертом месте после меди, цинка и бария.

Стронций содержится во всех тканях и органах человека, входит в состав скелета высших и низших животных. Стронций оказывает влияние на процессы костеобразования, активность ряда ферментов. В организме стронций действует как кальций, полностью заменяя его и постепенно нарушает нормальную кальцификацию скелета. Действие стронция на кости связано с блокированием биосинтеза витамина D и избыточным отложением фосфора в костях.

Цинк. Цинк относится к группе рассеянных элементов.

Цинк депонируется в костях и в мышцах. В основе многих проявлений цинковой интоксикации лежат конкурентные отношения цинка с рядом металлов. Избыточное поступление цинка в организм животных сопровождалось снижением уровня кальция в крови и в костях, одновременно нарушалось усвоение фосфора, в результате развивался остеопороз.

Цинк может представлять мутагенную и онкогенную опасность. Среди шведских горняков, добывающих цинк, наблюдается повышенная смертность от рака. Гонадотоксическое действие цинка проявляется снижением подвижности сперматозоидов и их способности проникать в яйцеклетку.

Железо. Железо - один из наиболее распространенных элементов земной коры (4,65% по массе). Развитие дефицита железа в организме связано с дисбалансом других микроэлементов:

ѕ недостаток фтора приводит к снижению утилизации железа и меди;

ѕ увеличенный метаболизм железа сопровождается значительным накоплением магния в эритроцитах;

ѕ дефицит цинка приводит к развитию тяжелого симптомокомплекса железодефицитной анемии с гепатомегалией, карликовостью, половым недоразвитием и нарушением волосяного покрова (болезнь Прасада);

ѕ важное значение в возникновении железодефицитных состояний имеет недостаток меди, марганца, кобальта.

Соединения Fe2+ обладают общим токсическим действием: у крыс, кроликов при поступлении в желудок наблюдались параличи, смерть в судорогах (причем хлориды токсичнее сульфатов).

Соединения Fe3+ менее ядовиты (вызывают рвоту).

Железо обладает сенсибилизирующим эффектом по клеточно-опосредованному типу, не вызывает реакций немедленного типа. Соединения железа стимулируют Т-системы и снижают показатели состояния неспецифической резистентности иммуноглобулинов.

Высокое потребление с пищей железа предрасполагает к сердечно-сосудистым заболеваниям. Существует точка зрения, что циклические менструации, связанные с кровопотерей, влекут за собой потерю железа, что резко снижает риск сердечно-сосудистой патологии у женщин в предклимактерическом периоде. В начале менопаузы уровни запасенного железа быстро возрастают, и вероятность сердечнососудистых заболеваний возрастает.

Долгое время бытовало мнение о необходимости обогащения продуктов питания железом с целью борьбы с железодефицитными состояниями. Однако в последние годы появились сомнения в отношении этого из-за того, что железо может быть причиной ряда заболеваний.

Алюминий. Основные источники алюминия -- алюминиевая посуда и упаковочный материал, имеющий покрытие из алюминиевой фольги, кислые консервированные продукты питания и напитки (маринованные огурцы, кока-кола), морковь, чай.

Установлено, что алюминий замедляет образование костной ткани, тормозит в ЖКТ всасывание фтора, кальция, железа и неорганического фосфата, влияет на моторику ЖКТ. С накоплением в организме алюминия связывают возникновение болезни Альцгеймера -- медленно прогрессирующего дегенеративного, неврологического заболевания. Нейрофибриллярный аппарат пораженных нейронов подвергается тяжелым необратимым изменениям, что в свою очередь влечет за собой глубокие нарушения аксонального транспорта, определенную дисгармонию рецепторной активности и характерную дегенерацию дендритов. Болезнь Альцгеймера ответственна за 75% деменции в старческом возрасте. Характеризуется прогрессивной потерей памяти и снижением умственных способностей. Пациенты в конечном счете становятся прикованными к постели и обычно умирают от пневмонии. Недавние изучения указывают, что степень умственного ухудшения может быть замедлена примерно на 50% при удалении алюминия из организма пациентов путем специальных методов лечения.

11.8 Пестициды. Хлорированные циклические углеводороды

ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) -- высокодейственный инсектицид со сравнительно незначительной токсичностью для теплокровных. В 50 -- 60-е гг. XX в. были использованы миллионы тонн ДДТ в борьбе с эпидемиями малярии, желтой лихорадки, тифа и других болезней, а также для защиты растений.

ДДТ и его аналоги -- довольно стабильные соединения -- поступают в организм человека в основном с липидсодержащими продуктами питания (молоком, молочными продуктами, мясом, рыбой и яйцами). Распределяются преимущественно в тканях, также богатых жирами. В определенных состояниях, например при голодании и, следовательно, распаде жировых депо, происходит распределение их по организму, и концентрация хлорорганических соединений в других тканях быстро повышается. То же наблюдается при некоторых заболеваниях, например при раке. При грудном вскармливании у женщины также снижаются запасы жира в организме и тогда подобные соединения появляются в грудном молоке.

У животных ДДТ и его аналоги оказывают воздействие на репродуктивную систему и помимо этого обладают канцерогенным действием.

11.9 Галогенозамещенные полициклические углеводороды

Полихлорированные бифенилы (ПХБ). Основной же источник ПХБ для человека -- их пероральное поступление с пищевыми продуктами, богатыми жировыми компонентами. После всасывания, в зависимости от степени хлорирования, ПХБ метаболизируются в печени, в результате чего их токсичность увеличивается (явление метаболической активации). Высокохлорированные ПХБ аккумулируются в жировой ткани тела (около 2 мг/кг), в женском молоке (около 1 мг/кг жира молока). Установлено, что ПХБ и их производные способны проникать через плаценту беременных женщин, являясь причиной мертворождений и снижения массы тела новорожденных.

Токсический эффект ПХБ связан с действием на ЦНС (головные боли, нарушение концентрации внимания), постепенным выпадением волос, нарушением функции печени, угнетением иммунной системы и развитием опухолей печени.

Полихлорированные дибенздиоксины и дибензфураны. По пищевым цепочкам вещество попадает в организм человека. Основное количество поступает с продуктами питания, в основном с богатыми жиром продуктами (рыба, мясо, молочные продукты, яйца). Для ПХДБД характерен иммуносупрессивный, тератогенный и канцерогенный эффекты



Тема 12. Роль нитратов, нитритов и нитрозосоединений в патологии человека

12.1 Общие представления

Интенсификация сельскохозяйственного производства привела к возникновению новой медико-экологической проблемы, избыточному накоплению нитратов в растениях, воде и других продуктах питания, что создает значительную нагрузку на организм человека и отражается на состоянии его здоровья.

Нитраты (соли азотной кислоты) с давних пор используются в качестве азотных удобрений. Среди них наиболее распространены: калийная селитра KNO, чилийская селитра NaNO, кальциевая селитра Ca(NO)₂, аммиачная селитра NH₄NO.

Нитраты -- элементы минерального питания растений, поставляющий им азот, необходимый для синтеза белка. Присутствуя в растениях, нитраты в небольших количествах всегда поступают в организм человека и животных, в результате чего у них сформировались адаптационные метаболические механизмы. Этим нитраты отличаются от пестицидов и других химических загрязнителей, чуждых характеру метаболических процессов млекопитающих.

12.2 Источники поступления нитратов в организм человека

Пищевые продукты

Овощи и фрукты. Растения потребляют нитраты из почвы через корневую систему. Затем их превращение идет двумя путями: восстановлением нитратов в нитриты (катализируется нитратредуктазой) и восстановлением нитритов в аммиак (катализируется нитритредуктазой). Аммиак используется для синтеза аминокислот и белков. Одни культуры восстанавливают нитраты в корневой системе полностью, другие -- в меньшей степени. Нитраты накапливаются в основном в корнях, стеблях, черешках, жилках растений. Листья и корнеплоды богаче нитратами, чем плоды.

Наиболее интенсивно накапливают нитраты черная редька, столовая свекла, листовой салат, щавель, редис, ревень, сельдерей, шпинат, листья петрушки, укроп. Считается, что злаки, фрукты, ягоды не накапливают опасные концентрации нитратов.

Вода необходима для переноса нитратов от корней к тем частям растения, где происходит их усвоение. Поэтому при засухе нитраты накапливаются в корнях и прожилках растений.

Микроэлементы (особенно молибден и марганец) необходимы для работы ферментов, участвующих в превращении нитратов до аммиака.

Свет -- источник энергии для превращения нитратов в аммиак. При недостатке света скорость восстановления нитратов снижается. Поэтому в тепличных овощах содержание нитратов больше, чем в растениях, выращенных в открытом грунте.

Органические удобрения способствуют накоплению нитратов, а фосфорные и калийные у некоторых видов растений могут тормозить этот процесс.

Мясные и рыбные продукты. В натуральном мясе уровень нитратов невелик -- 5--20 мг/кг, а в охлажденной рыбе еще меньше - 2-15 мг/кг. Нитраты и нитриты добавляют в мясные и некоторые рыбные продукты с целью:

• улучшения вкуса и запаха, стабилизации цвета;

• предотвращения развития патогенной микрофлоры, прежде всего Clostridium botulinum, Bacillus cereus.

Из добавленного к мясу нитрита в готовых колбасных изделиях остается 70--85%. В сырокопченых колбасах больше нитритов (150 мг/кг), чем в вареных (до 50--60 мг/кг).

Сыр. Нитраты (селитру) применяют при производстве некоторых сыров для предотвращения развития посторонней микрофлоры. По мере созревания сыра концентрация нитратов уменьшается.

Вода. Вода является одним из источников поступления нитратов в организм человека. В воде системы городского водоснабжения содержание нитратов обычно невысокое (до 10 мг/л). Большие концентрации нитратов обнаруживаются в грунтовых водах и, в частности, в колодезной воде. В районах интенсивного земледелия, а также вокруг животноводческих комплексов отмечается высокое содержание нитратов в воде, нередко превышающее ПДК (45 мг/л).

Нитраты начинают ощущаться в воде уже при уровне около 8 мг/л, они придают ей вяжущий, кисловато-соленый вкус. При содержании нитратов 1500-2000 мг/л вода имеет горький вкус и непригодна к употреблению.

Нитраты, поступающие в организм человека с водой, имеют особое значение, так как они в 1,25 раза токсичнее, чем нитраты, поступающие с продуктами питания.

Воздух. Содержание нитратов в воздухе варьирует от 1 до 40 мкг/м³. Аэрозоли нитратов -- конечная стадия реакции окисления газообразных оксидов азота в атмосфере, причем в городских районах, подверженных фотохимическому загрязнению, может образовываться значительное количество взвешенных нитратов. При высоких концентрациях в воздухе они оказывают раздражающее действие на верхние дыхательные пути.

12.3 Изменение содержания нитратов в продуктах

При хранении овощей содержание нитратов в них снижается за счет восстановления в нитриты. В свежих овощах не обнаруживаются опасные концентрации нитритов, даже если в них содержится много нитратов. Наиболее интенсивно процесс восстановления нитратов в нитриты происходит при хранении овощей (особенно поврежденных, битых). Комнатная температура, грязь, влага способствуют размножению микроорганизмов, которые превращают нитраты в нитриты, а из поврежденных клеток они получают необходимые питательные вещества.

Процесс восстановления нитратов в нитриты значительно замедляется при хранении овощей в холодильнике, особенно в замороженном виде.

Восстановление нитратов в нитриты усиливается при приготовлении продукта в алюминиевой посуде.

Наибольшее количество нитритов накапливается в соках, приготовленных из тепличных овощей, особенно при комнатной температуре.

Обработка продуктов позволяет снизить содержание нитратов в них. К таким методам относятся:

• очистка и удаление наиболее «нитратных» частей растения (в огурцах - кожица и черешковая часть, в капусте -- верхние листья, прожилки, кочерыжка);

• мытье и вымачивание продукта;

• отваривание (до 80% нитратов и нитритов переходит в отвар, особенно при большом количестве воды).

При варке снижается восстановление нитратов в нитриты, так как инактивируется фермент нитратредуктаза; жарение, тушение овощей (содержание нитратов снижается примерно на 15%).

Таким образом, в готовых овощных блюдах содержание нитратов в среднем на 20--25% меньше, чем в исходном продукте.

12.4 Действие нитратов на организм человека

Часть нитратов всасывается в кровь без изменений. 42--90% общего количества нитратов выделяется с мочой через 8 ч, причем концентрация нитратов в моче зависит от потребленного количества. Наиболее интенсивно превращение нитратов в нитриты идет в слюне, а также в инфицированном мочевом пузыре.

Наибольшую опасность для человека представляют нитриты. Легко всасываясь в ЖКТ, они попадают в кровь и, проникая через мембрану эритроцитов, вступают в реакцию с гемоглобином. В ходе окислительно-восстановительной реакции железо, входящее в состав гемоглобина, переходит из двухвалентной формы в трехвалентную, в результате чего гемоглобин окисляется в метгемоглобин, а нитрит- ион восстанавливается в NO. 1 мг нитрита натрия может перевести в метгемоглобин 2000 мг гемоглобина. Взаимодействуя с восстановленным гемоглобином, оксид азота (NО) образует стабильные HbNO-комплексы. В итоге нарушается транспортная функция гемоглобина, и кислород, несмотря на усиленную оксигенацию крови, поступает в ткани в недостаточном количестве. Развиваются гемическая и тканевая гипоксии.

В организме человека имеются системы, предотвращающие образование метгемоглобина. Первая связана с восстановлением или связыванием ксенобиотиков-окислителей до момента их действия на гемоглобин. Так, в присутствии энзима глютатионпероксидазы восстановленный глютатион взаимодействует с молекулами-окислителями, попавшими в эритроциты, предотвращая их метгемоглобинобразующее действие. Недостаток субстратов, поддерживающих содержание оксидантов в эритроцитах на низком уровне, может привести к накоплению этих веществ, умеренной метгемо- глобинемии, гемолизу и появлению в крови телец Гейнца. Тельца Гейнца представляют собой продукты денатурации гемоглобина. НАДН-метгемоглобинредуктаза.