Вплив забруднювачів на життєдіяльність організму людини. Токсикологія окремих речовин

Шкідливий вплив речовин-забруднювачів залежить від багатьох параметрів:

• хімічної та фізичної природи речовини,
• шляхів надходження до організму,
• місця депонування в організмі.

Токсикологія – це наука, що вивчає отруйні речовини та їх вплив на життєдіяльність живого організму.

Отруйною речовиною вважається хімічний чинник, який при надходженні до організму за певної дози здатний викликати захворювання, яке у даному випадку називається отруєнням (інтоксикацією, токсикозом).

Отруйність, або токсичність, різних речовин неоднакова щодо різних живих істот. Саме цю особливість застосовують при боротьбі із шкідливими організмами (мікроорганізмами – антисептики, антибіотики; комахами – інсектициди; рослинами – гербіциди тощо).

Будь-яка токсична речовина проявляє свій негативний вплив на живий організм лише за певних умов. Ці умови, з одного боку, стосуються самої отруйної речовини, її кількості та стану, а з іншої – визначаються видовими та індивідуальними якостями організму.

Передусім ступінь впливу на організм токсичної речовини визначається її кількістю, що надійшла до організму, яка визначається поняттям дози.

Доза – це кількість речовини, що надійшла до організму.

Термін доза прийнято вживати, коли мова ведеться про надходження речовин через шлунково-кишковий тракт або шкіру. Якщо токсикант надходить інгаляційно – кажуть про його концентрацію.

Відповідно існують такі дози (концентрації), коли симптоми патологічного процесу не розвиваються – вітальні дози (LD₀, LC₀), або навпаки – призводять до швидкої загибелі організму – летальні дози (LD₁₀₀, LC₁₀₀). Тому виділяють умовні дози (концентрації) речовини за яких протягом певного часу (наприклад 2 або 10 діб) відбувається загибель 50% стандартної групи піддослідних тварин – напівлетальні дози (LC_50/10). Виділяють порогові дози, за яких починають реєструватися клінічні ознаки отруєння, і які слугують для обгрунтування гранично допустимих концентрацій (ГДК) небезпечних речовин у компонентах зовнішнього середовища людини.

Основними шляхами надходження токсичних речовин до організму є: дихальні шляхи, шлунково-кишковий тракт (аліментарний шлях) та шкіра. У виробничих умовах найчастіше токсичні речовини надходять першим та останнім шляхами, у повсякденному житті людини основним є аліментарний шлях.

За розподілом токсикантів в організмі всі хімічні речовини поділяють на неелектроліти та електроліти. Перші, добре розчинні у ліпідах, легко проходять крізь клітинні мембрани і нагромаджуються у цитоплазмі. Найбільшу концентрацію неелектролітів спостерігають у тканинах, які багаті на ліпіди та добре постачаються кров’ю (нервова тканина). Здатність електролітів проникати у середину клітини значно ускладнена наявністю заряду на поверхні клітинної мембрани. Якщо зовні мембрана заряджена негативно то до клітини не проходять аніони, якщо позитивно – катіони. В результаті розподіл токсинів-електролітів в організмі людини нерівномірний. Особливостями електролітів є їх здатність швидко видалятися з крові та нагромаджуватися у окремих органах – явище депонування. Депонування свинцю та фтору відбувається у кістках, ртуті – у нирках, марганцю – у печінці. Деякі електроліти не проникають до головниго мозку через їх затримку гемато - енцефалічним бар’єром (наприклад – свинець) (фізіологічний бар'єр між кровоносною системою та центральною нервовою системою).

При надходженні до організму людини речовин у токсичних кількостях розвиваються процеси їх детоксикації. Токсичні речовини піддаються різноманітним перетворенням. Майже всі органічні речовини перетворюються шляхом різноманітних біохімічних реакцій: окислення, відновлення, гідролізу, дезамінування, метилювання, ацетилювання тощо. Однак, деякі речовини не перетворюються і виділяються з організму у незмінному вигляді – алкани (бензин).

Неорганічні речовини також піддаються хімічному перетворенню у організмі. Характерною особливістю цих речовин є здатність депонуватися у певних органах: наприклад, свинець відкладається у кістках у вигляді трифосфіат свинцю. Деякі речовини окислюються: нітрити – до нітратів, миш’яковиста кислота – до миш’якової, сульфіди – до сульфатів, ціаніди – до роданідів. В результаті найчастіше зменшується їх токсичність. Однак іноді біохімічне перетворення може призводити до утворення більш токсичних речовин.

Основним шляхом зменшення дії токсинів є їх виведення з організму. Основними органами виділення цих речовин є легені, нирки, шлунково-кишковий тракт та шкіра.

Через легені видаляються леткі речовини (бензин, бензол, хлороформ), через нирки видаляються добре розчинні у воді сполуки (більшість важких металів), через шлунково-кишковий тракт – погано розчинні речовини (сполуки свинцю, ртуті, марганцю), через шкіру – жиророзчинні речовини (сполуки ртуті, міді, миш’яку).

Суттєвою для розвитку інтоксикації організму є здатність деяких речовин акумулюватися в організмі (свинець, ртуть, фтор, метиловий спирт).

Встановлено, що існує чіткий зв’язок між хімічною структурою, фізичними властивостями та токсичною дією речовин. Причому для споріднених груп хімічних речовин існує певна подібність у клінічній та патоморфологічній картині інтоксикації.

За правилом Ричардсона у гомологічному ряду лінійних вуглеводнів сила наркотичної дії збільшується із збільшенням кількості атомів вуглецю у молекулі. Так, наркотична дія збільшується від пентану (C5H12) до октану (C8H18), від метилового спирту (CH3OH) до алілового (C4H2CH2OH). Зі збільшення наркотичної дії збільшується і гемолітична дія.

За правилом розгалуження ланцюгів наркотична дія послаблюється із збільшенням розгалуження ланцюгів молекул вуглеводнів.

За правилом кратних зв’язків (при збільшенні насиченості) збільшується біологічна активність органічних сполук.

Значний вплив на токсичність речовин має їх агрегатний стан. Тверді речовини надходять до організму повільно і також повільно розвиваються симптоми отруєння. Найбільш небезпечними є газоподібні, рідкі або водорозчинні речовини.

Наявність у зовнішньому середовищі кількох небезпечних речовин-забруднювачів може призводити до їх комбінованого впливу на життєдіяльність організму.

Можливі три типи комбінованої дії речовин:

• синергізм,
• адитивність
• антагонізм.

При синергізмі одна речовина призводить до посилення біологічної дії іншої; при адитивній дії відбувається додавання біологічних ефектів окремих речовин; при антагонізмі одна речовина послаблює токсичність іншої речовини. Найчастіше взаємодія розповсюджених у оточуючому середовищі токсичних речовин відбувається за типом адитивності. Отже, коли у середовищі присутні дві токсичні речовини, гранично допустимі концентрації яких встановлені на рівні 0,1 мг/л, то слід вважати, що у комбінації вони здійснять такий біологічний ефект, як і 0,2 мг/л однієї з речовин.

Крім безпосередньої токсичної дії багато із забруднювачів характеризуються віддаленими у часі ефектами, до яких відносяться перш за все онкогенна дія, мутагенна дія, тератогенні та ембріотоксичні, алергічні та інші ефекти.

Онкогенна дія – один з найнебезпечніших для життя віддалених наслідків дії токсинів. У даний час з відомих 5 мільйонів хімічних речовин, більш ніж 50 тисяч визнані потенційно онкогенно-небезпечними, що можуть призводити до виникнення доброякісних та злоякісних пухлин.

Причому, окремо виділяють групу речовин – хімічних канцерогенів.

Хімічний канцероген – це речовина, яка при надходженні до організму може викликати у людини та тварин утворення злоякісних пухлин, що не зустрічаються без її впливу, або призводить збільшення ймовірності утворення спонтанних (типових) злоякісних пухлин. У першому випадку такі речовини відносять до групи справжніх канцерогенів-ініціаторів, у другому – до групи промоторів розвитку пухлин. Справжні канцерогени, звичайно, одночасно є й мутагенами і тому розглядаються як речовини із безпороговою дією. Промотори, на відміну від них, звичайно мають поріг дії. Зараз визнано, що близько 600 хімічних сполук характеризуються канцерогенною дією.

Найбільш небезпечними канцегенами є:

1. Нітрати, нітрити. Нітрати, вступаючи в реакцію з амінами, утворюють канцерогенні нітрозаміни. Нітрити додають у ковбаси і консерви.

2. Харчові добавки. Деякі добавки (Е123 – Амарант, Е121 – цитрусовий червоний 2) є доказаними канцерогенами і заборонені законодавством у більшості країн.

3. Поліциклічні ароматичні вуглеводні та їх похідні – утворюються за неповного згоряння нафтопродуктів, побутового сміття, у вихлопних газах. Деякі можуть утворюватися при смаженні їжі, перекалюванні рослинних олій.

4. Бензапирени. Утворюються при смаженні або при приготуванні їжі на грилі. Їх багато у тютюновому димі.

5. Пероксиди. Утворюються у прогорклих жирах та при сильному нагріванні рослинних олій.

6. Афлатоксини. Смертельно небезпечні мікотоксини. Цей токсин утворюють гриби декількох видів роду аспергил, які ростуть на зернах, насінні і плодах рослин з високим вмістом олій (на насіннях арахісу). З усіх біологічно вироблених отрут афлатоксини є найбільш сильними гепатоканцерогенами. При потраплянні в організм високої лози отрути смерть наступає протягом кількох діб через незворотнє ураження печінки.

7. Діоксини – хлорорганічні сполуки, що утворюються при спалюванні побутового сміття. Є відходами виробництва хімічних і нафтопереробних підприємств, трансформаторних масел, пестицидів і гербіцидів, утворюються при спалюванні сміття (пластик, поліетилен), хлоруванні питної води. Діоксини накопичуються в біосфері, в організмі людини. В організм людини 90% діоксинів потрапляє з їжою: м’ясом, рибою, молочними продуктами, а також – з питною водою. Діоксини пошкоджуюють ДНК, пригнічують імунітет, викликають онкологічні захворювання. Діоксини віднесені до групи найбільш істотних і небезпечних канцерогенів довкілля.

8. Бензол – токсична та канцерогенна речовина. Пари бензолу можуть проникати через непошкоджену шкіру. Якщо організм людини піддається тривалому впливу бензола у малих кількостях, наслідки можуть бути дуже серйозними. Хронічне отруєння бензолом може стати причиною лейкемії та анемія (нестача гемоглобіну в крові). Бензол входить до складу бензину, широко застосовується в промисловості, є вихідною сировиною для виробництва різних пласмас, синтетичної резини, барвників.

До канцерогенів можна віднести вінілхлорід, формальдегід, кадмій, миш'як, хром, асбест.

Мутагенна дія – збільшення частоти генетичних та хромосомних мутацій у клітинах людини чи тварини під впливом забруднювачів. В даний момент виявлено більше ніж 400 речовин – хімічних мутагенів. Основними хімічними мутагенами у оточуючому середовищі є три групи речовин:

1. природні неорганічні сполуки (оксиди азоту, нітрити, нітрати, свинець, радіоактивні речовини);
2. природні органічні речовини (алкалоїди, гормони, нафтопродукти).
3. синтетичні хімічні речовини відсутні у природі (пестициди, харчові домішки, лікувальні препарати).

Тератогенна та ембріотоксична дія проявляється як результат проникнення відповідних речовин крізь плацентарний бар'єр та їх безпосередній впливі на тканини ембріону. Цей вплив може бути пов'язаний як із прямою токсичною дією на ембріон, так і опосередковано через негативну дію на материнський організм. Відомо більш ніж 600 таких хімічних речовин. Приклад тератогенних факторів: інфекції (герпес, краснуха, сіфіліс, токсоплазмоз), іонізуюче випромінювання, порушення метаболізму та шкідливі звички (алкоголізм, куріння, ендемічний зоб, тривала гіпертермія), інші фактори (ртуть, похідні хлорфенілу).

Алергічна дія. У даний час накопичено великий клінічний та експериментальний матеріал, який свідчить про те, що багато хімічних речовин можуть викликати сенсибілізацію організму і тим самим можуть бути прямою або опосередкованою причиною алергічних захворювань.

Сенсибілізація – підвищена чутливість організму до впливу подразників, що викликає алергічну реакцію.

Такими речовинами перш за все є сполуки хрому, нікелю, берилію, ароматичні аміни, хлорвмісні сполуки, антибіотики та барвники.

Найбільш відомими алергенами є: лікарські препарати (антибіотики і анальгетики, аспірин, 10-15% пацієнтів), рослинний пилок, цитрусові, харчові алергени (молоко, горіхи, жито, пшениця), тварини, пиловий кліщ, таргани, латекс, пліснява.

Цікавими проявами алергії є алергія на власну новонароджену дитину, на воду (1 з 23 млн. людей), на секс, на дерево, на сонце (сонячна кропив'янка, на ультрафіолет), на електромагнітні поля, на цілунки, на білизну (склад білизни).

Деякі хімічні речовини, такі як пестициди, поряд із токсичною дією, яка проявляється безпосередньо після їх надходження до організму, можуть викликати у віддаленому періоді ураження нервової системи (психічні розлади, парези, паралічі), порушення органів кровообігу (коронарна недостатність, атеросклероз, цироз печінки). Патологічний процес може виникнути також у результаті зниження імунної реактивності організму.

У випадку надходження отруйних речовин до організму людини застосовують комплекс методів, завданням яких є прискорення процесів детоксикації організму, які полягають у прискоренні процесів виведення токсинів з організму та їх перетворення на нетоксичні сполуки. Основні методи детоксикації організму:

1. Промивання шлунку з введенням до нього 50-100 мл 5% розчину унітіолу через зонд на початку та в кінці промивання, що застосовується для зв'язування отрути, що не всмокталася. Для очищення шлунково-кишкового тракту всередину вводять послаблюючі речовини (касторову або вазелінову олії), призначають сифонні клізми з унітіолом.

2. Форсований діурез застосовують при легких отруєннях на фоні внутрішньовенного введення 200-300 мл 5% унітіолу.

3. Гіпервентиляція легень (форсоване дихання) – застосовується при отруєнні органічними розчинниками та отруйними газами.

4. Гемосорбція (гемоперфузія) – введення сорбентів безпосередньо у кров.

5. Активна штучна детоксикація, яка включає:

а) гемодіаліз – очищення крові за допомогою пристрою "штучна нирка";

б) перитонеальний діаліз;

в) антидотна терапія.