Диоксины и диоксиноподобные соединения

Диоксины – высокотоксичные соединения, обладающие мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствами. Они представляют реальную угрозу загрязнения пищевых продуктов, включая воду.

Диоксины являются побочными продуктами производства пластмасс, пестицидов, бумаги, дефолиантов (химических веществ, вызывающих опадание листьев у растений; применяются для предуборочного удаления листьев с целью облегчения механизированной уборки урожая). В ходе вьетнамской войны (1962-1971 гг.) самолетами американских ВВС на территории Южного Вьетнама было распылено 57000 т дефолианта – «оранжевого реагента», в котором, как оказалось, в виде примеси содержалось 170 кг диоксина (т.е. 0,0003%), в результате чего были отмечены многочисленные заболевания, в том числе и онкологические, у участников этих событий. Именно последствия этой войны привели к пониманию той грозной опасности, которую представляют диоксины для всего человечества.

Источниками загрязнения могут быть предприятия металлургической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и нефтехимической промышленности. Образуются диоксины при уничтожении отходов в мусоросжигательных печах, на тепловых электростанциях, при горении синтетических покрытий, масел, на городских свалках, т.е. практически везде, где ионы хлора (брома) взаимодействуют с активным углеродом в кислой среде. Наиболее опасный источник диоксинов – заводы, производящие хлорную продукцию, в т.ч. пестициды. Диоксины также присутствуют в выхлопных газах автомобилей.

Группа диоксинов объединяет сотни веществ, каждое из которых содержит специфическую гетероциклическую структуру с атомами хлора (брома) в качестве заместителей.

Основными представителями этой группы соединений являются 2,3,7,8-тетрахлордибензопарадиоксин (ТХДД) и 2,3,7,8-тетрахлор­дибензофуран (ТХДФ). Наиболее токсичным и хорошо изученным является ТХДД. По нему ведется расчет суммарного токсичного действия других диоксинов. Его структура включает два ароматических кольца, связанных между собой двумя кислородными мостиками:

ТХДД ядовитее цианистого калия в 67000 раз и в 500 раз ядовитее стрихнина. Смертельная доза для человека составляет около 0,03 миллионных частей грамма на 1 кг массы тела.

ТХДД – так называемый классический диоксин, действие которого сильнее цианидов, стрихнина, запрещенных сегодня зомана и зарина. ТХДД выбран за эталон онкотоксичности; отличается высокой стабильностью, не поддается гидролизу и окислению, устойчив к высоким температурам (разлагается лишь при 750°С), действию кислот и щелочей, невоспламеняем, обладает высокой растворимостью в жирах и органических растворителях.

Структура 2,3,7,8-тетрахлордибензофурана (ТХДФ) также содержит два ароматических кольца, но связаны они одним кислородным мостиком:

Кроме этих двух основных соединений, существуют различные сочетания. Диоксиноподобные соединения - семейство бифенилов, не содержащих атома кислорода: полихлорированные бифенилы (ПХБ) во многом сходны с ТХДД и ТХДФ. Основу структуры бифенилов представляют два бензольных кольца, связанных обычной химической связью:

Период полураспада этих соединений (ПХБ) в природной среде составляет от 10 до 100 лет, что значительно больше, чем для ДДТ. Эти чрезвычайно устойчивые вещества применяют как жидкие теплоносители в холодильных установках, как пластификаторы в пластмассах.

Отравление ТХДД и ПХБ вызывает заболевание хлоракне, которое выражается в трудноизлечимом поражении кожи, после которого остаются шрамы. ТХДД вызывает тяжелые поражения печени, сопровождающиеся массовым распадом ее клеток поступлением желчи в кровеносную систему. В результате этого возможна глубокая потеря сознания (кома), что приводит к летальному исходу. При беременности ТХДД может привести к патологиям организма ребенка.

ТХДФ оказывают тератогенное и отравляющее действие на зародыш. Смерь эмбрионов наступает уже при очень низких концентрациях. Кроме этого, наблюдаются явно выраженные уродства (наиболее часто встречается «волчья пасть»).

При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям, особенно в жиросодержащих объектах пищи. В организм человека диоксины поступают в основном с продуктами питания (98-99% от общего поступления). Среди основных продуктов опасные концентрации диоксинов обнаруживают в мясе, молочных продуктах, животных жирах, рыбе (содержание будет определяться жирностью этих продуктов, т.к. диоксины – жирорастворимые вещества). Следует отметить способность диоксинов накапливаться в коровьем молоке, где их содержание в 40…200 раз выше, чем в тканях животного. Источниками диоксинов могут быть картофель, морковь и другие корнеплоды, т.к. основная часть диоксинов аккумулируется в корневых системах растений (до 90%) и только 10% - в надземных частях.

Имеет место проблема содержания полихлорированных бифенилов и диоксинов в грудном молоке, что является фактором риска для здоровья детей раннего возраста.

Для диоксинов не существует таких норм, как ПДК - эти вещества токсичны в любых концентрациях, меняется лишь форма проявления токсичности. В малых дозах проявляется мутагенный эффект. Диоксины отличаются кумулятивными свойствами.

Для расчета допустимой суточной дозы (ДСД) диоксинов в разных странах пользуются различными критериями их токсичности. В Европе в качестве основного критерия токсичности диоксинов применяют их онкогенность (т.е. за основу берут возможность возникновения раковых опухолей), в США – иммунотоксичность (снижение сопротивляемости иммунной системы). Согласно рекомендациям ВОЗ ДСД для человека 10 нг/кг. Аналогичный уровень принят в России.

Несмотря на всю сложность сложившейся ситуации, в борьбе с диоксинами достигнуты определенные успехи. Это произошло благодаря тому, что не только ученые, но и правительства многих стран осознали опасность общепланетарного отравления окружающей среды диоксинами. В США и странах Западной Европы ведется кампания за сортировку бытовых отходов, отдельную утилизацию пластмассовых изделий (в Швеции это практикуется уже многие годы). Кроме того, шведам удалось найти способ получении бездиоксиновой бумаги. В Германии, США, Нидерландах, Японии после реконструкции мусоросжигательных заводов удалось свести образование диоксинов к минимуму, во Франции разработаны антидиоксиновые фильтры.