Типы токсического воздействия загрязняющих веществ

В общем виде воздействие загрязняющих веществ на живой организм подразделяется на три типа:

1. Цитотоксическое

2. Тератогенное

3. Генетическое

В основе цитотоксического воздействия лежит изменение проницаемости клеточных мембран, нарушение работы ферментативных систем клеток.

Тератогенное воздействие связано с нарушением действия генов без влияния на наследственные структуры клетки и организма.

В основе генетического воздействия лежит изменение частоты мутаций (скорости мутагенеза). Это особенно существенно на уровне популяций видов, осуществляющих первичную продукцию (продуцентов).

Первичные токсические эффекты воздействия чужеродных соединений, проникающих внутрь клетки, осуществляются несколькими путями:

1. Физическое нарушение пространственно-временной структурно-функциональной упорядоченности ферментативных систем, связанных с переносом электронов (зарядов) и атомов на большие расстояния. Например, нарушение упорядоченности в цепи транспорта электронов в цитохром с-оксидазе будет препятствовать образованию АТФ.

Механизм токсического действия большинства фосфорорганических соединений основан на их способности фофорилировать ацетилхолинэстеразу. В результате ацетилхолин не разрушается, а накапливается в синаптической щели. Это приводит к невозможности передпчи нервного импульса.

Большинство тяжелых металлов (например, свинец) образуют устойчивые координационные или ковалентные связи, меняя конформационные возможности белковой части сложных ферментов:

2. Конкурентное вовлечение загрязняющего вещества в метаболические процессы (веществ аналогов эндогенных субстратов), и приводящие к обрыву метаболической цепи, а не к образованию нормальных продуктов, которые требуются для дальнейших биохимических процессов.

Так среди биогенных и второстепенных элементо-токсикантов можно составить пары: Mg-Be, Zn-Cd, Ca-Sr, K-Cs. Их включение в обменные реакции приводит к выключению ферментов, а точнее к синтезу неработающих ферментов.

Монофторуксусная кислота внедряется в цикл Кребса вместо ацетата и метаболизируется до фторлимонной кислоты, которая уже не может превратися в цис-аконитовую. На этом дыхательный процесс прекращается и наступает смерть от удушья.

3. Химическое взаимодействие реакционноспособных загрязняющих веществ с жизненно важными компонентами клеточных систем. Например, алкилирование или арилирование белков и нуклеиновых кислот может вызвать аллергию или канцерогенез.

Раковые заболевания провоцируются многими химическими загрязнителями окружающей среды:

· Полиароматические углеводороды (ПАУ), образующие донорно-акцепторные комплексы с пуриновыми основаниями ДНК и РНК.

· Алкилнитрозоамины, алкилирующие белки.

· Ароматические амины, образующие продукты трансформации (гидроксиламины, аминобензолы).

· Аминоазосоединения, образующие N – окси или N – метокси-производные, взаимодействующие с метиониновыми остатками белков.

Наибольшую опасность представляет попадание внутрь организма радиоактивных изотопов химических элементов.

Одним из наиболее распространенных является криптон-85, образующийся при использовании ядерного топлива на АЭС: оказывает воздействие на кожу и лёгкие, но в организме не накапливается.

Большую опасность представляет другой распространенный загрязнитель стронций – 90. Он способен замещать кальций в тканях.

Повреждения радиоактивными частицами могут осуществляться двумя путями:

1. Физическим (пулеобразным), при котором выбитые электроны разрушают связи прямо в структурах, где и были выбиты. Это непосредственные повреждения ДНК. Легче осуществляется более тяжелыми α- частицами, хуже β и γ – частицами.

2. Химическим. Ущерб наносят частицы образующиеся вдали от ДНК и других важных структур. Образуются активные радикалы. Тяжелые частицы создают высокую концентрацию радикалов, способствующую их рекомбинации. Легкие частицы создают радикалы с малой локальной концентриацией и поэтому долго «блуждают» и с большей вероятностью поражают важные структуры.

Стронций – 90 излучает β-частицы, йод-131 - γ – частицы (концентрируются в щитовидной железе).

Действие химических мутагенов сходно с действием радионуклидов. Воздействию подвергаются ДНК. В клетке имеются механизмы репарации возникающих первичных повреждений хромосом, но если за время клеточного цикла деления (≈ 1 час) в объёме хромосом образуется более 20 радикалов, вновь образующиеся клетки будут поражены хромосомными перестройками.

Одним из наиболее типичных «физических» воздействий является искажение (структурное) клеточных мембран, нарушающее синхронизацию ферментных систем. Происходит такое искажение в результате сорбции липидами мембран химически инертных веществ (ДДТ, ГХЦГ). Обладая высоким коэффициентом межфазного распределения в системе жир – вода, эти вещества могут накапливаться в мембранах в таком количестве, что вызывают геометрические изменения структуры мембраны. При наличии в организме жировых отложений в клеточных мембранах эти вещества накапливаются в меньшем количестве – они сорбируются в жире. Однако, если жир будет уничтожен, то произойдет ударный выброс гидрофобных токсинов во внутреннюю среду организма и насыщение ими мембран, что вызывает резкую токсикацию организма. Это главная причина вредного воздействия быстрого похудения.