121
Глава 4
МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
4.1. Пути поступления химических веществ в организм и факторы, определяющие их токсический эффект
Основные пути поступления в организм вредных веществ – органы дыхания, кожа и желудочно-кишечный тракт. Токсичные вещества, находящиеся в газообразном состоянии, а также в виде аэрозоля и пыли, проникают в организм через органы дыхания. Диффундируя через слизистую оболочку дыхательных путей и стенки легочных альвеол, они попадают в кровь, минуя печень. Этим объясняют более медленную нейтрализацию ксенобиотиков токсических веществ при ингаляционном пути поступления.
Через кожные покровы легко проникают токсические вещества, хорошо растворяющиеся в жирах, такие как органические растворители, эфиры, амино- и нитросоединения ароматического ряда, тетраэтилсвинец, хлор- и фосфорорганические инсектофунгициды. Токсические вещества, находящиеся в газообразном, жидком состоянии и в виде пыли, также легко проникают через кожу.
Ингаляционный путь поступления токсичных веществ в организм человека является ведущим, так как в течение суток он потребляет около 15 кг воздуха, 265 кг воды, кроме того, при ингаляции химические элементы поглощаются организмом более интенсивно. Так, свинец, поступающий с воздухом, адсорбируется кровью приблизительно на 60%, тогда как с водой – на 10%, а с пищей – лишь 5%. По данным ежегодников о остоянии загрязнения атмосферы в городах на территории России [30], лишь 12% российских горожан проживает на территории с допустимым уровнем загрязнения воздуха.
После попадания токсичных веществ в желудочно-кишечный тракт с пищей или водой они проходят чрез воротную вену и попадают в печень. В дальнейшем часть токсических веществ может циркулировать в крови в неизменном виде некоторое
122
время, а многие из них подвергаются частичному или полному обезвреживанию в результате окисления, ацетилирования, метилирования и соединения с другими веществами. Ряд токсических веществ (свинец, фтор и др.) обладает способностью длительно задерживаться в тканях организма, образуя депо. Нейтрализации яда при депонировании обычно не наблюдается, однако токсическое действие его снижается в результате уменьшения концентрации в крови.
Выделение химических соединений из организма происходит в неизменном и измененном виде через легкие, желудочнокишечный тракт, почки, слюнные и молочные железы. С выдыхаемым воздухом в неизменном виде выделяются легко испаряющиеся углеводороды, спирт и эфиры.
Факторов, определяющих биологический эффект химических соединений, достаточно много. Их подразделяют на 2 группы: внешние по отношению к человеку и внутренние.
Внешние факторы:
1.доза и время воздействия токсического вещества
2.путь поступления в организм
3.усиление действия токсического вещества за счет комбинированного пути воздействия
Внутренние факторы:
1.индивидуальные генетические и возрастные особенности человека
2.исходный уровень состояния здоровья человека. Большую роль в оценке риска играет транспорт химического
вещества в организме человека в зависимости от дозы и времени. Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и не вызывает нежелательных последствий у живых организмов.
К настоящему времени не достаточно изучены эффекты комплексного поступления вредных веществ в организм человека различными путями и с различными средами – с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы; сочетанное воздействие всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды.
123
Для оценки риска здоровью человека от воздействия факторов внешней среды большое значение имеют индивидуальные особенности человека. На первом этапе исследования «оценки риска токсического действия фактора» экстраполируют данные "доза-эффект" с животных на человека и количественную экспозицию на человека. При этом учитывают межвидовые различия и особенность реакции на экстремальные факторы окружающей среды.
Чувствительность к токсическим веществам тесно связана с особенностью биохимического профиля организма и биотрансформацией химических веществ в организме [5, 15, 17].
Индивидуальные различия в ответных реакциях на токсические вещества зависят от функционального состояния организма, наличия или отсутствия хронических заболеваний и индивидуального порога чувствительности организма.
Исследования Л.П. Кузьминой и Л.А. Тарасовой (2000)
показали, что порог чувствительности к токсическим соединениям в основном определяется:
1)скоростью репарации спонтанных и индуцированных повреждений ДНК;
2)активностью ферментов цитохрома Р-450, М- ацетилтрансферазы, супероксиддисмутазы, глутатион-S- трансферазы.
Концепция «пороговости» вредности воздействия на организм человека является основой для установления безопасности уровней воздействия токсических веществ. Порог вредного действия – это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Величина пороговой дозы зависит от индивидуальной чувствительности организма и уровня загрязнения природной среды. Индивидуальная чувствительность каждого человека подвержена значительным колебаниям. Доказано, что одни и те же уровни загрязнения окружающей человека среды вызывают у него разную реакцию. По разному реагируют люди разных
124
возрастов и пола. Незначительное загрязнение оказывает слабое воздействие на организм человека.
При достижении пороговой концентрации, развивается неблагоприятная реакция, которая усиливается в дальнейшем при хронических воздействиях и может привести к развитию заболевания. Более высокая чувствительность снижает уровень этого порога, поэтому основной задачей, которую решают сейчас специалисты, является обнаружение начальных признаков токсического эффекта воздействий химических соединений на человека и изучение характера развития экологозависимых заболеваний.
В человеческой популяции проявляется неодинаковый характер ответных реакций на химические соединения. Часть населения проявляет повышенную чувствительность к ним, другая часть – устойчивость или толерантность. Объяснения такому распределению дает наследственный полиморфизм человеческой популяции, полиморфизм белков, ферментов, антигенов тканевой совместимости, клеточных рецепторов и т.д.
Генетические и этнические особенности организма могут снизить или повысить риск развития заболеваний. Гетерозиготные носители мутантных аллелей синдромов хромосомной нестабильности составляют контингент очень высокого риска по повреждению ДНК клеток. Частота гетерозиготного носительства составляет 4% в популяции, в Европе – до 13% (L.Beckman, 1988) [138]. У гетерозигот чаще наблюдаются патологическая «ранимость» иммунной и нервной систем [117].
Соотношение людей с сильными, средними и слабыми характеристиками антиоксидантных систем защиты в европейской популяции составляет 5:4:1, т.е. примерно 10% людей физиологически слабо защищены от воздействия токсических радикалов. Адаптация организма к действию токсического фактора внешней среды требует напряжения компенсаторнозащитных механизмов, которые возвращают гомеостаз к его среднему уровню.
Среди факторов провоцирующих снижение адаптации
человека к факторам химической агрессии выделяют следующие
[5,99]:
125
1. Недостаточность биооксидантов в пищевом рационе:
•низкое содержание биооксидантов в пищевом рационе из-за бедности почв, недостаточного разнообразия продуктов, особенно свежих овощей, ягод, плодов, а также их разрушения при неправильном хранении и обработке, под воздействием радиации;
•наличие в продуктах питания веществ, инициирующих ПОЛ или угнетающих антиоксидантную защиту: нитриты, нитраты, перекисные и другие продукты окисления жиров, ядохимикаты, радионуклиды, соединения тяжелых металлов;
•несоблюдение принципов рационального питания (высокая калорийность пищи, чрезмерное потребление жиров при недостатке свежих овощей, фруктов, богатых клетчаткой, витаминами и микроэлементами).
2. Повышенная потребность в биоантиоксидантах:
•особое физиологическое состояние организма (интенсивный рост, беременность, лактация, преждевременное старение);
•интенсивная или недостаточная физическая нагрузка;
•стрессовое состояние;
•инфекционные и неинфекционные заболевания,
•вредные привычки: курение, алкоголизм, наркотики;
•неблагоприятные климатические условия проживания;
•острые и хронические бытовые и производственные интоксикации;
•лечение лекарственными препаратами, вызывающими усиление процессов перекисного окисления липидов.
Слабые по силе и кратковременные по длительности воздействия вызывают усиление сформированных защитных механизмов, но при регулярном воздействии это приводит к ослаблению сформированных защитных механизмов, структурнофункциональным перестройкам в организме с развитием полиорганной недостаточности, характер которой определяется природой токсических веществ и уровнем здоровья человека.
Патологические реакции организма определяются: 1.Временным интервалом – временем, в течение которого
организм находился в загрязненной токсическими веществами среде.