Оценка биологического воздействия чужеродных веществ на организм человека

     Кадмий  опасен в любой форме – принятая внутрь доза 30-40 мг уже может оказаться  смертельной. Поэтому даже потребление  напитков из пластмассовой тары, материал которой содержит Cd, является чрезвычайно опасным.

     Попадая в организм кадмий проявляет сильное  токсическое действие, главной мишенью  которого являются почки. Механизм токсического действия Cd связан с блокадой сульфгидрильных групп белков, он является антагонистом Zn, Co, Se, ингибируя активность ферментов, содержащих указанные металлы. Известна  способность этого элемента нарушать обмен железа и кальция. Всё это приводит к таким болезням, как: анемия, гипертония, снижение иммунитета. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты кадмия. Поглощённое количество выводится из организма очень медленно (0,1% в сутки), легко может происходить хроническое отравление. Для Cd период полувыведения составляет более 10 лет, поэтому даже следам кадмия, если они попадают в организм, надо уделять повышенное внимание.

       В Японии заболевание, вызванное  отравлением кадмием, известно  под названием («Итай-Итай»). Первыми симптомами болезни являются боли в спине и ногах. Даже незначительный удар вызывает перелом костей, возникают деформации скелета и уменьшается длина тела. Типично также нарушение функции лёгких.

     ДСП Cd составляет 70 мкг/сут, ДСД – 1 мкг/кг массы тела. Больше всего кадмия мы получаем с растительной пищей. Белки молока способствуют накоплению кадмия в организме и проявлению его токсических свойств. А большие дозы витамина D действуют как противоядие при отравлении кадмием [4].

     Свинец  относится к наиболее известным ядам и среди современных токсикантов играет заметную роль. Источник – горные породы, отходы предприятий, разные виды топлива при сжигании, двигатели внутреннего сгорания. Контаминация пищи свинцом происходит также при контакте с содержащими его материалами: керамической посудой, свинцовым припоем в консервных банках, эмалями и красками для покрытия тары.

     Механизм  токсического действия свинца имеет  двойную направленность. Во-первых, блокада функциональных SH - групп белков и как следствие инактивация ферментов, во-вторых, проникновение свинца в нервные и мышечные клетки, образование лактата свинца, затем фосфата свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения ионов Са^{2+ .} Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная и пищеварительная системы, почки. Свинцовая интоксикация может приводить к серьёзным нарушениям здоровья, проявляющееся в частых головных болях, головокружениях, утомляемости, раздражительности, ухудшении сна, а в наиболее тяжёлых случаях к параличам и к умственной отсталости. Неполноценное питание, дефицит в рационе кальция, фосфора, железа, пектинов, белков (или повышенное поступление кальциферола) увеличивают усвоение свинца, а следовательно его токсичность.

     Острое  отравление Pb обычно проявляется в виде желудочно-кишечных расстройств. Вслед за потерей аппетита, диспепсией, запорами могут последовать приступы колик. Это так называемые «сухие схватки».Заболевания головного мозга у детей встречаются часто.Сокращение периода жизни эритроцитов при отравлении свинцом может стать причиной анемии.

     Хорошо  изучено воздействие Pb на нервную систему, как центральную, так и периферическую. Поражение периферии выражается в так называемых «свинцовых параличах», приводящих к параличам мышц рук и ног.

     ДСД свинца 0,007 мг/кг.

     Мышьяк  ядовит только в высоких концентрациях. Источник -  с/х, химическая и металлургическая промышленность, пресные воды.

     Отравления  As происходят при применении медикаментов, содержащих его соединения, употреблении загрязнённой пищи и воды, при вдыхании его соединений в производственных условиях. Смертельной для человека является доза 30 мг.

     Динамика  его распределения в организме  зависит от способа введения и  соответствует кинетике его выделения в мочу и фекалии. Распределение мышьяка в организме зависит также от его химической формы – в случае поступления арсенида его концентрация в тканях выше. Механизм токсического действия состоит в связывании им сульфгидрильных групп белков и ингибировании ферментов, участвующих в дыхании.

     Хроническое отравление приводит к потере аппетита, снижению массы, конъюктивиту, меланоме кожи, неврозам. Повышенное содержание As в ракообращных, рыбе.

     ДСП мышьяка составляет 0,05 мг/кг массы  тела [2].

     2.2 Радионуклиды 

     В результате производственной деятельности человека, связанной с добычей  полезных ископаемых, сжиганием органического топлива, созданием минеральных удобрений и т.п., произошло обогащение атмосферы естественными радионуклидами, причем естественный радиационный фон постоянно меняется.

     Существует  три пути попадания радиоактивных  веществ в организм человека: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами; через желудочно-кишечный тракт, с пищей и водой; через кожу.

     Принято рассматривать три этапа радиационного  поражения клетки:

     I этап – физическим, происходит ионизация и возбуждение макромолекул, при этом поглощенная энергия реализуется в слабых местах (в белках – SH-группы, в ДНК хромофорные группы тимина, в липидах – ненасыщенные связи).

2. этап – химические преобразования, происходит взаимодействие радикалов белков, нуклеиновых кислот, липидов с водой, кислородом, с радикалами воды. Это приводит к образованию гидроперекисей, ускоряет процессы окисления, вызывает множественные изменения молекул. Разрушается структура биологических мембран, усиливаются другие процессы деструкции, высвобождаются ферменты, наблюдается изменение их активности.
3. этап – биохимический, происходят нарушения, которые связаны с высвобождением ферментов и изменением их активности. Различные ферментные системы реагируют на облучение неоднозначно. Активность одних ферментов после облучения возрастает, других – снижается, третьих - остается неизменной. К числу наиболее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное фосфорилированис. Нарушение этого процесса отмечается через 20 -30 минут при дозе облучения 100 рад. Оно проявляется в повреждении системы генерирования АТФ, без которой не обходится ни один процесс жизнедеятельности.

     В организме при его облучении  наблюдается снижение общего содержания липидов, их перераспределение между различными тканями, с увеличением уровня в крови и печени (что, вероятно, связано с изменениями углеводного обмена). Кроме того, наблюдается угнетение ряда антиоксидантов, что также способствует образованию токсичных гидроперекисей.

     По характеру распределения в организме человека радиоактивные вещества можно условно разделить на три группы:

1. отлагающиеся преимущественно в скелете, так называемые остеотропные изотопы: стронций, барий, радий и др.;
2. концентрирующиеся в печени – церий, лактан, плутоний и др.;
3. равномерно распределяющиеся по системам – водород, углерод, инертные газы, железо и др. Причем, одни имеют тенденцию к накоплению в мышцах–калий, рубидий, цезий; а другие – в селезенке, лимфатических узлах, надпочечниках – ниобий, рутений.

     Особое  место занимает радиоактивный йод, он селективно аккумулируется щитовидной железой. Снижение уровня гормонов под действием радиоактивного йода, их неполноценность приводят к нарушению нейроэндокринных связей в звене гипофиз – щитовидная железа.

     Радиоактивные соли стронция избирательно накапливаются в скелете. Со временем в костях концентрируется большое количество Sr, что приводит к формированию в организме участков с высокой радиоактивностью. Именно Sr-90 вызывает лейкемию. В организм он попадает преимущественно с яйцами, молочными продуктами, растительной пищей. Поражение организма Sr-90 увеличивается за счёт его дочернего продукта иттрия – иттрия-90. Наличие в организме пары Sr-90/ Y-90 может вызвать поражение половых желез, гипофиза и поджелудочной железы.

     Эффект  облучения зависит от величины поглощённой дозы и временного распределения её в организме. Облучение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Острое облучение в дозе 0,25 Гр не ведёт к заметным изменениям в организме. При дозе 0,25-0,50 Гр изменяются показатели крови. Доза 0,5-1 Гр вызывает более значительные изменения показателей крови – снижение лейкоцитов и тромбоцитов, изменение показателей обмена, иммунитета. Пороговой дозой, вызывающей острую лучевую болезнь, принято считать 1 Гр [3].

     2.3 Вещества, применяемые  в растениеводстве 

     Остатки с/х ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу загрязнителей входят пестициды (бактериоциды, фунгициды, инсектициды, гербициды и др.), удобрения, регуляторы роста растений, средства против прорастания, средства ускоряющие созревание плодов, нитриты, нитраты и нитрозосоединения.

     Пестициды – химические средства защиты растений. Наиболее распространены следующие: хлорорганические (ХОП), фосфорорганические (ФОП), карбаматы (производные карбаминовой кислоты), ртутьорганические (РОП), синтетические пиретроиды и медьсодержащие фунгициды.

     Поступая  в организм человека в ничтожных  количествах с вдыхаемым воздухом, продуктами питания, водой, пестициды меняют ход биологических процессов в организме, что в отдельных случаях приводит к нарушению его физиолого-биохимических функций. Одной из наиболее сложных проблем является проюлема генетической опасности пестицидов: некоторые из них способны оказывать гонадотоксическое, канцерогенное, мутагенное действие. Существует опасность от воздействия пестицидов как возможных сенсибилизаторов и аллергенов. Попадание остаточных количеств пестицидов в пищу приводит к хроническим отравлениям и отдалённым негативным последствиям для здоровья людей.

     Механизм  расщепления пестицидов в организме  во многих случаях остаётся неустановленным. Основные данные относятся к накоплению препаратов в жировых клетках и материнском молоке.

     Ртутьорганические пестициды относятся к сильнейшим ядам. В нашей стране, Германии, Японии применение их запрещено. Опасность  этих препаратов для людей связана  не только с их высокой токсичностью, но и с летучестью, из-за которой пары ртути образуются при комнатной и более низкой температуре, что ведёт к тяжёлым отравлениям.

     МП (металлсодержащие пестициды) сильно раздражают слизистые оболочки ЖКТ и верхних  дыхательных путей. Острое отравление сопровождается рвотными массами зеленоватого цвета. Кроме того, медьсодержащие пестициды могут оказывать местное раздражающее действие на кожу: сыпь с зудом, дерматиты, экземы.

     ФОП хотя и не накапливаются в организме  так интенсивно, как ХОП, они всё же обладают кумулятивными свойствами в результате суммирования токсичных эффектов. Симптомы хронических отравлений ФОП: головная боль, нарушение сна, дезориентация в пространстве, понижение роговичных рефлексов, невриты.

     ХОП обладают эмбриотоксическим действмем, вызывают пороки развития (ДДТ) и мутагенные изменения (ДДТ, линдан, каптан). Некоторые из ХОП канцерогенны (ГХЦГ, гептахлор, фталан), что явилось основанием для ограничения или запрещения их применения в отдельных регионах России [1, 3].

     Нитраты, нитриты и нитрозосоединения  являются нормальными метаболитами любого организма, даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 и более мг нитратов. При потреблении в повышенных количествах нитраты в ЖКТ восстанавливаются до нитритов. Механизм токсического действия нитритов в организме заключается в их взаимодействии с гемоглобином крови и образовании метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород, наступает метгемоглобинемия. Первые признаки – одышка, головокружение – при содержании в крови 6-7 % метгемоглобина. Тяжелая форма заболевания при 40 % метгемоглобина, возможен летальный исход. Особенно чувствительны к действию нитритов и нитратов маленькие дети. Это связано со слабой активностью у них ферментов.

     Хроническое воздействие нитритов приводит к снижению в организме витаминов А, Е, С, В , В , что в свою очередь сказывается на снижении устойчивости организма к воздействию различных негативных факторов, в том числе и онкогенных. Нитраты сами по себе не обладают выраженной токсичностыо, однако одноразовый прием 1-4 грамм нитратов вызываем у людей острое отравление, а доза 8 грамм может оказаться смертельной. Кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образовываться нитрозоамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием.

     В зависимости от типа нитрозосоединения  различны механизмы их действия на организм. Они вызывают необратимые  изменения ДНК, проявляются мутации. Конечно не все мутации приводят к раку. Мутации в генах, контролирующих репродуктивные механизмы клетки, служат примером изменений, с которых начинается качественное перерождение. Эту первую стадию канцерогенеза называют инициацией.