5439

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.

126

2.Состоянием индивидуальных генетически запрограммированных механизмов защиты, возрастом и дозами экопатогенов.

4.2. Механизм действия токсических веществ

Общая схема реакции организмов на загрязнение природной среды представляет собой: накопление загрязнителей в тканях и органах; возникновение функциональных изменений, выходящих за пределы физиологической нормы; заболеваемость и смертность. Повреждающее действие химических агентов проявляется на уровне клеток и тканей вплоть до некроза, и тогда патологический процесс может стать необратимым даже после элиминации этих агентов (например, гибель нейронов при свинцовой интоксикации).

Токсическое действие химических веществ развиваются через апоптоз (гибель клеток в связи с поражением ядра) и цитолиз (мембранолиз – разрушение клеточных мембран), также ведущий к клеточной гибели, блокада ферментных систем биоэнергетики с гистотоксическими последствиями, нарушения гомеостаза, анаболических процессов (астенизация, дистрофия) [5, 99].

Интоксикация во многом зависит от класса токсичности вещества, его способности накапливаться в тканях организма индивидуальной чувствительности к нему. При этом экологическая медицина рассматривает, в основном, хронические формы интоксикации, тогда как острые отравления рассматривает дисциплина токсикологии. При длительном воздействии токсинов в малых концентрациях первоначально также могут появляться неспецифические реакции преимущественно со стороны нервной и эндокринной систем и только спустя годы развиваются специфические проявления интоксикации.

При оценке потенциально вредных факторов учитывают структуру фактора, его концентрацию во внешней среде, время, в течение которого эта концентрация могла действовать на организм человека, аккумуляция и трансформация этого фактора в среде. Реально оценивается возможность контакта человека с

127

вредными примесями, при этом учитываются преобладающие типы атмосферной циркуляции воздушных масс на данной территории и ландшафтные особенности местности. Благоприятной для переноса примесей является открытая местность.

Выделяют три типа потенциального риска развития патологии [15, 17]:

1.риск немедленных эффектов неблагоприятного воздействия загрязненного атмосферного воздуха (от физиологических реакций до острых отравлений);

2.риск хронического воздействия на организм с развитием неспецифических патологических реакций и снижении иммунитета;

3.риск специфического действия, проявляющийся в развитии специфических, иммунных, онкологических заболеваний, развитии дизэмбриогенеза.

С экологическими влияниями на организм человека связывают:

1.репродукцию человека (мертворождение, спонтанные аборты, врожденные пороки развития, младенческая и детская смертность, бесплодие);

2.снижение интеллектуального потенциала населения в связи с поражением развивающегося мозга у плода;

3.угнетение иммунологической реактивности, развитие вторичных форм иммунной недостаточности;

4.рост частоты возникновения аллергических заболеваний, аутоиммунную патологию, хронические воспалительные процессы;

5.повышение частоты злокачественных новообразований;

6.появление новых, не известных ранее заболеваний в связи

сгенными мутациями микробов, вирусов и паразитов;

7.сокращение продолжительности жизни человечества. Исследования механизмов реакции организма на

воздействие токсических веществ показывают, что рост уровня заболеваемости носит нелинейный (скачкообразный) характер.

Первоначальная реакция организма направлена на стимуляцию выведения и обезвреживания токсических веществ, поэтому увеличение заболеваемости не происходит. Однако такие

128

реакции ограничивают функциональную свободу организма, поскольку эта среда обитания уже не является оптимальной для человека. При очень слабых изменениях среды или ее отдельных факторов защитно-приспособительные механизмы могут не возникать, но у лиц появляется повышенная чувствительность анализаторов к токсическим воздействиям. Это в свою очередь приводит к возникновению вегетативных реакций.

Длительное действие токсического фактора истощает защитные системы организма, происходит торможение процессов выведения и обезвреживания соединений, что приводит почти к скачкообразному росту уровня неспецифической патологии. При большой скорости изменения факторов внешней среды и продолжительности сохранения измененного состояния развиваются острые или хронические заболевания, приводящие к ранней смерти.

Экологически опасные факторы среды существенным образом перестраивают деятельность нервной системы, а это отражается на функции других физиологических систем. Перестройка нервной системы идет двумя путями. Первый путь – это прямое, непосредственное действие факторов среды на нейроны, синаптические связи. В этом случае характер ответной реакции зависит от природы воздействующего агента. Второй путь – опосредованное влияние опасного вещества на нервную систему, при котором, перестройка функции какого – либо органа или системы изменяют функцию нервной системы. При обоих путях воздействия опасный фактор внешней среды вызывает специфические изменения в организме и общую неспецифическую реакцию напряжения (стресс). Изменения деятельности нервной системы проявляются в изменении психических, психофизиологических и физиологических реакций организма. При условии одновременного действия неблагоприятных климатических факторов и токсических веществ патологические реакции более выражены [5].

Любые изменения во внутренней среде организма при воздействии факторов внешней среды сопровождаются изменениями функции эндокринных желез. Исследования Абылаева Ж.А. и Любченко П.Н. [17] показали, что в условиях

130

основаны на выявлении общих закономерностей в

формировании экологических болезней:

1.Антропогенность окружающей среды. С этим связаны изменения в виде повышенной заболеваемости, смертности, сокращения средней продолжительности жизни, клинических особенностей течения болезней.

2.Наличие массовой заболеваемости среди населения. Это проявляется в увеличении неспецифических заболеваний с преобладанием одного или нескольких синдромов. Заболевают не все особи в популяции, а лишь наиболее чувствительные к действию фактора среды, что генетически закодировано.

3.Главным условием возникновения экологически зависимых заболеваний является длительное воздействие этиологического (причинного) фактора малой интенсивности на определенной территории. Предполагается, что в организме человека аккумулируется не столько сам токсический фактор, сколько эффект его воздействия, который клинически выявляется

ввиде патологических реакций.

4.Длительный латентный (скрытый) период, в течение которого происходят изменения в организме. В популяции это сопровождается повышением неспецифической заболеваемости, на высоте которого возможна вспышка в виде однотипного ярко выраженного синдрома. Этот признак объясняется запаздыванием

ввыявлении экологического неблагополучия.

5.Полисиндромность при одном причинном факторе. При воздействии химического соединения, содержащегося в атмосферном воздухе, вероятно развитие заболеваний с разной степенью тяжести: от легкой формы (поражение верхних дыхательных путей) до тяжелой (бронхиальная астма, токсический отек легких).

6.Устойчивость (резистентность) к стандартному лечению на фоне продолжающегося воздействия экологического фактора. Только устранение этого неблагоприятного фактора обеспечивает успех в лечении.

Таким образом, экологические болезни не новая группа заболеваний, а давно известные, свойственные современному