Методы определения ксенобиотиков диоксинового типа

Ввиду высокой токсичности диоксинов, зачастую превышающей чувствительность большинства существующих приборов аналити-ческого контроля, определение его и его аналогов достаточно сложная аналитическая задача. Знание физико-химических, структурных и токсикологических особенностей рассматриваемых ксенобиотиков позволило сформировать общие требования, которым должна удовлетворять любая методика их определения в объектах окружающей среды и образцах. Такая методика должна обеспечить:

 - высокую чувствительность, что обусловлено исключительной токсичностью соединений диоксинового ряда;

 - высокую избирательность (селективность) , для чего необходимо отделение ксенобиотиков от сопутствующих веществ-примесей;

 - высокую воспроизводимость результатов при натурном количественном определении.

В настоящее время полностью удовлетворяет вышеперечисленным требованиям лишь один метод аналитического контроля - метод масс-спектроскопии. При этом, специальными методами извлеченную из субстрата, исследуемую молекулу разрушают в вакууме под электронным ударом, а образовавшиеся осколочные ионы разделяют с помощью методов газовой хроматографии высокого разрешения. Очень важно, что для получения полного масс-спектра требуется мизерное количество (всего 0,1-1 нг) исследуемого вещества.

Широкому применению этого метода препятствует запредельная суммарная стоимость как пробоподготовки, так и самого масс-спектрометра и его инженерного обслуживания. Например, итоговая цена определения одной пробы на диоксины в пищевом сырье достигает 800-1000 $ USA.

Значения установленных экспериментально допустимых пределов обнаружения диоксинов в различных субстратах и натуральных объектах представлены ниже, в табл. 6.

Таблица 6.

Пределы обнаружения диоксина в различных образцах.

Тип образца	Чувствительность, ppt
Вода	<0,01
Пыль воздуха	60-200
Растительность	<1
Биологические среды	<100
Почва	<1
Донные отложения	<100
Твердые поверхности	<10 мг/м2

Извлечение ксенобиотиков из пробы (пробоподготовка), обычно проводится экстракцией при помощи органических растворителей – гексаном, бензолом, толуолом и др. Или же смесью органических растворителей (гексан /ацетон , хлороформ/метанол). Затем проводится очистка экстрактов с помощью техники препаративного хроматографирования, предварительное, а затем и окончательное разделение отдельных изомеров в смесях хроматографией высокого разрешения (на капиллярных колонках из стекла или кварца длиной 60 м., d = 0,25 мм, или же методами гель-проникающей хроматографии).

Активная работа по совершенствованию техники определения ксенобиотиков продолжается. В настоящее время в этой области наметились два основных направления. Первое  касается усовершенствования в сторону уменьшения продолжительности и увеличения порога чувствительности уже известных методик. Второе, абсолютно новое направление - биологические (преимущественно, имунные) методы определения. Для биотестирования предложено использовать несколько биологических субстратов, способных к специфической реакции на диоксин и родственные ксенобиотики (например, клетки эмбрионов птиц, некоторые клетки крыс, овец и т.п.). Эти реакции заключаются в мутациях, видоизменениях и даже в полном вырождении и гибели тест-объектов.

Загрязнения окружающей среды ксенобиотиками и борьба с ними. Мониторинг.

Вышеописанные особенности физических, химических и токсикологических свойств диоксинов во многом определяет нетрадиционность путей транспорта (переноса) их в природе.

Основными транспортными путями являются воздух и вода; роль почвы в этом случае значительно меньшая, хотя в настоящее время уже найдено экспериментальное подтверждение эффективной вертикальной миграции диоксина I в литосфере, что определяет вероятность загрязнения диоксинами и глубоких водоносных слоев почвы.

Для разработки программ охраны регионов, объектов и популяций служат методы мониторинга. При этом в зависимости от применяемых методов их подразделяют на химический, биологический и токсикологический.

Химический мониторинг осуществляется химическими, главным образом, физико-химическими инструментальными методами. Он имеет своей целью фиксировать изменения концентрации ксенобиотиков в исследуемых объектах с течением времени.

Биологический мониторинг нацелен на поиск возможных последствий поражений человека животных и др. живых организмов на клеточном уровне. Этот вид мониторинга позволяет также и накапливать информацию о распределении ксенобиотиков между различными объектами природной среды.

Токсикологический мониторинг относится к анализу временных эффектов изменения, подверженных поражению популяций растительных и животных организмов.

Используя различные методы мониторинга ксенобиотиков можно оценить образование и распределение их в природе, общие объемы выброса и заражения ими конкретных территориальных образований , популяций или биоты в целом.

При оценке разных видов субстратов и продукции как источников ксенобиотиков важно знать являются ли они носителями или источниками загрязнений для человека и окружающей среды. Например, известно, что к продукции, используемой человеком в быту и тем не менее являющейся носителем ксенобиотиков, относится бумага (салфетки, туалетная, детские пеленки, даже кофейные и чайные бумажные пакетики-фильтры и т.д.). Бытовое использование бумаги неизбежно сопровождается переходом ксенобиотиков непосредственно в пищу (кофе, молоко, жиры, чай и т.д.), а затем и в организм потребителя.

Поражение организма человека и животных чаще всего и наиболее эффективно происходит через пищевые цепи. Голландские ученые утверждают, что 96% диоксина попадают в организм с пищей. В этом случае человек потребляет наиболее опасные ксенобиотики III-VIII.

Результаты мониторинга приводят к тревожным фактам – анализ на содержание ксенобиотиков в организме рыб (акватории Швеции), дал вывод, что даже недельное потребление трески Балтийского моря в отдельных местах страны превышает принятую там допустимую величину содержания в ней ксенобиотиков. Из известных концентраторов (накопителей) диоксинов в нашей стране следует отметить не только молюсков, рыб и птиц, но и дойных коров, свиней и других, особенно травоядных животных. Установлено, что скорость всасывания диоксинов через пищевод достаточно высока. Накопление ксенобиотиков в жировых костных тканях человека и животных возможно также и посредством питьевой воды, и воздуха, и даже через кожные покровы при пользовании соответствующими, содержащими их предметами гигиены.

Борьба с диоксиновыми загрязнениями.

Эффективное снижение, или хотя бы ограничение, появления и накопления диоксинов в окружающей среде может реализовываться через следующие мероприятия:

• совершенствование действующих технологий и модернизация предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, внесение технических усовершенствований в процесс сжигания отходов, применение специальных осадителей и фильтров при выбросах газа;

• организационные меры, обеспечивающие предотвращение и ограничение загрязнений окружающей среды внезапными выбросами ксенобиотиками. Например, в США запрещено использовать электросиловые установки с ПХБ в крупных зданиях, во избежание заражения при возможных пожарах;

• ликвидация последствий диоксинового заражения территорий, уничтожение ксенобиотиков в объектах окружающей среды и промышленных отходах, а также их захоронение.

Наиболее эффективным считают уничтожение диоксинов каталитическим окислителем после предварительного извлечения (экстракции) их из мусора, почв и других субстратов соответствующими растворителями. В последнее время разрабатываются и биологические методы разрушения диоксинов. Например, выделены грибы нескольких видов, которые способны разрушать ксенобиотики III и IV до нетоксичных продуктов. Есть возможность обеззараживания воды, зараженной ксенобиотиками, с помощью озонирования. Эти методы активно разрабатываются и есть надежда на их скорое применение промышленных масштабах.

Рассмотренные выше физико-химические характеристики диоксина во многом (по высоко й т.пл., плохой растворимости в воде, чрезвычайно высокой химической и гидролитической устойчивости и т.д.) напоминают печально знаменитый инсектицид – ДДТ. Вот почему, логично будет предположить, что диоксин , как и ДДТ, способен переноситься воздушными, водными течениями и мигрирующими организмами за тысячи километров от мест введения в биосферу. Однако, диоксин несравненно более токсичен, стабилен и активнее принимает участие в круговороте по цепям питания, чем ДДТ. В связи с этим он неизмеримо более опасен для человека и окружающей среды, не только в местах его поступления в окружающую среду, но и за многие тысячи километров от них. Поэтому проблемы диоксина затрагивают не только региональные, но и национальные и даже наднациональные (межгосударственные) интересы. Это, в первую очередь, инициирует актуальность важнейших вопросов международной проблемы защиты человека и окружающей среды от диоксинов, которыми должны заниматься и правительства всех стран мирового сообщества и соответствующие всемирные организации.

Вместе с тем, защита от диоксинов - одна из самых сложных проблем, которую когда-либо приходилось решать Человеку. Крайне низкие опасные концентрации этого яда невозможно установить простыми, традиционными методами массового анализа. В то же время стоимость анализа одной пробы на содержание диоксинов масс- спектроскопическим методом достигает 1 тыс.дол. США. Помимо экономических трудностей диоксин еще и невозможно уничтожить в биосфере доступными для массового применения методами и средствами обеззараживания. Вот почему надежная защита человека от поражения диоксинами это и дорогостоящий и сложный комплекс технологических мероприятий по профилактике и терапии поражений, который должен включать:

 - разработку для контингентов пораженного населения комплекса безвредных в условиях резкой активации монооксигенЕз , медицинских препаратов, систем веществ производственного и бытового назначения;

 - разработку средств, препятствующих всасыванию яда в пищевом тракте и способствующих выведению его из организма;

 - разработку терапевтических препаратов для восстановления нарушенного обмена.

Сложность этих задач очевидна, а единственный реальный путь решения проблемы спасения всей биоты на планете Земля – не допустить накопления диоксинов в природе. Накопившийся мировой опыт изучения проблемы диоксинов уже достаточно богат и всем нам, прежде всего, на правительственном уровне необходимо принятие исчерпывающих мер по исключению диоксинов из окружающей среды и продуктов питания. Альтернативы нет. Иначе биоту ждет неминуемая гибель.

Т Е М А 9 .