Министерство образования Российской Федерации
Новосибирский государственный университет
Университет Калифорнии, Дэвис, США
Р. Х. Райс, Л. Ф. Гуляева
Биологические эффекты токсических соединений
Курс лекций
Новосибирск 2003
Не секрет, что окружающая среда в наши дни находится под большим стрессом.
Состояние экосистем ухудшается по мере роста популяции. Синтетические химические
вещества находят повсеместно, часто в высоких локальных концентрациях. В 70-ые годы
выяснилось, что так как большинство этих веществ являются новыми, очень сложно
предугадать их эффект на организм человека и каков будет ответ организма. Многие
из этих агентов появились из-за использования человеком различных источников энергии. К
примеру, использование нефтепродуктов в процессе индустриальной революции
катастрофически возросло. В течение многих лет деятельность человека не проходит
бесследно, так выработка различных металлов приводит к попаданию в атмосферу различных
опасных элементов (мышьяк, ртуть, хром и т. д. ). Еще во времена второй мировой войны в
нашу жизнь вошли изделия из различного пластика, многие их компоненты находят в воздухе
и в водоемах повсеместно. Экспериментально доказано, что в высоких концентрациях они
приводят к раку, например фтолатовые эфиры.
Пестициды – еще один класс синтетических химических веществ, широко используемых
последние 50 лет. Один из первых пестицидов –ДДТ ныне запрещен в США, но, тем не менее,
широко применяется во всем мире, особенно в развивающихся странах.
Эффекты вредного воздействия новых синтетических веществ могут быть обнаружены не
сразу, причем к моменту обнаружения бывает уже слишком поздно. К примеру, число курящих
в США с 1920 г. до 1950 г. росло катастрофически, а предупреждение Минздрава о вреде
курения появилось лишь в 1964 году.
В последние годы прикладная химия добилась больших успехов. Даже малейшие
загрязнения легко обнаруживаются. С другой стороны, практически все, с чем мы
соприкасаемся в нашей жизни, содержит те или иные токсичные вещества. К примеру,
арахисовое масло содержит канцероген Афлатоксин В1. Все это привело к многочисленным
дебатам о том, что же считать безопасной дозой? На данный момент ученые опираются на
результаты экспериментов на животных, если нет никакой дополнительной информации о
данном токсическом агенте. Безопасной считается доза, составляющая 1% от дозы,
приводящей к видимой реакции на канцероген организма. В такой оценке много
неточностей, но на данный момент она самая оптимальная.
Еще один тревожный фактор – быстрый рост популяции, а также количества мусора,
отходов и различных загрязнений с еще большей скоростью. Экосистема не имеет
достаточной емкости, чтобы перерабатывать отходы, производимые в таком объеме.
Существенная часть (10%) твердых отходов являются токсичными. Если взять 1980 год,
всего около 10% этих токсичных отходов хранилось как полагается, остальная же часть
даже не вывозилась с места производства и хранилась практически на открытом воздухе.
Было выявлено 5 миллионов известных веществ, воздействию которыми может
подвергаться человек. Из них для исследования было взято около 65.000 и поделено на
группы (пестициды, фармацевтические препараты, косметика, пищевые добавки, вещества,
используемые в коммерческих товарах), с целью понять, насколько много известно об их
свойствах. Для оценки какого либо токсического агента всегда производится сборка
всей доступной информации, что включает физические и химические свойства (реакционную
способность, летучесть, устойчивость), оценка воздействия на человека или на экосистему
в целом, механизмы взаимодействия с объектом влияния и последствия этого влияния.
Полезно также знать путь попадания вещества в организм, ткань-мишень, метаболизм
реакций, способных активировать или инактивировать процесс, насколько вредные
последствия могут зависеть от возраста, образа жизни, заболеваний и т. п.
Особый интерес ученых вызывает также зависимость чувствительности к токсичным агентам
от генетического полиморфизма. В токсикологических тестах используются специальные
линии животных, с низкой вариабельностью в ответах, что стало возможным, благодаря
исключению генетического полиморфизма.
Методики по определению степени вреда испытуемого агента включают в себя
эксперименты над животными, коротковременные тесты (мутагенез бактерий) и эпидемиология
(полевые наблюдения за последствиями воздействия). Каждый метод имеет свои реимущества,
но и по-своему ограничен. Последний – наиболее убедительный, так как наблюдает за
популяциями находящимися под реальным воздействием, хотя дорого наблюдать небольшие
эффекты в большой популяции в течение долгого времени. Кратковременные эксперименты –
способ относительно не дорогой и быстрый и дает механистическую информацию, но многое
об агенте должно быть известно заранее (ткань-мишень, механизмы защиты), чтобы
результаты были достоверными. Эксперименты с животными показывают воздействия токсичных
агентов на все органы, но этот вид исследований дорогой и медленный, к тому же
чувствительность животных к токсинам различна.
Исследования продуктов питания, проведенные в США, показали, что многие из них
являются канцерогенными, но риск заболевания не так велик: примерно 1 из миллиона (10-
6). Если такие продукты запрещать, то пришлось бы запретить, например, горчицу. По тем
же причинам не был запрещен декафеинированный кофе, но запрещен винил хлорид для
использования в распылителях. Основная цель токсикологии – выявить риск данной
популяции или экосистемы при влиянии на них химического агента. Ответ того или иного
вида на низкие дозы агента сложно проследить, поэтому обычно мы располагаем информацией
о влиянии больших доз - это приводит к неточностям в анализе. К тому же, в естественных
условиях происходит множественное воздействие различных агентов. Эксперименты по
выявлению токсичности комплекса агентов выполнимы, но они сложны и дороги и направлены
на понимание механизмов действия основных токсичных агентов в зависимости от их дозы и
комбинации. Рассмотрим основные механизмы действия токсических соединений на живые
организмы.