6.3. Химические соединения и физические факторы, вредные и опасные для здоровья человека

Диоксины. Диоксины и родственные им полихлорбефенилы имеют широкий спектр биологического действия, включая негативное влияние на фертильность, кроветворение, иммунитет, а также обладают канцерогенными, эмбриотоксичными и нейротропными свойствами. Эту группу органических веществ считают наиболее экологически опасной. В группу диоксиноподобных соединений входят супертоксиканты – универсальные клеточные яды, поражающие всё живое. Один из путей выведения из организма подобных токсинов (не слишком эффективный) – выделение с репродуктивными секретами. Пик выброса их пришёлся на 60–70-е годы ХХ века. Диоксины не производятся промышленно, они образуются при производстве других химических веществ: например, при синтезе гексахлорфенолов, гербицидов и др. Источниками диоксинов являются также сточные воды предприятий целлюлозно-бумажной, металлообрабатывающей, электронной, радиопромышленности и др., использующих для обеззараживания хлорорганические растворители. Кроме того, они попадают в атмосферу с выхлопными газами автомобилей, при хлорировании питьевой воды, горении древесины, сжигании галогенсодержащих и бытовых отходов и т.д. Загрязнения среды возникают и при промышленных авариях. Известна авария в г. Севезо (Италия) в 1976 г. с большим выбросом диоксинов в результате нарушения правил захоронения отходов. Сразу же после аварии ученые Миланского университета наблюдали 37 тыс. жителей этого города – среди них был зарегистрирован 891 случай заболевания раком.

Диоксины способны воздействовать на репродуктивную систему человека. У рабочих, занятых в производстве хлорфенолоксигербицидов, отмечается импотенция, а у их жён – повышенная частота выкидышей. Сегодня мы не знаем и не представляем реальных масштабов диоксиновой опасности. Они относятся к классу полихлорированных полициклических соединений. Под этим названием объединено более 200 веществ – дибензодиоксинов и дибензофуранов. Основным элементом диоксинов является хлор, кроме того, они содержат кислород, углерод и водород. Диоксины являются типичными и очень стойкими ксенобиотиками, т.е. веществами, неприемлемыми для живых организмов. Они способны легко проникать в ядро клетки живых организмов, вызывая, с одной стороны, ускоренное разрушение гормонов, витаминов, лекарств и др., а с другой – активизацию канцерогенов, нейротоксичных ядов и даже превращение многих безвредных соединений в чрезвычайно токсичные. Видимо, этим объясняется крайне высокая чувствительность пораженного диоксином организма к стрессовым воздействиям физической, химической, биологической природы, также и к психическим факторам. При хроническом отравлении малыми дозами отмечается дискомфорт, снижается трудоспособность, появляется авитаминоз и развитие иммунодефицита, происходит нарушение нервной и психической деятельности и репродуктивных функций. Опасность диоксинов как веществ, относящихся к разряду супертоксикантов, приобрела общепланетарные масштабы. Угрозу человечеству от этой группы веществ можно сравнить с последствиями применения ядерного оружия. Особенно опасны для окружающей среды и человека главным образом тетразамещенные диоксины – 2,3,7,8-ТХДД (тетрахлорбензо-n-диоксин), который входит в состав пестицидов комплексного действия в качестве микропримеси (рис. 6.22).

Рис. 6.22. Формирование диоксинов

Наиболее важные химические характеристики – их чрезвычайная стабильность в сильнокислых и щелочных растворах, высокая устойчивость к окислителям. Период полураспада диоксинов в почве составляет около 10 лет, в воде – 1–2 года. Диоксины прочно связываются с частицами почвы, поэтому плохо вымываются нисходящими токами воды. Их подвижность резко снижается с увеличением содержания в почве органического вещества, они концентрируются в основном в наиболее активном слое почвы, на глубине 5–15 см.

Накопление диоксинов осуществляется главным образом по пищевым цепям. Большинство этих веществ легко попадают в живые организмы через желудочно-кишечный тракт, а также кожные покровы. Они очень медленно выводятся из живого организма, а из организма человека практически не выводятся. Даже при очень малых концентрациях диоксины вызывают нарушение адаптационной способности у организмов к изменяющимся условиям внешней среды, что приводит к резкому подавлению жизнедеятельности, особенно сильно действуют при поступлении в организм человека через пищевую цепь.

Данные вещества наиболее активно концентрируются в организмах рыб и дойных коров, а с рыбной продукцией, молоком и мясом диоксины попадают в организм человека. В молоке коров, содержащихся на фермах, расположенных вблизи мусоросжигательных печей, химических, целлюлозно-бумажных и металлургических заводов, аккумулируется повышенное количество диоксинов. Вблизи этих объектов ими загрязняются корма и вода.

Диоксины – яды безпорогового действия и считаются сильными канцерогенами, поэтому они не должны присутствовать ни в продуктах питания, ни в воздухе, ни в питьевой воде населенных пунктов. Однако достичь этого практически невозможно, когда в биосфере их циркулирует огромное количество. Диоксины слабо расщепляются в естественных условиях и накапливаются в организме человека и биосфере, включая воздух, воду, пищу. Величина летальной дозы до 10^-6 г/кг тела почти в тысячу раз меньше, чем для боевых отравляющих веществ, таких как зарин, зоман или табун.

Суточное попадание в организм этих соединений не должно превышать 0,1 пг/кг массы тела (1 пг = 10^–12 г). Принято считать непригодными для проживания человека районы, где содержание данных веществ выше 1 мкг Д_э в 1 кг почвы (Д_Э – диоксиновый эквивалент).

В России, по данным НИИ человека и гигиены окружающей среды имени А.Н. Сысина РАМН, только 15 % горожан проживают на территориях с допустимым уровнем загрязнения атмосферы. Наряду с другими факторами это приводит к дефициту кислородного обеспечения организма, в первую очередь детского, что оказывается на нормальной деятельности всех его систем, особенно иммунной, которая определяет в основном уровень острой и хронической заболеваемости. Загрязнением атмосферы обусловлено около 20–30 % общих заболеваний населения промышленных центров. На состоянии здоровья населения промышленных центров отражается неблагоприятное влияние на окружающую среду предприятий основных отраслей промышленности (табл. 6.7).

Таблица 6.7. Загрязнение окружающей среды промышленными предприятиями и возможные нарушения здоровья человека (по И.П. Герасимову)

Продолжение табл. 6.7

Окончание табл.6.7

По оценкам РАМН, из-за мужского бесплодия по той или иной причине за последние 15 лет в стране не родилось 4 млн детей, или остались бесплодными более 266 тыс. населения мужского пола.

Бенз(а)пирен. Количество увеличивающихся онкологических заболеваний населения объясняется значительным воздействием на здоровье человека факторов окружающей среды. Среди органических веществ, загрязняющих природную среду, широкое распространение получили полициклические ароматические углеводороды, в их число входит 3,4–бенз(а)пирен (БП) (рис. 6.9). Он обладает высокой активностью и считается индикатором загрязнения окружающей среды полициклическими ароматическими углеводородами. Поступление БП и других представителей этой группы в окружающую среду связано в основном с хозяйственной деятельностью человека.

Это вещество образуется при неполном сгорании топлива и при некоторых видах термической переработки органического сырья, протекающих при температуре + 400–600⁰С (коксование углей, крекинг нефти и т.д.).

Бенз(а)пирен в некоторых случаях может попасть в почву при поливе возделываемых культур сточными водами коксохимических и нефтеперерабатывающих предприятий. Важными источниками загрязнения БП считается автотранспорт, при этом загрязняется не только пашня, но и другие угодья, а точнее произрастающие на них культуры.

Рис. 6.23. Образование бенз(а)пирена. Стрелкой показано «углубление»

в структуре, характерное для многих канцерогенных веществ

Выделяемый с выбросами автотранспорта в атмосферу БП оседает на поверхность почвы и принимает активное участие в физико-химических и биологических процессах, протекающих в окружающей среде. Вблизи дорог формируются значительные зоны загрязнения. БП переносится на расстояние 3–25 км от источников выброса, загрязнение территории этим веществом в основном носит региональный характер.

Очень высокая стойкость БП и его производных в окружающей среде ведёт к постоянному накоплению в почве, воде, воздухе и других объектах природы. Загрязнение почвы приводит к аккумуляции БП в тканях растений. Однако в почве присутствуют микроорганизмы, способные разрушать данное вещество с помощью окислительных ферментов, поэтому существует действенный путь биологической очистки почвы, загрязненной бенз(а)пиреном. Фоновое количество БП в почвах колеблется в пределах 0,2–12,8 мкг/кг почвы.

Одной из мер снижения содержания бенз(а)пирена в растительной продукции считается промывание её в течение 30 мин горячей проточной водой. При этом снижается его содержание в 1,5 – 2 раза по сравнению с исходным содержанием.

Полихлорбефинилы (ПХБ). Полихлорированные бефинилы (акрохлоры, канифоли, соволы, фенохлоры, хлорофены) нашли широкое применение с конца 20-х гг. ХХ в. Они используются в качестве улучшающего компонента для масел, смазок, гидравлических жидкостей, адгезинов и типографических красок, также их применяют при производстве пластмасс и в электропромышленности. Мировое производство ПХБ превышает 4 млн т в год. Из этого объема лишь 53 % ПХБ производятся и используются в закрытых технологических системах, выпуск которых можно контролировать. 400 тыс. т из общей массы бефенилы в той или иной форме циркулируют в глобальной экосистеме.

На открытом воздухе период полураспада ПХБ может составлять 10–100 лет, в почве примерно – 5 лет. ПХБ выявлены в организме рыб, морских животных, птиц, в маргарине, материнском молоке и в жировых тканях человека. У человека ПХБ вызывает поражение печени, селезёнки и почек, помутнение хрусталика глаз, изменение пигментации и нервные расстройства. Токсичное действие ПХБ усиливается при взаимодействии с ДДТ. Воздействие ПХБ на человека возникает обычно при отсутствии надлежащих мер безопасности в процессе работы с химической продукцией. Это может происходить при изготовлении трансформаторов, конденсаторов и других электротехнических устройств.

Медиками установлено, что голодание и охлаждение стимулирует кратковременное, но значительное повышение содержания ПХБ в крови, что может стать причиной повреждения печени. Кардинальное решение проблемы защиты окружающей среды от ПХБ – использование его только в замкнутых производственных системах (циклах).

Серьезной проблемой для здоровья населения являются газовые выбросы двигателей автомобильного парка. В состав выбросов отработанных газов из двигателей автомобилей входит около 200 вредных химических соединений, которые в зависимости от особенностей воздействия на человека подразделяют на 7 групп.

В первую группу входят химические соединения, содержащиеся в естественном составе атмосферного воздуха: вода (в виде пара), водород, азот, кислород и диоксид углерода, озон. Автотранспорт выбрасывает в атмосферу огромное количество пара, который в Европе и европейской части Российской Федерации превышает по массе испарения всех водоемов. Вследствие чего растет облачность, а в связи с этим уменьшается количество солнечных дней. В пасмурные дни почва остается непрогретой, из-за этого наблюдается повышенная влажность, способствующая росту вирусных заболеваний и снижению продуктивности агроэкосистем.

Озон (О₃). ПДК озона для жилой зоны не должна превышать 30 мг/м³, промышленной зоны – 100 мг/м³, кратковременное воздействие – 160 мг/³. Газ озон вызывает у людей;

– раздражение органов дыхания, тяжесть в груди; эти эффекты могут длиться несколько часов и переходит в болезненную форму;

– снижает легочную форму;

– способствует развитию астмы;

– вызывает аллергию к наиболее распространенным веществам – пыли, пыльце, шерсти домашних животных;

– повреждает ткань легкого;

– понижает иммунитет к любым инфекциям.

Во вторую группу включен оксид углерода (СО). Это бесцветный газ без вкуса и запаха, слабо растворимый в воде (ПДК 3 мг/м³, 2-й класс опасности). Вдыхаемая человеком окись углерода соединяется с гемоглобином крови и подавляет её способность снабжать ткани организма кислородом. В результате наступает кислородное голодание организма, в связи с чем возникают нарушения в деятельности центральной нервной системы, происходит снижение остроты зрения. Последствия воздействия зависят от концентрации монооксида углерода в воздухе: при его концентрации 0,05 % через час проявляются признаки слабого отравления, а при концентрации 1 % наступает потеря сознания после нескольких вдохов.

В третью группу входят оксид азота (2-й класс опасности, ПДК 0,06 мг/м³) – бесцветный газ и диоксид азота – газ красновато - бурого цвета с характерным запахом (ПДК–0,04 мг/м³, 2-й класс опасности). Эти газы являются примесями, способствующими образованию смога. Попадая в организм человека, взаимодействуя с влагой, образуют азотистую или азотную кислоты (2-й класс опасности, ПДК – 0,02 мг/м³). Последствия воздействия определяются их концентрацией в воздухе, например, при концентрации 0,0013 % происходит слабое раздражение слизистых оболочек глаз и носа, при 0,002 % – образование метгемоглобина, а при 0,008 % – отек легких. Сернистый ангидрид (ПДК 0,05мг/м³) – бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде, образуя сернистую кислоту (ПДК 0,15 мг/м³, относится к 3-му классу опасности). Длительное воздействие даже относительно низких концентраций сернистого ангидрида увеличивает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний. Сернистый ангидрид в воздухе в зависимости от степени концентрации вызывает:

• раздражение слизистой оболочки глаз, кашель (0,001 %);

• раздражение слизистой оболочки горла (0,002 %);

• отравление через 3 мин (0,004 %);

• отравление через 1 мин (0,01 %).

В четвертую группу входят многие углеводороды СnHn, обладающие неприятным запахом. В результате фотохимических реакций углеводородов с оксидами азота образуется смог. К наиболее опасным из них относится 3,4 – бенз(а)пирен – сильнейший канцероген (ПДК–0,0000001 мг/м³, 1-й класс опасности). При нормальных условиях это соединение представляет собой кристаллы желтого цвета, плохо растворимые в воде и хорошо растворимые в органических растворителях. В сыворотке крови человека растворимость бенз(а)пирена достигает до 50 мг/мл. Попадая в организм человека, он постепенно накапливается до критических концентраций и стимулирует образование злокачественных опухолей.

В пятую группу включены альдегиды. Опасными для человека являются акролеин и формальдегид. Акролеин – альдегид акриловой кислоты, бесцветная, с запахом пригорелого жира и очень летучая жидкость, хорошо растворимая в воде (ПДК – 0,5 мг/м³, 2-й класс опасности). Концентрация 0,00016 % считается порогом восприятия запаха, при 0,002 % запах трудно переносим, при 0,005 % непереносим, а при 0,014 % через 10 мин наступает летальный исход. Формальдегид – бесцветный с резким запахом газ, легко растворяющийся в воде (ПДК–0,003 мг/м³, 2–й класс опасности). При концентрации 0,007 % вызывает легкое раздражение слизистых оболочек глаз и носа, а также верхних органов дыхания, при концентрации 0,018% осложняется процесс дыхания.

В шестую группу входит сажа, которая оказывает раздражающее воздействие на верхние дыхательные пути (3-й класс опасности, ПДК – 0,05 мг/м³). Исследования, проведенные в США, выявили, что 50–60 тыс. человек умирают ежегодно от загрязнения воздуха сажей. Было выявлено, что частички сажи активно адсорбируют на своей поверхности бенз(а)пирен, вследствие этого резко ухудшается здоровье детей, страдающих респираторными заболеваниями, и лиц, больных астмой, бронхитом, воспалением легких, а также людей престарелого возраста.

В седьмую группу включены свинец и его соединения. В бензин в качестве антидетонационной присадки вводят тетраэтиленсвинец (ПДК – 0,0003 мг/м³, относится к 1-му классу опасности). Поэтому около 80 % свинца и его соединений, загрязняющих воздух, попадают в него при использовании этилированного бензина. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает около 200 мг свинца. Свинец и его соединения снижают активность ферментов и нарушают обмен веществ в организме человека, а также обладают кумулятивным действием (способностью накапливаться в организме). В среднем в течение года организм человека в Российской Федерации поглощает 34 мг свинца. При этом в тканях и костях взрослого человека аккумулируется около 90 % поступающего в организм свинца и его соединения, детей – 60–70 %. Основным диагностическим показателем воздействия на здоровье человека является уровень его содержания в крови. По мнению токсикологов, концентрация свинца в крови не должна превышать 15 мкг/ 100 мл, у беременных женщин и детей – 7 мкг. Свинец вызывает хронические отравления с весьма разнообразными клиническими проявлениями: обладает способностью поражать центральную нервную систему, костный мозг и кровь, сосуды, синтез белка, генетический аппарат клетки и может оказывать эмбринотоксичное действие. Соединения свинца особенно вредны для интеллектуальных способностей детей. В организме ребенка остается до 40 % попавших соединений. Свинец способен накапливаться в костях, печени, почках человека. Он переходит в молоко матери и может поражать плод. По данным ВОЗ, еженедельное допустимое поступление свинца в организм взрослого человека не должно превышать 3 мг.

Регуляторы роста растений. Регуляторы роста растений – это химические соединения с высокой биологической активностью. Их применяют в небольших количествах (от 1 мг/га до 1 кг/га), для того чтобы повлиять на рост и жизнедеятельность растений, для облегчения уборки урожая, улучшения его качества и сохранности. Регуляторы роста делятся на природные и синтетические. Природные регуляторы – это соединения, присущие растениям и выполняющие роль фитогормонов (абцизовая кислота, ауксины, гиббереллины, цитоксины, этилен и др.). Названные соединения не опасны для человека, поскольку в процессе эволюции у него выработались механизмы их биотрансформации. Синтетические регуляторы производят химическим или микробиологическим путём. В основном они являются малостойкими веществами с периодом полураспада около одного месяца. Установлено, что синтетические регуляторы изменяют процесс синтеза белка, приводящий к появлению дефектных белков. Ученые не исключают их отрицательное воздействие на организм человека, что связано с нарушением внутриклеточного обмена и образованием токсичных соединений. Остаточное содержание в продовольственном сырье и в готовых пищевых продуктах питания этих веществ может способствовать проявлению супертоксичных свойств.

Лекарственные средства. Пищевые продукты загрязняются различными лекарственными веществами, применяемыми для лечения и профилактики заболеваний животных, регуляции беременности, улучшения усвояемости кормов, ускорения роста, сохраняемости продуктов и т.д. Некоторые из этих веществ достаточно долго сохраняются в продуктах животноводства, а затем попадают в организм человека, представляя угрозу для его здоровья.

Особенно опасны антибиотики, нитрофураны, сульфаниламидные и гормональные препараты. Остаточное содержание антибиотиков в пищевых продуктах вызывают аллергические реакции, дисбактериоз и подавление ферментов.

Всемирной организацией здравоохранения предложены нормативы по содержанию антибиотиков в продуктах животноводства (табл. 6.8).

Практиками замечено, чем чаще применяют разнообразные антибиотики, тем менее эффективно они действуют на увеличение количества устойчивых штаммов микроорганизмов, что прямо пропорционально повышению применения антимикробных средств.

Таблица 6.8. Нормативы содержания антибиотиков в животноводческих продуктах, мг/кг и мг/л