§ 9.2. Виды токсического воздействия загрязняющих веществ

В общем виде воздействие загрязняющих веществ на живой орга­низм подразделяется на три типа: цитотоксическоё, тератогенное и генетическое.

В основе цитотоксического воздействия лежит изменение проницае­мости клеточных мембран, нарушение функциональных свойств фер­ментативных систем клеток. Тератогенное воздействие связано с нару­шением действия генов без влияния на наследственные структуры клетки и организма. В основе же генетического воздействия лежит изменение темпа мутагенеза организма. Это особенно существенно на уровне популяций видов, осуществляющих первичную продукцию (низших водорослей).

Действие химических мутагенов (этиленимина, нитрозометилмоче-вины) сходно с действием радиоактивного излучения. В обоих случаях воздействию подвержен наиболее радиочувствительный компонент клетки — ядро, в частности хромосомы. В водных экосистемах по чувствительности к острому облучению и его химическим аналогам на первом месте стоят рыбы, затем ракообразные и моллюски, за ними водоросли и бактерии. В клетке имеются механизмы репарации возни­кающих первичных повреждений хромосом, но если за время клеточ­ного цикла деления («1ч) в объеме хромосом образуется более 20 радикалов, вновь образующиеся клетки будут поражены хромосомны­ми перестройками.

Наибольшую опасность для человека представляет попадание ра­дионуклидов внутрь организма. Одним из наиболее распрострайенных радиоактивных загрязнителей является криптон-85, образующийся при использовании ядерного топлива на АЭС. Этот газообразный радионуклид инертен, оказывает воздействие на кожу и легкие людей, но в организме не накапливается. Гораздо большую опасность пред­ставляет другой распространенный в зоне радиоактивного загрязнения радионуклид — стронций-90. Он способен замещать Са²⁺ и накапли­ваться в костных тканях. Распад ⁹⁰Sr в организме человека вызывает раковые заболевания и лейкемию.

Раковые заболевания провоцируются многими химическими загряз­нителями окружающей среды. К ним относятся:

307

• полициклические углеводороды, образующие донорно-акцептор-ные комплексы с пуриновыми основаниями ДНК и РНК;

• алкилнитрозоамины, алкилирующие белки;

• ароматические амины (косвенно), образующие канцерогенно-активные продукты трансформации (гидроксиламины, аминобензолы);

• аминоазосоединения (косвенно), образующие N-окси- или N-оксиметиловые производные, которые взаимодействуют с метионино-выми остатками белков.

Первичные токсические эффекты воздействия чужеродных соедине­ний, проникающих внутрь клетки, осуществляются несколькими путя­ми.

1. Физическое нарушение пространственно-временнбй, структурно-функциональной упорядоченности ферментных систем, связанных с переносом электронов (заряда) и атомов на большие расстояния. На­пример, нарушение упорядоченности в цепи транспорта электрона в цитохром с-оксидазе будет препятствовать образованию АТФ.

2. Конкурентное вовлечение загрязняющего вещества в метаболи­ческие процессы (веществ — аналогов эндогенных субстратов), не при­водящие к необходимым продуктам. Такого рода подмена приводит к обрыву метаболической цепи.

3. Химическое взаимодействие реакционноспособных загрязняющих веществ с жизненно важными компонентами клеточных систем. Напри­мер, алкилирование или арилирование белков и нуклеиновых кислот может вызывать аллергию и канцерогенез.

Одним из наиболее типичных следствий "физических" воздействий является структурное искажение мембраны, нарушающее синхрониза­цию ферментных систем. Происходит такое искажение в результате сорбции липидами мембран химически инертных веществ, таких, как хлорорганические соединения типа ДДТ, ГХЦГ. Обладая высоким коэффициентом межфазового распределения в системе жир — вода (до 10⁵), эти вещества могут накапливаться в мембранах в настолько высо­ких концентрациях, что происходит изменение геометрической струк­туры мембраны. Так, овальные в норме эритроциты при контакте с такими соединениями в растворе становятся как "ежики" — с множест­вом складок и выступов.

При наличии в организме жировых отложений в клеточных мемб­ранах таких гидрофобных веществ может содержаться и немного — они будут накапливаться в жире. Однако если жир по каким-либо физиологическим причинам рассосется, то произойдет ударный выб­рос гидрофобных веществ во внутреннюю среду организма и насыще­ние ими липидных клеточных мембран, что может вызвать резкую

308

токсикацию организма. Это одна из причин возможных отрицательных для здоровья последствий от быстрого похудания.

Во внутриклеточных мембранах сосредоточены ферменты микросо-мального окисления, ферменты дыхательной цепи, в частности осущес­твляющие транспорт восстановительных эквивалентов цикла Кребса к терминальному окислителю — цитохром с-оксидазе, локализованной в митохондриальной мембране. При функционировании этого фермента для сопряжения переноса электронов с фосфолированием АДФ и действия "протонного насоса", необходимого для восстановления Ог до.воды, требуется высокая степень структурной организации мито-хондриальных ферментов.

Любые внешние воздействия на организм, меняющие функциональ­ное состояние мембран, оказывают влияние и на состояние дыхатель­ной цепи, а тем самым и на метаболизм всей клетки.

С другой стороны, скорость дыхания есть функция редокс-состоя-ния цитохрома с и связана с внутриклеточным распределением окис­лительно-восстановительных эквивалентов (см. § 6.4).