7.1. Загрязнение продуктов питания

С позиций экологической эпидемиологии необходимость оценки качества пищевых продуктов и содержания в них загрязняющих веществ обусловливается тем, что повышенное содержание в продуктах питания загрязняющих веществ может оказывать прямое негативное влияние на здоровье населения. Особенно это относится к небольшим городам-заводам, в которых население вынуждено использовать загрязненные почвы для производства продуктов питания.

Уже в процессе выращивания растений некоторые их виды могут накапливать нитраты в плохо выводящейся из организма форме при чрезмерном внесении азотных удобрений. К числу растений, весьма склонных к накапливанию нитратов, относятся сахарная свекла (особенно листья), салат и капуста. Больше всего нитратов обычно накапливается в тепличных овощах. Накопление азота может происходить и при нехватке серы в почве. Недостаток серусодержащих аминокислот препятствует синтезу белков, а тем самым и синтезу фермента нитратредуктазы. Таким образом, нитраты сохраняются в тканях растений в неметаболизированном состоянии. Сами по себе нитраты обладают незначительной токсичностью, но, попадая в организм человека, они под влиянием бактерий легко превращаются в нитриты. Последние же способны вступать в реакцию с аминами, содержащимися в желудочном соке, и образовывать нитрозоамины, которые известны как сильные канцерогены. Опасность нитратов связана также с тем, что они вступают в реакцию с гемоглобином крови и превращают содержащееся в нем двухвалентное железо в трехвалентное. Такой измененный гемоглобин (метгемоглобин) практически неспособен к переносу кислорода, и ткани погибают от удушья. Особенно опасна метгемоглобинемия для грудных и маленьких детей, у которых ферментативный аппарат, способствующий превращению трехвалентного железа в двухвалентное, слабо развит. Результатом этого является болезнь, получившая название цианоз, или синюшность, которая может заканчиваться летальным исходом.

Для уменьшения содержания нитратов в растительных продуктах целесообразно не вносить удобрения перед снятием урожая, выращивать овощи и корнеплоды в условиях хорошего освещения, не хранить длительно некоторые овощи, например, шпинат, так как в процессе хранения нитраты в них превращаются в нитриты; использовать вместо минеральных удобрений органические или минеральные, в которых азот содержится в виде аммония.

В отличие от упомянутых овощей табак при обильном удобрении азотсодержащими веществами обнаруживает чрезмерно повышенное содержание органических аминов. С увеличением содержания аминов увеличивается и вероятность образования в желудке нитрозоаминов, обладающих мутагенным и сильным канцерогенным эффектом (печень, кровоизлияния, конвульсии).

Кроме того, растения могут накапливать и такие элементы, которые не нужны для их собственного обмена веществ. Так, растения могут постепенно накапливать тяжелые металлы, находящиеся в почве.

Для некоторых тяжелых металлов установлена возможность микробиологического алкилирования, таким образом, они могут включаться в цикл питания. В частности, реакции метилирования характерны для мышьяка, ртути и олова.

В то время как свинец попадает в организм человека по цепи питания от растительной пищи через печень и почки жвачных животных, ртуть в основном накапливается в организме рыб и моллюсков, а также в печени и почках млекопитающих. Совсем другой путь для попадания в цепь питания обнаружен у кадмия и некоторых других тяжелых металлов. Кадмий может замещать цинк в цинксодержащих ферментах. После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые попал кадмий, могут служить пищей для других организмов, таким образом, кадмий внедряется в общую цепь питания. Кадмий попадает в организм человека с растительной, мясной (потроха) пищей, а также съедобными грибами. Допустимая норма кадмия для человека составляет 0,5 мг в неделю.

Экологическое значение тяжелых металлов или других устойчивых токсинов в цепи питания можно продемонстрировать на примере ртути – первого металла, для которого было обнаружено биоконцентрирование.

В 1953г в Японии у 121 жителя побережья в бухте Минамата было обнаружено заболевание, сопровождающееся ломотой в суставах, нарушением слуха и зрения. Это заболевание, вошедшее в литературу под названием «болезнь Минамата», закончилось смертью для почти трети больных. Детальное расследование позволило установить, что ртутные отходы ацетиленового производства сбрасывались в реку, впадающую в бухту Минамата. Ртуть, о чем первоначально и не подозревали, микробиологическим путем превращалась в метилртуть, которая через планктон, моллюсков и рыб в конце концов попадала на стол и в пищу. Концентрация ртути в рыбе достигала 20 мг/кг. В этом цикле ртуть постепенно концентрировалась и в конце цепи, дойдя до человека, достигала токсичной концентрации. Такого рода кумуляция возможна только тогда, когда токсин поступает в организм быстрее, чем выводится из организма. Концентрация ртути в тканях и органах умерших была выше обычной в 50…30000 раз.

Подобные вещества представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обусловливающими большой период полувыведения, т.е. время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. Биологический период полувыведения ртути достаточно велик, он составляет для большинства тканей организма человека 70–80 дней. Период полувыведения кадмия достигает 15…47 лет, поэтому даже следам кадмия, если они систематически попадают в организм, уделяют самое серьезное внимание. Вредные последствия внедрения кадмия в организм общеизвестны: соответствующая болезнь носит название «итай-итай», которая выражается в болезненном скручивании костей, анемии и почечной недостаточности. Токсичность тяжелых металлов связана с образованием хелатов и сульфидов с биологически активными веществами, особенно с ферментами.

Некоторые данные о содержании тяжелых металлов в продуктах питания приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1–Содержание тяжелых металлов в некоторых продуктах

питания

Большую группу опасных загрязнений составляют радионуклиды. Ниже будут рассмотрены только те радионуклиды, которые могут попасть в продукты питания и отрицательно влиять на организм человека.

В растительной пище особенно часто можно встретить Sr-89, Sr-90, I-131, Cs-137, Ba-140, K-40, C-14 и Н-3 (тритий). Принципиально все радионуклиды могут быть усвоены различными организмами и, таким образом, попасть в продукты питания. Известны радионуклиды благородных газов естественного и искусственного происхождения. Перечисленные выше радионуклиды (кроме благородных газов) либо вступают в прочное взаимодействие с органическими соединениями, либо заменяют элементы в клетках, выполняя ту же функциональную роль (например, калий). Для долгоживущих радионуклидов устанавливается постоянная концентрация в живых организмах. Среди естественных радионуклидов первенствующую роль (около 90% от суммарной активности) принадлежит К-40. Элемент калий обычно попадает в организм с растительной пищей и молоком, в котором содержание калия составляет 1,4г/л. Остающиеся 10% активности радионуклидов естественного происхождения падают на долю С-14, который присутствует во всех органических соединениях, а также на радионуклиды некоторых других элементов.

Среди радионуклидов антропогенного происхождения главную роль играют I-131, Cs-137 и Sr-90. После аварии атомного реактора в Чернобыле прежде всего было обнаружено сильное загрязнение радионуклидами I-131 – источник b- иg-излучений. Вследствие сравнительно небольшого периода полураспада этого радионуклида (8 дней) его физиологическое действие на человека продолжается практически только в течение приблизительно 60 дней. За это время (почти 7,4 периода полураспада) активность І-131 уменьшается почти в 128 раз. Через промежуток времени, равный 10 периодам полураспада (что соответствует распаду почти всех ядер), активность радионуклидов составит¹/₁₀₂₄от первоначального значения активности или числа ядер радионуклида (раздел 8.2). Попавший в организм со свежим молоком, овощами и яйцами радиоактивный йод накапливается в щитовидной железе, загрязняя ее в более значительной степени, чем остальные органы.

Значительно дольше проявляется действие на окружающую среду b-излучателей Cs-137 и Sr-90 с периодом полураспада 30 и 28 лет соответственно. Физиологическое действие цезия сходно с действием калия, однако его подвижность меньше. После сорбции корнями элемент распределяется между всеми частями растения. Радиоактивный цезий накапливается также и некоторыми видами грибов (в том числе, белыми грибами) в спорообразующей части – в пластинках и трубках. В организм человека цезий попадает, главным образом, с молочными и мясными продуктами, а также с хлебом. В кишечнике цезий почти полностью ресорбируется. Для части, отложившейся в мышечных тканях, характерен биологический период полувыведения 50–200 дней. При повторном поступлении радиоактивный цезий накапливается в организме, причем поражение может достичь значительных размеров, поскольку хотя

b-излучение действует на ткани только на глубину нескольких миллиметров, его ионизирующая способность значительно больше, чем у рентгеновских лучей.

Имея биологический период полувыведения около 50 лет, Sr-90 значительно дольше удерживается в организме, чем Cs-137. Биологическое поведение стронция сходно с поведением его химического аналога- кальция. В организм человека Sr-90 попадает преимущественно с растительной пищей, молочными продуктами и яйцами. Поскольку стронций-90 вместе с кальцием отлагается главным образом в костях, то основная нагрузка при поражении организма приходится на костный мозг, ответственный за работу кровеносной системы. В первую очередь стронций-90 (вернее, Sr-90/Y-90) вызывает лейкемию. Радиационное поражение организма стронцием-90 увеличивается за счет его дочернего продукта иттрия-90 (Y-90), период полураспада которого составляет только 64ч. Наличие в организме пары Sr-90/Y-90 может вызвать поражение половых желез, гипофиза и поджелудочной железы.

Накопление радионуклидов в определенных органах и тканях приводит к более опасным последствиям, чем их равномерное распределение по всему организму. Это является одной из причин того, что С-14 и тритий Н-3 рассматривают как сравнительно «безвредные» радионуклиды. Однако, эти радионуклиды имеют большие периоды полураспада (5570 лет у С-14 и 12,3 года у Н-3), что обеспечивает им длительность пребывания в цепи питания.

Радионуклиды С-14 и Н-3 после сорбции входят в состав органических соединений, при этом длительному действию облучения подвергаются вещества, не участвующие в обмене веществ. В составе ДНК биологический период полувыведения С-14 достигает около 2 лет, в то время как обычный биологический период полувыведения для С-14 равен только 14 дням, а для Н-3 – 19 дням.

Из-за высокой ионизирующей способности излучений этих радионуклидов значительно повреждаются молекулы тех соединений, в состав которых они входят. Поэтому радионуклидам С-14, Н-3 уделяют значительно больше внимания, к тому же в будущем их содержание в окружающей среде должно значительно возрасти за счет антропогенной деятельности и ядерных реакций, вызванных космическим излучением.

При оценке загрязнения пищевых продуктов радионуклидами необходимо учитывать, что, если радионуклиды удерживаются прочно в составе органических молекул, то они могут накапливаться в клетках растений. Таким образом, растения могут поглощать из загрязненной почвы довольно значительные количества радионуклидов, пока не наступит равновесие между их поступлением и отдачей. Накопление определенного элемента тем сильнее выражено, чем больше дефицит этого элемента в организме. Это означает, что у культурных растений поглощение радионуклида К-40 можно понизить, если почва будет содержать достаточное количество нерадиоактивного нуклида К-39. Поскольку химически родственные элементы обладают и сходными физиологическими функциями, то, вводя в виде удобрений обычный калий (К-39), можно, если не совсем устранить, то значительно понизить проникновение в растения радионуклида Cs-137 как химического аналога калия.

По соображениям охраны здоровья людей для различных пищевых продуктов были установлены нормативы допустимого содержания радионуклидов, хотя предельные концентрации при этом не всегда достаточно биологически обоснованы. Так, например, для I-131 предельно

допустимая концентрация в молоке составляет 500 Бк/л (Беккерель-активность радионуклида в источнике, в котором за 1с происходит 1 акт распада). Однако эта принятая за норму величина в меньшей степени предохраняет ребенка, чем взрослого, так как в связи с особенностями роста у детей при потреблении 1л молока щитовидная железа испытывает в восемь раз большую нагрузку, чем у взрослого. Этот пример показывает, что существующие нормативы нуждаются в подробном и тщательном обсуждении.