Тема 3. Взаимосвязь человека с окружающей средой

 

1. Критерии зависимости здоровья человека от воздействия окружающей среды

2. Экологически обусловленные заболевания

3. Биологическое действие токсичных веществ. Острое и хроническое действие

4. Отдаленные последствия воздействия ксенобиотиков

 

1. Критерии зависимости здоровья человека от воздействия окружающей среды

Здоровье – это состояние сохранения и разви­тия биологических, физиологических, психологических функций, оптимальной трудоспособности и социальной активности человека при максимальной продолжительно­сти его жизни.

Понятие «здоровый человек» является условным, так как критерии здоровья отличаются у разных этнических и социальных групп и в различные периоды истории оце­ниваются по-разному. Скорее можно говорить о клиниче­ски здоровом человеке, чем об абсолютно здоровом.

Клиническое здоровье разделяется на два состояния: компенсаторное и дезадаптационное. При компенсатор­ном состоянии изменение физиологических показателей происходит в границах нормы. Организм при этом облада­ет высокой адаптивной способностью. При дезадаптационном состоянии в результате продолжительного влияния неблагоприятных факторов на организм человека проис­ходит нарушение адаптационных механизмов и саморегу­ляции организма. При этом состоянии возникают началь­ные проявления нарушений обмена веществ, происходит накопление в организме токсичных продуктов обмена, на­рушаются нейрогуморальная регуляция организма, функ­циональная активность иммунной системы, кишечной мик­рофлоры и других защитных механизмов организма. Одно из важнейших нарушений на данном этапе – снижение антиоксидантной защиты организма. Оно проявляется в уменьшении образования веществ, замедляющих окис­ление органических соединений.

Одной из причин ухудшающегося здоровья населения является интенсивное загрязнение окружающей среды (табл. 1).

Во второй половине 1990-х гг. появились оценки, со­гласно которым роль качества среды обитания в формиро­вании здоровья людей возрастает до 50%.

Влияние техногенных факторов на здоровье населения вызывает следующие последствия:

§  снижение работоспособности и социальной активности у условно здоровых людей;

§  появление генетических нарушений, приводящих к возникновению наследственных болезней и угрожаю­щих не только ныне живущему, но и будущим поколе­ниям;

§  возникновение онкологических заболеваний (их чис­ло во всем мире постоянно растет);

§  ухудшение здоровья детей, живущих в загрязненных районах;

§  увеличение числа острых и хронических заболеваний у трудоспособного населения;

§  сокращение продолжительности жизни людей на тер­риториях с высоким уровнем загрязнения среды оби­тания.

 

 

 

Таблица 1

Факторы, определяющие уровень здоровья

 

Сферы

Значение для здо­ровья. Примерный удельный вес, %

Группы факторов риска

Образ жизни и социаль­но-эконо­мические условия

49-53

Курение, несбалансированное не­правильное питание; употребление алкоголя, наркотиков; злоупотреб­ление лекарствами; вредные усло­вия труда, стрессовые ситуации; гиподинамия; плохие материально­бытовые условия; непрочность се­мей; одиночество; низкий образова­тельный уровень; чрезмерная урба­низация

Генетика,

биология

человека

18-22

Предрасположенность к наследст­венным болезням, к дегенератив­ным болезням, онкологическим заболеваниям

Качество

внешней

среды

17-20

Загрязнение воздуха, воды и почвы; загрязнение жилища и продуктов питания; вредные производствен­ные условия; резкие смены погоды; повышенные гелиокосмические, магнитные и другие излучения

Здраво­охранение

8-10

Низкая эффективность профилак­тических мероприятий; низкое ка­чество медицинской помощи

 

 

Значительная часть населения находится сейчас в том состоянии, когда болезнь еще не проявила себя, но общее недомогание становится обычным фоновым состоянием. Это так называемое третье состояние – промежуточное между здоровьем и болезнью, когда человек здоров, но при взаимодействии с окружающей средой у него «отнимается часть здоровья».

Если эти взаимодействия будут нарастать, то они при­ведут к состоянию так называемой предболезни.

При воздействии вредных факторов окружающей сре­ды у людей выход из стадии предболезни характеризуется проявлением ранних признаков атеросклероза, нарушени­ем функций опорно-двигательного аппарата, развитием невротических синдромов, увеличением частоты заболе­ваний верхних дыхательных путей, хроническим бронхи­том, бронхиальной астмой, аллергодерматозами, а также нарушениями иммунного статуса вплоть до более или ме­нее глубокого иммунодефицита.

При установлении зависимости между состоянием ок­ружающей среды и здоровьем человека регистрируют сле­дующие эффекты.

Смерть – необратимый исход.

Болезнь – нарушение нормальной жизнедеятельности организма, которое характеризуется ограничением приспо­собляемости и понижением трудоспособности, продолжи­тельности жизни организма и его способности адаптиро­ваться к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней сред при одновременной активизации защитно-компенсаторно-приспособительных реакций и меха­низмов.

Нетрудоспособность – ограничение привычной дея­тельности с точки зрения способности человека быть не­зависимым от других и самостоятельно выполнять свои функции в быту, во время работы или на отдыхе.

Преморбидные (бессимптомные) состояния – временно компенсированные, скрытые изменения, выявляемые толь­ко с использованием комплекса чувствительных методов.

Дискомфорт – симптомы, причиняющие неудобст­ва (усталость, тошнота, неприятный запах, головокру­жение и др.).

Неудовлетворенность жизнью – нарушение эмоцио­нального и психического состояния (возбуждение, де­прессия).

Риск здоровью по рекомендации Всемирной организа­ции здравоохранения (ВОЗ) определяется как «ожидаемая частота нежелательных эффектов, возникающих от воздей­ствия загрязнителей». Они могут быть в воздухе, воде, поч­ве, продуктах питания, различных материалах – строи­тельных, упаковочных изделиях, например в полимерных материалах.

Риск определяется обычно как потенциальный (воз­можный), а не неизбежный и, как правило, устранимый. Поэтому его можно рассматривать как вероятность повре­ждения здоровья в виде недомогания, заболевания, инва­лидности, смерти, которые могут наступить при опреде­ленных обстоятельствах.

Фактор риска – это фактор любой природы (наследст­венный, экологический, фактор образа жизни и др.), ко­торый при определенных условиях может провоцировать или увеличивать вероятность развития нарушений состоя­ния здоровья.

Выявление экологических факторов риска здоровью – весьма сложная задача. Это связано с тем, что далеко не все болезни экологически обусловлены, а экологически опасные факторы, как правило, лишь увеличивают веро­ятность возникновения определенной болезни, а не явля­ются ее непосредственной причиной. Так, атмосферный воздух мегаполиса способствует обострению легочных за­болеваний.

 

2. Экологически обусловленные заболевания

ВОЗ предложила реестр, в котором представле­ны заболевания в порядке убывания их зависимости от экологических условий (рис. 1).

Выявление экологически обусловленных заболеваний представляет определенные сложности, что связано, во-первых, с отсутствием клинических признаков заболеваний, по которым можно подозревать химическую этиологию и исключить другие причины и, во-вторых, с тем обстоятель­ством, что разные по природе вещества могут вызвать по­хожую клиническую картину интоксикации.

Так, для определения причин возникновения болезни Минаматы (интоксикация метилртутью) японским ученым потребовалось более трех лет. Первый случай болезни был зафиксирован в 1958 г. у рыбаков залива Минамата, куда поступали стоки с ртутью, которую использовали как ка­тализатор при производстве хлорвинила. Под действием ферментов микроорганизмов и рыб неорганические соеди­нения ртути превращались в метилртуть, которая накап­ливалась в рыбе, а затем с пищей попадала в организм че­ловека. Соединения ртути относятся к «нервным» ядам, поэтому при сильных отравлениях повреждается центральная нервная система (ЦНС), что приводит к судорогам, нарушениям речи, слепоте, потере слуха и даже к смерти. Многие заболевшие в результате погибли. При вскрытии было обнаружено, что концентрация ртути в органах по­гибших от 50 до 30000 раз превышала обычные концен­трации ртути.

Химическая этиология некоторых болезней до сих пор не установлена. Это случаи аллопеции у детей, «желтые дети», «синдром войны в заливе» и др.

Черновицкая аллопеция детей (Украина) возникла ле­том 1989 г. Были выдвинуты различные версии заболева­ния, в том числе связанные с воздействием таллия, так как для токсического действия этого элемента характерно выпадение волос и отложение черного пигмента в лукови­це корня волоса. Однако в окружающей среде и в диагно­стическом биоматериале (волосах, слюне, моче) таллий не был обнаружен, но определялось повышенное содержание бора. Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что причи­ной аллопеции явился фторид бора. На кирпичных заво­дах, находящихся в центре города, сжигались отходы про­мышленных предприятий, содержащие соединения бора и фтора, в результате чего образовался токсичный фторид бора. В поддержку этой гипотезы говорит исчезновение в городе тараканов, которые особенно чувствительны к дей­ствию борсодержащих веществ.

 

Экологически обусловленные заболевания

Врожденные пороки развития

Болезни крови и сердечно-сосудистой системы

Болезни эндокринной системы
 


А   

 

 

 

 

Заболевания верхних дыхательных путей

Злокачественные новообразования

Болезни иммунной системы
 

 

 

 

 

 


Болезни нервной системы

Болезни кожи

Болезни печени и желудка
Б

 

 

 

Рисунок 1. Заболевания, которые рассматриваются как экологически обусловленные: А – большинством специалистов; Б – отдельными исследователями

 

Аллопеция в Силламяэ произошла в начале 1989 г. Силламяэ – промышленный город в Эстонии, где развита про­мышленная добыча и переработка горючих сланцев. В тече­ние короткого срока там заболело несколько детей. Эстон­ские исследователи считали, что одной из причин этого явился пожар на шахте с залповым выбросом продуктов горения сланцев. По другой гипотезе, облысение детей в Эсто­нии и ряде населенных пунктов Ленинградской области яв­ляется результатом воздействия тяжелых металлов, содер­жащихся в местных продуктах питания и образовавшихся в результате сжигания сланцев на протяжении 30 лет.

«Желтые дети». В Алтайском крае в 1989 г. в неко­торых районах резко увеличилось число новорожденных детей с поражением ЦНС и чрезвычайно высоким уровнем билирубина. Первоначально причину заболевания связы­вали с пожаром на руднике, где добывается руда с высо­ким содержанием свинца, кадмия и цинка, но впоследст­вии случаи желтухи были обнаружены и в другом поселке на расстоянии 400 км от рудника. На протяжении многих лет в Алтайском крае проводились различные медико-био­логические исследования, но точная причина появления повышенного числа «желтых детей» так и не была уста­новлена. На заседании Межведомственной комиссии по экологической безопасности Совета безопасности России в 1995 г. были выдвинуты четыре гипотезы о причинах по­явления феномена «желтых детей», в том числе: плохое со­стояние здоровья предыдущих поколений; загрязнение почв тяжелыми металлами из-за неправильного применения пес­тицидов, гербицидов и удобрений; влияние существующих природных и техногенных геохимических провинций и влияние искусственного «химического реактора» вследст­вие тушения пожара на шахте. Были также предложены ги­потезы, связанные с воздействием радиационного фактора, воздействием компонентов ракетного топлива и влиянием на здоровье беременных микотоксинов. Доказательством причастности микотоксинов и, особенно, так называемого Т-2-токсина и его производных служит наличие опасных грибков в муке и крупах в семьях, где появились больные дети. «Желтые дети» также были обнаружены в Архангель­ской, Липецкой, Оренбургской и Тульской областях.

«Синдром войны в заливе». Свыше 700 тыс. военнослу­жащих – участников войны в Персидском заливе (актив­ные боевые действия продолжались с августа 1990 г. по март 1991 г.) подверглись воздействию широкого спектра вред­ных веществ различного назначения. Около 100 тыс. из них были обследованы в период с 1992 г. по настоящее время по программам оценки здоровья, осуществляемым в США раз­личными ведомствами и организациями. У 90% обследован­ных выявлены различные нарушения здоровья, связанные с пребыванием в зоне конфликта и известные как «синдром войны в заливе». По данным экспериментальных, эпиде­миологических и клинических исследований получены убе­дительные доказательства того, что существенная часть симптоматики, наблюдаемой у участников войны, тожде­ственна с проявлениями отдаленных и хронических послед­ствий интоксикации низкими дозами фосфорорганических соединений различного назначения, в том числе и отрав­ляющими веществами нервно-паралитического действия, а также их комбинациями. Методами статистического ана­лиза показано, что по крайней мере у 25% обследованных наблюдается симптоматика, характерная для генерализо­ванного поражения нервной системы (головной мозг, ствол мозга, спинной мозг, периферические нервы). В экспери­ментах на животных удалось воспроизвести некоторые характерные проявления «синдрома войны в заливе».

«Висячая стопа» или «утиная походка». В 1989 – 1990 гг. в нескольких совхозах Свердловской области про­изошли случаи массовых заболеваний студентов во время сельскохозяйственных работ с явлениями поражений пе­риферической нервной системы (по типу токсические по­линевриты и др.). Заболевание проявилось в частичных парезах и параличах конечностей («висячая стопа», «па­дающая рука», «утиная походка» и т. д.). Было высказано предположение, что в этиологии этой болезни важную роль играет комбинированное действие неблагоприятных фак­торов. К ним относятся: воздействие низких концентраций пестицидов различных типов (фосфорсодержащих, карбаматов, пиретроидов и др.), неблагоприятные погодные условия и наличие «токсичных туманов» в воздухе и «ток­сичной росы» на почве и листве растений, необычная рабо­чая поза (на корточках и на коленях) и большая физиче­ская нагрузка; ослабленное состояние организма студентов и школьников (гиповитаминозы, снижение иммунно-био-химического статуса организма); неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия; особенности одежды с учетом сельскохозяйственных работ (большие поверхно­сти открытых участков кожи, что явилось причиной ре­зорбции веществ через кожу); перенесенные сопутствую­щие заболевания (грипп, ОРЗ, ангины и т. д.).

К группе инфекционных экологически обусловленных заболеваний, кроме таких традиционных болезней, как ди­зентерия, брюшной тиф, холера и др., связанных с водным фактором, можно отнести и возникшие в последние годы заболевания, например болезнь легионеров.

«Болезнь легионеров», или легионеллез. В 1976 г. в г. Филадельфия (США) после ежегодного конгресса орга­низации «Американский легион» из 4400 участников 221 человек заболели неизвестной гриппоподобной болез­нью, из них 34 человека умерли. Новое заболевание полу­чило название «болезнь легионеров». Эта инфекционная болезнь характеризуется развитием пневмонии, интокси­кацией, лихорадкой, а также поражением центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта и почек. Вспышки и спорадические случаи болезни легионеров вы­являются повсеместно, наиболее часто в промышленных регионах Европы, США, Канады, Австралии, что позво­ляет считать ее болезнью индустриально развитых стран. В России эта болезнь имела место в Армавире на заводе резиновых изделий, где в апреле 1987 г. в течение одной недели заболело 200 человек. Все заболевшие работали в одном цехе с одной вентиляционной системой. Болезнь ха­рактеризовалась коротким инкубационным периодом, со­провождалась ознобом, болями за грудиной, иногда вос­палением легких. Клинико-эпидемиологические данные дали основание заподозрить легионеллез, протекающий по типу понтиакской лихорадки, поскольку почти у всех за­болевших болезнь протекала в легкой форме и все они выздоровели. Последующее серологическое исследование выявило в крови антитела к легионеллам.

Болезнь выявляется круглогодично, но пик заболевае­мости падает на весенние и летние месяцы. Возбудителя Legionella pheumophila – грамотрицательную палочку на­ходят в воде естественных и искусственных водоемов, ир­ригационных систем, промышленного и лабораторного оборудования в диапазоне температур от 4 до 65 °С и с раз­личными физическими, химическими и биологическими характеристиками. Легионеллы длительно сохраняются и размножаются в водной среде, во влажной почве, откуда они попадают с потоком воздуха в вентиляционные систе­мы. Большинство вспышек заболевания связано с замк­нутыми системами охлаждения воды и технологическими циклами, при функционировании которых образуется высокодисперсионный аэрозоль, содержащий легионеллы. Об­разовавшийся в системе кондиционирования аэрозоль, содер­жащий возбудитель, распространяется по всему зданию. Более частым использованием кондиционеров в жаркий период года объясняют учащение случаев заболеваний «болезнью леги­онеров» в летнее время. Известны две основные формы: пневмоническая форма и лихорадка Понтиак, протекаю­щая по типу острой респираторной вирусной инфекции.

У многих рассмотренных выше заболеваний выявить химическую этиологию так и не удалось.

Симптомы, обнаруженные при воздействии на орга­низм человека некоторых химических веществ, следующие:

§  анемия – соединения мышьяка, бензол, свинец, толу­ол, нафталин, гидразин, хром, медь, крезол, фенилгидразил, 2,4,6-тринитротолуол;

§  аритмия сердца – анилин, сурьма, барий, окись угле­рода, цианиды, ДДТ, этиленгликольнитрат, фторацетамид, фторацетат, азид натрия, трихлорэтилен, трихлорфторметан, трихлорнитрометан;

§  гипертония – нитроглицерин, тиурам, токсафен;

§  гипотония – кобальт, селен, фосфор, азид натрия, 2,4-динитрофенол, этиленгликольдинитрат, тетра­этилсвинец;

§  катаракта – 2,4-динитрофенол, нафталин, 2,4,6-три­нитротолуол;

§  токсические поражения печени (гепатиты и др.) – акрилонитрил, мышьяк и его соединения, висмут, хром, медь, хлороформ, хлорнафталины, диметилацетамид, диборан, диметилнитрозамин, диметилформамид, этиленгликоль, гидразин, метальдегид, паракват, фосфор, тетрахлорэтан, тиурам, трихлорэтан, хлорированные бифенилы, винил хлорид;

§  фиброз легкого и пневмокониоз – алюминий, сурьма, бериллий, кобальт, железо, марганец, диоксид крем­ния, асбест.

 

 

3. Биологическое действие токсичных веществ. Острое и хроническое действие

 

Токсичные вещества способны вызвать в орга­низме человека практически все патологические процес­сы и состояния.

Эффекты от воздействия токсичных веществ на орга­низм человека могут проявляться в виде острого, хрони­ческого и отдаленного действия.

Острое действие проявляется в результате увеличения интенсивности загрязнения окружающей среды обычны­ми для данной территории ксенобиотиками или времен­ным появлением новых ксенобиотиков.

Характерными признаками острого действия являют­ся неожиданное ухудшение здоровья: от легких признаков недомогания до тяжелых форм, иногда заканчивающихся летальным исходом. Например, при остром действии атмо­сферных загрязнений больные чаще всего жалуются на одышку, затрудненное дыхание, спастический кашель, сердцебиение, тошноту. Все эти симптомы появляются внезапно и провоцируются резким изменением погодных условий на данной территории (температурная инверсия, туман, сильный устойчивый ветер со стороны промышлен­ной зоны), а также авариями на промышленных предприя­тиях города или на очистных сооружениях, в результате которых концентрация загрязнений в атмосферном возду­хе жилых районов значительно возрастает, превышая до­пустимые уровни в десятки раз.

Хроническое действие загрязнений проявляется при длительном (несколько лет) воздействии на организм че­ловека токсичных веществ в низких концентрациях. Его разделяют на два типа:

§  хроническое специфическое действие, где конкретный загрязнитель является причиной заболевания;

§  хроническое неспецифическое действие, при котором загрязнитель провоцирует заболевание, но не обладает специфическим действием на организм.

 

Хроническое действие загрязнений атмосферного воз­духа является основным видом неблагоприятного их влия­ния на здоровье человека. Выраженным специфическим действием обладают сравнительно немного веществ (фтор, асбест, фосфорорганические соединения, белок-паприн, бериллий, марганец и некоторые другие металлы). Хро­ническое специфическое действие может проявляться у людей, проживающих в зонах очага загрязнения от тех или иных промышленных предприятий. Например, у населе­ния, проживающего в зоне влияния выбросов алюминие­вого или криолитового завода, развивается флюороз; в зоне влияния титаномагниевого комбината – бериллиоз, рак легких; в зоне влияния предприятий по производству белка-паприна – аллергозы, бронхиальная астма; а возле заводов асботехнических изделий – асбестоз, рак легких и т. д.

Хроническое неспецифическое действие является наи­более типичным проявлением влияния атмосферных за­грязнений на население городов. У основной массы фор­мируются предпатологические состояния: физиологиче­ские, биохимические и другие изменения в организме неустановленного значения или регистрируется накопле­ние в органах и тканях тех или иных загрязнителей без видимых признаков нарушения здоровья. Кроме того, неспецифическое действие приводит к изменениям в им­мунной системе организма, снижению ее резистентности, что формирует предрасположенность к развитию различ­ных заболеваний (бронхиты, бронхиальная астма, аллергозы и т. д.).

В таблице 2 приведены наиболее распространенные аллергены и сенсибилизаторы.

 

Таблица 2

Наиболее распространенные аллергены и сенсибилизаторы

 

Вещества

Эффекты

Уайт-спирит и моторные топлива

Дерматит (особенно кисти рук)

Хлорированные углеводороды(3-хлор-этилен, четыреххло­ристый углерод и др.)

Дерматит, наркотическое действие

Минеральные масла

Угревая сыпь, дерматит

Толуолдиизоцианат

Дерматит, астма

Стиральные порошки

Дерматит

Древесная пыль

Дерматит, ринит, астма

Никель

Никелевый дерматит

Каменноугольный деготь, пек

Дерматит, рак кожи

Фенолы, в том числе хлориро­ванные, крезолы

Покраснение кожи, дерматит

Хлорированные бифенилы (трансформаторное масло)

Дерматит, угревая сыпь, угнетение Т-системы лимфоцитов, снижение поствакцинального иммунитета

Белок-паприн

Бронхиальная астма

Формальдегид

Бронхиальная астма, дерматит

Пыльца растений

Бронхиальная астма

Красители, лекарства (антибио­тики)

Дерматит, бронхиальная астма

Пыль стекловолокна, волосяная пыль

Дерматит, конъюнктивит, керато- конъюнктивит

Минеральные кислоты

Дерматит, экзема

Растворители

Дерматит, бронхиальная астма, наркотическое действие

Хлопок, лен, пенька

Биссиноз, прогрессирующий хро­нический бронхит

Урсол

Дерматит, бронхиальная астма

Эпоксидные смолы, лаки, краски

Дерматит, экзема, бронхиальная астма

 

По прошествии ряда лет в результате как острого, так и хронического действия токсикантов на человека у ряда лиц могут возникнуть так называемые отдаленные эффек­ты – онкологические заболевания или генетические на­рушения.

 

4. Отдаленные последствия воздействия ксенобиотиков

Под отдаленным действием понимают эффек­ты, возникающие не сразу после воздействия факторов окружающей среды, а через определенный, иногда дли­тельный промежуток времени или после прекращения воз­действия.

Следует отличать эффекты, возникающие в результа­те длительного хронического воздействия факторов окру­жающей среды, от отдаленных эффектов. Последние могут возникнуть через длительный промежуток времени после окончания однократного или многократного воздействия.

Обычно под отдаленным эффектом понимают канцеро­генное, мутагенное и тератогенное действие химических, биологических и физических факторов окружающей среды.

Однако в действительности понятие отдаленных по­следствий воздействий факторов окружающей среды яв­ляется еще более широким, поэтому к ним следует относить также возникновение и развитие ряда патологических состояний в организме, изменения в органах и системах, ускорение процессов старения и сокращение продолжительности жизни.

Отдаленные эффекты проявляются в виде мутаций в половых и соматических клетках живых организмов.

Мутагенез. Генетически обусловленные заболевания

Существует огромное количество описанных наслед­ственных (врожденных) заболеваний человека. К концу XX в. врачам было известно более 6 тыс. наследственных аномалий у человека. С каждым годом число их только уве­личивается. С одной стороны, это обусловлено прогрессом биологии и медицины. С другой – постоянным увеличени­ем неблагоприятных воздействий окружающей среды, ко­торые способны нарушить наследственную информацию. В первую очередь, это радиация и химическое загрязнение. Так, уже давно известно о мутагенных свойствах тяжелых металлов. Установлена способность солей алюминия, кад­мия, ртути, теллура, свинца вызывать отклонения от норм у потомства людей или животных.

Изучением факторов окружающей среды, способных вы­звать нарушения наследственности организмов (мутации), занимается токсикогенетика. Такие факторы называют му­тагенами, или генотоксикантами. Мутагены характери­зуются способностью повышать частоту возникновения мутаций по сравнению со спонтанными мутациями, а так­же способностью вызывать определенные типы мутаций.

Мутагены разделяют на три группы:

1.      физические мутагены – ионизирующая радиация, ультрафиолетовое излучение, электромагнитные поля, слишком высокие и слишком низкие температуры;

2.      химические мутагены – перекиси, тяжелые метал­лы, хлорированные углеводороды, азотистая кислота и ее производные, ПАУ и др.;

3.      биологические мутагены – вирусы, противовирус­ные вакцины, чужеродные ДНК и РНК, токсины, выде­ляемые эндопаразитами (гельминтами, простейшими).

Сейчас известно несколько сотен тысяч мутагенов. Они присутствуют во многих веществах, которые широко ис­пользуются человеком: красках для волос, порошках для копировальных машин, в красном вине, в жареных мясе и рыбе, в сигаретном дыме.

Мутагены оказывают влияние на человека в случае как прямого, так и косвенного воздействия (через пищевые цепи, так как химические вещества накапливаются и сохраняются в тканях растений, животных, рыб). Микроор­ганизмы, вызывающие заболевания человека, под дейст­вием мутагенов могут видоизменяться.

Мутационный процесс (мутагенез) – процесс образо­вания скачкообразных наследуемых изменений генетиче­ского материала (количества или структуры ДНК).

В молекулах ДНК записана информация о строении всех белков организма человека, и, как известно, участок ДНК с информацией об одном конкретном белке называется геном.

Существуют два типа мутаций:

1.      Соматические мутации (от греч. soma – тело), проис­ходящие в соматических клетках (клетках тела), проявля­ются у людей, непосредственно подвергающихся геноток­сическим воздействиям, увеличивают риск возникновения онкологических заболеваний (канцерогенез), снижают уро­вень иммунной защиты, уменьшают продолжительность жизни.

2.      Гаметические мутации (от греч. gametes – супруг), возникающие в половых клетках, проявляются у потом­ства и создают угрозу для здоровья будущих поколений, увеличивая генетический груз популяции. Сюда же мож­но отнести нарушения внутриутробного развития при воз­действии на организм женщин, что приводит к возникно­вению врожденных уродств плода – тератогенезу.

 

Вероятность возникновения наследственных аномалий у человека примерно 1/1000, это означает, что каждый человек является носителем нескольких наследственных дефектов. Весь вопрос только в том, что они собой пред­ставляют и насколько сильно влияют на самочувствие и работоспособность. Не все мутации вызывают патологии, некоторые из них не влияют на жизнеспособность орга­низмов, а обеспечивают внутривидовое различие по ком­плексу признаков, включающих у человека, например, цвет глаз, волос и т. д. Однако многие мутации влияют на нормальный ход развития индивидуума, в результате чего на разных этапах жизни человека (при рождении, в детстве, в зрелые годы) проявляются врожденные дефекты.

По времени возникновения мутации разделяют на «све­жие», возникшие в половых клетках родителей мутанта, и унаследованные, т. е. возникшие в предыдущих поколе­ниях, например «габсбурская губа», прослеживающаяся, судя по фамильным портретам представителей этой коро­левской династии, на протяжении столетий.

В ядрах клеток живых организмов находятся хромо­сомы (от греч. chroma – цвет, окраска и soma – тело), со­держащие свернутые спирали ДНК. Молекулы ДНК содер­жат информацию об аминокислотном составе белков и со­стоят из нуклеотидов – азотистых оснований аденина, тимина, гуанина и цитозина. Свое название они получили от латинского слова nucleus – ядро, поскольку молекулы ДНК находятся в ядрах клеток. В соматических клетках человека 46 хромосом, а в половых клетках – половина этого набора – 23 хромосомы.

По характеру повреждения генетического материала мутации разделяют на:

§  генные, или точковые – затрагивающие один или не­сколько нуклеотидов в структуре ДНК;

§  хромосомные – изменяющие структуру хромосом;

§  геномные – изменяющие число хромосом.

 

Замена или потеря даже одной-единственной буквы в «тексте» ДНК способна привести к серьезным последстви­ям. В результате одна аминокислота в белке может быть заменена другой. Структура белка станет немного иной и, как следствие, изменится его функция, работоспособность. Такие минимальные изменения в ДНК называются ген­ными, или точковыми, мутациями. Точками в ДНК слу­жат определенные сочетания букв – нуклеотидов. Имен­но они позволяют понять, где в ДНК заканчивается ин­формация об одном белке и начинаются сведения о другом. Бывает, что в результате точечных мутаций такая «точ­ка» появляется в пределах одного гена. В этом случае син­тез данного белка прекращается и вместо длинной полно­ценной белковой цепочки получается что-то вроде ее «ог­рызка».

В результате мутаций из ДНК могут пропадать неболь­шие «кусочки». Такие мутации называются делециями (лат. deletion – уничтожение). Добавление лишнего «ку­сочка» называется инсерцией (англ. to insert – вставить). Если какая-то часть ДНК удваивается, такое изменение называют дубликацией (лат. dublicatio – удвоение). Иногда «кусочек» ДНК меняет свое положение, т.е. выре­зается из одного места, а затем вставляется в другое. Та­кую мутацию называют транслокацией (лат. trans – че­рез и locus – место). Отрезок ДНК может перевернуться на 180 градусов и в таком виде быть встроенным на свое место. Такая мутация называется инверсией (лат. inversion – перестановка).

Таким образом, все мутации, происходящие с отдель­ными генами, называются генными, как и врожденные заболевания, которые такими мутациями вызываются. Обнаружить генные мутации, разглядывая окрашенные хромосомы под микроскопом, не удается (слишком малы эти молекулярные изменения).

Генные мутации снижают приспособленность индиви­дуумов (гемофилия, порок сердца), но некоторые вполне совместимы с полноценной жизнью и репродукцией (альбинизм, карликовость, заячья губа, волчья пасть, шестипа­лость). Именно они вызывают наследственные заболевания, которых сейчас известно около 6 тыс. (астма, диабет, по­дагра, эпилепсия).

Мутация в генах приводит к изменению кровеносной системы (гемофилия), костной и мышечной систем (карли­ковость, шестипалость и косолапость, волчья пасть и зая­чья губа, синдром Марфана, мышечная дистрофия), кожи (ихтиозы, кератозы, псориаз, альбинизм), органов зрения (косоглазие, астигматизм, катаракта, дальтонизм), обмена веществ (диабет) и другим многочисленным заболеваниям.

Гемофилия (от греч. haima – кровь и phileo – лю­бить) – болезнь несвертываемости крови. Болезнь переда­ется в семьях по женской линии. Дефектный ген находится в одной из двух женских Х-хромосом. Больные гемофили­ей имеют различные отклонения. Этот ген представляет собой огромную молекулу, состоящую из 2332 аминокис­лот. Повреждений у гена как минимум семь. Из них четы­ре представляют собой точечные мутации, т. е. поврежде­ния единичных нуклеотидов, которые ведут к замене всего одной аминокислоты в белке. Оставшиеся три нарушения представляют собой делеции – потери небольших участ­ков гена.

Этим людям угрожают не только внешние кровотече­ния, но и внутренние кровоизлияния. При этом вытекаю­щая из поврежденных сосудов кровь может распростра­няться вдоль мышц. Из-за этого окружающие их ткани нередко разбухают. Кровь, попавшая в суставные сумки, надолго лишает сустав подвижности. Хрящ суставов на­чинает разрушаться, становится губчатым, рыхлым, а кос­ти ломкими.

Карликовость. Карликовым считается рост ниже 130 см (у мужчин) и 120 см (у женщин). Рост костей происходит в результате деятельности клеток-остеоцитов (греч. osteo – кость и cytos – клетка). На интенсивность работы остеоцитов влияет гормон роста – соматотропин (soma – тело, tropos – способ). Он представляет собой белок, состоящий из 191 аминокислоты и вырабатываемый в одной из глав­ных желез внутренней секреции – гипофизе.

Чаще всего карликовость объясняется различными нарушениями в гене, кодирующим гормон роста. Обычно это делеции, т. е. утраты части ДНК, которые наследуют­ся. Возможны также точечные мутации в гене соматотропина, приводящие к обрыву синтезируемого белка, что влияет на его биологическую активность. Другая распро­страненная причина врожденной карликовости – дефек­ты в гене рецептора соматотропина (синдром Ларон). Сам гормон вырабатывается нормально, но клетки не в состоя­нии его воспринять. Люди, у которых соматотропный гор­мон вырабатывается в избытке, страдают акромегалией (от греч. асгоn – конечность, megalos – большой). У них уве­личены кисти рук, стопы, нижняя челюсть, нос и даже язык. Лицо расширено за счет разрастания связочных уз­лов нижней челюсти под скулами. Мышечная масса так­же растет. Гормон роста укрепляет соединительную ткань, кости, хрящи, что приводит к увеличению силы. Избы­точный рост конечностей называют макромелией (греч. macros – большой и melos – конечность).

Чаще, однако, происходит недоразвитие конечностей или возникают различные дефекты развития пальцев. В крайних случаях рождаются дети, у которых отсутствует одна или несколько конечностей. Такой порок развития называет­ся эктомелией. Иногда отсутствует конечный отдел конеч­ности (гемимелия) и ее средняя часть (фокомелия). Эти тяжелые пороки чаще всего являются следствием сбоев в процессе внутриутробного развития, которые могут воз­никать в результате действия различных токсичных ве­ществ на организм матери в процессе беременности. Из­вестный пример – последствия действия лекарства талидомида, которое во второй половине XX в. американским женщинам рекомендовали применять для снятия симпто­мов токсикоза во время беременности. Позже выяснилось, что талидомид приводит к врожденным уродствам плода, чаще всего влияя именно на конечности ребенка.

Волчья пасть и заячья губа – расщелины губы и нёба – являются одними из самых распространенных врожденных дефектов у детей. Они возникают у зародыша в первые два месяца беременности, когда формируются челюстно-лице­вые органы. Причина возникновения данной аномалии до сих пор изучена недостаточно. Специалисты связывают это заболевание с курением женщины во время беременности. Вероятность рождения ребенка с расщелинами губы и неба у курившей во время беременности женщины зависит от количества выкуриваемых сигарет. Например, если бере­менная выкуривает в день от одной до 10 сигарет, то риск возникновения врожденных дефектов челюстно-лицевой области у рожденного ею ребенка на 30% выше, чем у не­курящей женщины. Если же количество выкуриваемых ежедневно сигарет выше 21, то такая вероятность увели­чивается до 70%.

Дефект некоторых генов, влияющих на образование и развитие соединительной ткани у человека, иногда приво­дит к непропорциональному гигантизму. У страдающих этой болезнью людей очень длинные руки и ноги при отно­сительно коротком туловище. Такая аномалия называет­ся синдромом Марфана, который считают полулетальным, поскольку он связан с пороками сердца. Синдром вызван наследственным нарушением развития соединительной ткани и характеризуется поражением опорно-двигатель­ного аппарата, глаз и внутренних органов. Другое назва­ние этой аномалии – арахнодактилия (греч. dactyl – па­лец и arachna – паук). Нередко люди с арахнодактилией умирают от аневризмы аорты, которая не выдерживает давления выбрасываемой в нее крови. Тем не менее неко­торые люди, у которых этот синдром проявляется в мяг­кой форме, доживают до зрелых лет. Синдром Марфана встречается редко, вероятность его появления 1/50 000. У людей с синдромом Марфана повышено содержание ад­реналина в крови, который постоянно подстегивает их нервную систему и делает невероятными трудоголиками.

Наиболее распространенным наследственным нервно-мышечным заболеванием человека является мышечная дистрофия Дюшенна. Причиной дистрофии этого типа являются мутации в одном гене, который хранит информа­цию о строении белка, названного дистрофином. Ген дистрофина является самым большим из известных генов человека и составляет почти 0,1% всей его ДНК. Он на­ходится в Х-хромосоме. В результате наследование дистро­фии Дюшенна связано с полом. Страдают от этого недуга в основном мальчики. Мышцы постепенно замещаются фиброзной и жировой тканью.

Реже встречаются другие формы миодистрофии (греч. myos – мышца). Например, миодистрофия Беккера. При­чина ее та же – дефект белка дистрофина, однако, в отли­чие от миодистрофии Дюшенна, этот белок все же продол­жает работать, хотя и хуже, чем в норме.

Альбинизм связан с нарушением нормальной пигмен­тации кожи. Темный пигмент меланин, который придает белой коже телесный оттенок и продукция которого воз­растает под воздействием солнечных лучей, образуется в клетках человека и животных из аминокислоты фенила­ланина. За синтез меланина отвечают несколько фермен­тов. Поэтому к альбинизму могут приводить дефекты в раз­ных генах, кодирующих эти ферменты. Этим объясняют­ся редкие случаи рождения нормальных детей у родителей альбиносов.

Меланины не просто защищают кожу от опасного ульт­рафиолетового излучения путем поглощения энергии сол­нечных лучей и превращения ее в тепло. Они ограждают клетки от влияния свободных радикалов и молекулярного кислорода. Поэтому их можно рассматривать как естест­венные антимутагены.

Повреждения генов могут приводить к нарушению об­мена веществ и вызывать наследственные заболевания: гиперхолистеринемию, диабет и др.

Гиперхолистеринемия (греч. hyper – сверх, chole – желчь, stereos – твердый) – нарушения метаболизма, которые вызывают стойкое и очень высокое содержание холестерина в крови. Существует по меньшей мере пять мутаций в гене рецептора холестерина, которые могут пол­ностью приводить этот рецептор в негодность. У людей с наследственной гиперхолистеринемией холестерин погло­щается клетками менее интенсивно, и поэтому с возрастом у них неизбежно развивается ишемическая болезнь сердца и атеросклероз.

Диабет (греч. dia – через, сквозь) в переводе означает «протекающий». Выпитая больными вода буквально про­текает через их тело без всякой пользы, они страдают от постоянной жажды и обильного отделения мочи. В моче больных присутствует сахар, поэтому в медицине исполь­зуют еще одно понятие – глюкозоурия (греч. dlykys – са­хар, uron – моча), что означает сахарное мочеизнурение. Концентрация глюкозы в кровяном русле регулируется с помощью гормона инсулина, который вырабатывается спе­циальными клетками поджелудочной железы – островка­ми Лангерганса. Эти клетки похожи на островок, каждый из которых состоит примерно из 3 тыс. клеток. Инсулин был первым гормоном, для которого была четко установлена его белковая природа и расшифрована последовательность со­ставляющих его аминокислот. Кодирующий инсулин ген находится у человека в 11-й хромосоме.

Рассмотренные болезни составляют лишь небольшую часть от общего количества наследственных заболеваний, связанных с генными, или точковыми, мутациями.

Процессы, происходящие с отдельными отрезками ДНК, могут происходить и с отдельными хромосомами. Хромосо­мы теряют одни свои кусочки (делеция) и обретают новые (инсерция). Две негомологичные хромосомы могут поме­няться двумя участками (транслокация). Инверсии тоже случаются. Подобные мутации называются хромосомными аберрациями. Недуги, которые вызывают такие изме­нения, называются хромосомными заболеваниями. К ним относятся и врожденные болезни, вызванные добавочны­ми хромосомами. Существуют также сбои на уровне всего генома – геномные мутации.

Гаплоидный (греч. haplos – одиночный) набор хромо­сом человека состоит из 23 различных хромосом. Двойной набор хромосом называется диплоидным (греч. diplos – двойной). Число хромосом диплоидного набора человека равно 46 (два гаплоидных набора). Ядра подавляющего боль­шинства клеток человека содержат именно 46 хромосом; при этом один гаплоидный набор составляют хромосомы, полученные от матери, а другой – хромосомы, полученные от отца. Поэтому все хромосомы диплоидного набора мож­но расположить парами – пара № 1, пара № 2 и т. д.

Геномные и хромосомные мутации либо несовместимы с жизнью (их носители погибают в раннем детстве), либо приводят к аномалиям физического и умственного разви­тия. Например, синдром Дауна, синдромы Патау и Эдвар­дса, синдром кошачьего крика, синдром Шершевского-Тернера, синдром Клайнфельтера и др.

Синдром Дауна встречается с частотой 1 на 700-900 но­ворожденных, если возраст матери не превышает 30-35 лет и гораздо чаще при превышении этого возраста. Эта болезнь обусловлена наличием третьей хромосомы в 21-й паре хромосом и связана с искажением физических спо­собностей человека и умственной отсталостью.

В каждой клетке тела людей с синдромом Дауна мож­но обнаружить не 46, а 47 хромосом. Гены, ответственные за возникновение синдрома Дауна, находятся на определенном участке 21-й хромосомы. Во-первых, это ген, коди­рующий белок 

α-кристаллин, входящий в состав хрустали­ка. Известно, что при синдроме Дауна часто возникают ка­таракты. Во-вторых, это ген, кодирующий один из белков мозга (β-амилоид). Этот белок обнаружен в больших коли­чествах в мозге при болезни Альцгеймера, которая вызыва­ет старческое слабоумие. В мозге больных синдромом Дауна такого белка тоже много, и, вероятно, с этим связана их ум­ственная неполноценность. В-третьих, среди генов 21-й хро­мосомы у больных обнаружен онкоген, который вызывает лейкемию (рак крови). У больных синдромом Дауна это смер­тельно опасное заболевание возникает в 20-50 раз чаще, чем в среднем в обществе. Также на участке 21-й хромосомы на­ходится ген, кодирующий фермент (супероксиддисмутазу), который борется в организме человека со свободными ра­дикалами, содержащими атомы кислорода. Нарушения в работе этого гена (и, как следствие, сбои в работе фермен­та) приводят к ускорению процессов старения. Лишь чет­верть больных с синдромом Дауна доживает до 50 лет.

Синдром Патау вызван трисомией (греч. tri – три, soma – тело) по 13-й хромосоме, т. е. наличием 3-й хромо­сомы в 13-й паре хромосом. Характерный признак синдро­ма – пороки развития головного мозга и черепа. Лоб у младенцев обычно скошенный, окружность черепа мень­ше нормы, переносица запавшая. При синдроме Патау до года доживают лишь 5% младенцев.

Синдром Эдвардса вызван трисомией по 18-й хромосо­ме. Лишняя хромосома №18 приводит к порокам разви­тия лицевой части черепа, сердца, костной системы и по­ловых органов. Больные этим синдромом дети с трудом принимают пищу из-за скошенного подбородка, неразви­тых челюстей и маленького рта. Лишь половина новорож­денных доживают до двухмесячного возраста, до 90% мла­денцев с трисомией-18 погибают в течение первого года жизни. Все новорожденные с синдромом Эдвардса демон­стрируют глубокую степень дебильности.

Синдром кошачьего крика вызван нехваткой (делецией) части хромосомы № 5, которую дети могут получить от одного из родителей. Для детей с этим синдромом обычно характерна задержка умственного и физического разви­тия, иногда в очень тяжелой форме.

Синдром Шершевского-Тернера связан с отсутстви­ем одной из хромосом диплоидного набора – моносомией (греч. mono – один). В большинстве случаев зародыши с такой аномалией нежизнеспособны. Единственный слу­чай, когда на свет может появиться жизнеспособный ре­бенок не с 46, а 45 хромосомами – отсутствие одной из двух Х-хромосом (или одного из фрагментов Х-хромосомы). Такие новорожденные выглядят как девочки, однако их половые признаки недоразвиты. Для синдрома харак­терны различные пороки, включая различные пороки серд­ца, а также низкий рост и «антимонголоидный» разрез глаз (внутренние углы глаз ниже наружных). Рост взрослых людей с таким синдромом редко превышает 135 см. К де­торождению женщины с таким синдромом не способны.

Синдром Клайнфельтера встречается у мужчин и обу­словлен наличием добавочной Х-хромосомы. В результа­те набор половых хромосом – XXY. Отклонения от нор­мы у обладателей такого набора проявляются в период полового созревания. Они имеют евнухоидный тип строе­ния тела: узкие плечи и грудная клетка, широкий таз, слабо развитая мускулатура, увеличенные грудные желе­зы и т. д. По наследству этот синдром не передается вслед­ствие стерильности его носителей. Интеллект нередко при этом не страдает, хотя в некоторых случаях наблюдается задержка умственного развития, достигающая порой дебильности.

Почти всегда умственная отсталость выявляется у боль­ных с хромосомным набором XXXY или даже с XXXXY. Внешне таких людей идентифицируют как мужчин, одна­ко они стерильны и обладают евнухоидной внешностью.

Синдром Морриса является результатом нарушения гена, кодирующего клеточный рецептор тестостерона. Этот мужской половой гормон организмом вырабатывается, но клетками тела не воспринимается. Несмотря на то, что все клетки эмбриона обладают X и Y половыми хромосомами, они реагируют только на женские половые гормоны, что заставляет эмбрион развиваться в женскую сторону. В ре­зультате рождается существо, обладающее мужским на­бором хромосом, внешне воспринимаемое как девочка. Страдающие этим синдромом девушки обладают мужской силой, активностью, выносливостью и легко попадают в сборные и атлетические команды. По статистике, около 1% всех выдающихся спортсменок по своей природе не являются женщинами. В настоящее время такие спорт­сменки дисквалифицируются. Синдром Морриса не пере­дается по наследству, поскольку страдающие им люди бес­плодны.

Причиной врожденных мутаций может быть и возраст родителей (особенно матери). Генетики считают, что есть три главные причины частоты наследственных аномалий в человеческих популяциях. Первая – загрязнение окру­жающей среды и попадание в организм человека мутаге­нов вместе с пищей, водой и некоторыми медикаментами. Вторая – усиление межэтнических репродуктивных кон­тактов. Третья – снижение интенсивности естественного отбора, что во многом определяется успехами медицины (повышение жизнеспособности новорожденных, включая недоношенных детей).

Следствием этого является насыщение популяции бо­лезнями и увеличение ее генетического груза.

По данным ВОЗ, реальный генетический груз совре­менной человеческой популяции составляет около 7%. Он проявляется в поражении хромосомными болезнями (в основе которых лежат геномные и хромосомные мута­ции) 0,5-1,0% новорожденных; рождении детей (0,5-1,0%) с аномалиями, вызванными мутациями в генах; появле­нии (необязательно к моменту рождения) у 2,5% детей по­роков развития (пороки сердца, заячья губа, волчья пасть, вывих бедра и др.); проявлении наследуемых психических заболеваний (шизофрения, маниакально-депрессивный синдром) или умственной отсталости у 2% людей; в прово­цировании хронических и дегенеративных заболеваний (сахарный диабет, эпилепсия, некоторые формы патоло­гии щитовидной железы, обмена веществ).

Исследования мутационных процессов у людей, про­живающих в экологически неблагополучных районах, ос­нованы на учете хромосомных и генных мутаций, пора­жающих человека во время внутриутробного развития (их проявление – спонтанные аборты) и приводящих к появ­лению новорожденных с врожденными пороками. Результаты исследований показывают, что растущее загрязнение и действие мутагенов среды в отдельных, экологически неблагополучных регионах ведет к постепенному разрушению генофонда человека, а сохранение современного уровня загрязнения окружающей среды чревато угрозой его существованию на Земле уже через 10-20 лет.

К факторам, снижающим действие мутагенов, относят­ся мутагенная адаптация, десмутагены и антимутагены.

Мутагенная адаптация проявляется при увеличении дозы мутагенов. Число мутаций в клетках при этом увели­чивается только до определенного предела. Частота мута­ций далее не следует за величиной дозы, а может даже сни­жаться, поскольку клетки адаптируются к действию му­тагенов. Хотя малые дозы мутагенов и вызывают мутации, однако их воздействие приводит к защите наследственно­го аппарата от более серьезных последствий, вызываемых большими дозами.

Десмутагены – факторы, которые ослабляют влияние мутагенов на их пути к клеткам. Это ослабление происходит в результате химических реакций, например с витамина­ми С, D или мочевой кислотой. Благодаря этому действие химических мутагенов имеет свои пороговые значения.

Антимутагены – факторы, снимающие эффект мута­гена в клетке. К ним относятся витамины С, Е, интерфероны, экстракты из некоторых растений (капусты, зеле­ного перца, чеснока, лука). Они повышают в организме человека активность ферментов, залечивающих повреж­дения ДНК.

 

Канцерогенез

Мутации стволовых и делящихся соматических кле­ток приводят к канцерогенезу. Канцерогенами называют­ся химические вещества, воздействие которых достоверно увеличивает частоту возникновения опухолей или сокра­щает сроки их развития у человека или животных. По оцен­кам экспертов ВОЗ, от 70 до 90% случаев злокачествен­ных опухолей у людей связано с воздействием канцеро­генных внешних факторов. Приводятся следующие данные о          развитии опухолей:

§  35-50% — связаны с особенностями пищевого рациона;

§  22-30% — с курением табака;

§  4-38% — с профессиональными вредностями;

§  3-5% — с черезмерным потреблением алкогольных напитков;

§  1-15% — с инфекционными заболеваниями;

§  1-4% — с неправильным употреблением лекарствен­ных препаратов и лечебно-диагностическими процеду­рами;

§  1-19% — с солнечным светом (УФ-излучение);

§  1-2% — с продуктами промышленного производства.

 

Кроме того, доказано, что работа на целом ряде произ­водств сопряжена с риском канцерогенеза. Это производ­ства по синтезу аминов (рак мочевого пузыря), обработ­ка изделий из хрома (рак легких), кадмия (рак проста­ты), никеля (рак слизистой оболочки полости носа и легких), резины (рак легких), гематитовые шахты (рак легких).

В ряде случаев канцерогенез – результат сочетания дей­ствия ксенобиотиков. Так, ведущим канцерогенным фак­тором для человека является табачный дым. Доказано, что около 90% случаев рака легких – следствие неумеренного курения. До 30% смертей от рака мочевого пузыря и же­лудочно-кишечного тракта также связано с этой вредной привычкой.

Наиболее полный перечень веществ, исследованных на канцерогенную активность, принадлежит Международно­му агентству изучения рака (МАИР, Франция, Лион). В нем представлены данные по более чем 800 соединениям. Спи­сок непрерывно пополняется.

Первая группа канцерогенной опасности включает ве­щества, производственные и бытовые факторы, для кото­рых имеются безусловные доказательства опасности воз­никновения опухолей у человека. В эту группу вошло более 70 факторов. Причем это не только отдельные соединения, применяющиеся в быту, медици­не, сельском хозяйстве, промышленности, но и сами про­изводственные условия.

Вторая группа включает те факторы, которые «веро­ятно» канцерогенны для человека. Эта группа делится на две подгруппы: 2А и 2В. Она включает 282 химических вещества и производственных процесса.

В группу 2А входят вещества, в отношении которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенности для человека и необходимы дополнительные исследования, чтобы доказать их канцерогенность (формальдегид, акронилонитрил, дихлорметан, тетрахлорэтилен, трихлорэтилен, бериллий).

К группе 2В относятся вещества, по которым имеют­ся ограниченные доказательства их канцерогенности для животных (кобальт, ДДТ, акрил амид, ПХБ и др.).

Третья группа включает 480 химических веществ, ко­торые сегодня, на основании имеющихся данных, не мо­гут быть отнесены к факторам канцерогенного риска для человека.

Четвертая группа – агенты, для которых существуют убедительные доказательства отсутствия канцерогенной опасности для человека (например, капролактам).

Перечень МАИР постоянно изменяется в результате проведения все новых и новых исследований. Он носит реко­мендательный, а не обязательный характер. На территории Российской Федерации действует иной список канцероге­нов, утвержденный Минздравом (табл. 3).

Существуют определенные пути преимущественного поступления вещества или смеси веществ в организм че­ловека. Так, практически все соединения и продукты, производимые и используемые промышленностью, и при­родные канцерогены, представленные в таблице (за ис­ключением афлатоксинов), поступают в организм ингаляционным путем. Афлатоксины, мышьяк, бензидин, мышьяк и его неорганические соединения поступают в организм перорально. А бензидин, бензол, минеральные масла (неочищенные), мышьяк и его неорганические со­единения, бытовые сажи – накожно.

 

Таблица 3

Список факторов с доказанной для человека канцерогенностью, утвержденный Минздравом России

 

Природа факторов

Факторы

Соединения и про­дукты, производи­мые и используемые промышленностью. Природные канцеро­гены

Асбесты, афлатоксины (B1, В2, G1, G2), бензи­дин, бензол, бериллий и его соединения, винилхлорид, кадмий и его соединения, мине­ральные масла (неочищенные), мышьяк и его неорганические соединения, никель, его соединения и смеси соединений никеля, сажи бытовые, тальк, содержащий асбестоподобные волокна, соединения шестивалентного хрома

Лекарственные

препараты

Анальгетические смеси, содержащие фенаце­тин, имурин (азотиоприн), мелфалан, метоксален, милеран, тиофосфамид (тиотеф), треосульфан, хлорамбуцил, хлорнафазин, циклоспарин, циклофосфамид (циклофосфан), эстрогены стероидные (эстрадиол-17 и его эфиры, эстриол, эстрон, этинилэстрадиол, местранол, конъюгированные эстрогены), эстрогены нестероидные (диэтилстильбестрол, диенэстрол, гексэстрол), эстрогенсодержащие контрацептивы орального применения

Бытовые и природ­ные факторы

Алкогольные напитки, радон, солнечная ра­диация, табачный дым, табачные продукты бездымные

 

Канцерогенез проходит через несколько стадий (как правило, три) перед тем, как сформируется опухоль: ини­циации, промоции, прогрессии.

Стадия инициации включает быстрое, практически не­обратимое повреждение генетического материала клеток. Инициированная клетка может долгое время оставаться в состоянии покоя, не проявляя себя до тех пор, пока не по­действует фактор, побуждающий клетку к делению, клонообразованию и, следовательно, формированию опухоли, и не начнется стадия промоции. Промоторы – вещества, не являющиеся канцерогенами, однако их воздействие необходимо для развития опухоли. В качестве промоторов могут выступать гормоны, лекарственные препараты, про­дукты жизнедеятельности растений, которые вступают во взаимодействие с инициированной клеткой и побуждают ее к делению. Это также пищевые добавки, табачный дым, асбест, гомогенизированные углеводороды, алкоголь и др. Целый ряд канцерогенов являются одновременно и ини­циаторами, и промоторами опухолевого роста. Их называ­ют полными канцерогенами. На стадии прогрессии опухо­левого роста происходит дальнейшая трансформация ге­нетического материала клеток, и ранее доброкачественная опухоль переходит в злокачественную.

Помимо канцерогенов и промоторов, есть вещества, существенно увеличивающие вероятность формирования новообразований, действуя на организм совместно с кан­церогенами или до них. Их называют коканцерогенами. В качестве них могут выступать гормоны, иммуномодуля­торы, факторы питания и др. Например, пыль диоксида кремния является коканцерогеном бенз(а)пирена, вызы­вающего карциному гортани, трахеи, легких у подопыт­ных животных. Вещества, содержащиеся в табачном дыме, являются коканцерогенами асбеста. Так, у рабочих, про­фессионально контактирующих с асбестом, частота смер­тей от рака легких в пять раз выше, чем у лиц контроль­ной группы (не курят, не контактируют с асбестом). У ку­рильщиков частота злокачественных заболеваний легких в 11 раз выше. У курящих рабочих асбестовых предприя­тий частота новообразований в 55 раз больше, чем у лиц контрольной группы. Хотя табачный дым содержит не­значительное количество генотоксических канцерогенов, таких как полиароматические углеводороды и нитрозамины, в его составе обнаруживается целый ряд коканцерогенов и промоторов в форме катехолов и фенольных соединений, играющих большую роль в канцерогенезе у курильщиков.

Большое значение для развития опухолевого роста при действии ксенобиотиков имеют особенности их метаболиз­ма. Было установлено, что большинство «исходных» соеди­нений канцерогенной активностью не обладают. Поэтому появились такие термины, как «проканцероген» и «полный канцероген». Вещества, приобретающие свойства канцерогенов в процессе метаболизма, называются проканцеро­генами. У животных разных видов скорость и характер биопревращений в организме существенно различаются, что позволяет объяснить выраженные видовые различия в чувствительности к канцерогенам. Полными канцерогена­ми называются химические вещества, непосредственно взаимодействующие со структурными элементами клетки и вызывающие тем самым ее трансформацию.

 

Токсические влияния на репродуктивную функцию. Тератогенез

Репродуктивная функция осуществляется как слож­ноорганизованная последовательность физиологических процессов, протекающих в организме отца, матери и пло­да. Нарушение репродукции может быть следствием воз­действия ксенобиотика либо на обоих родителей, либо на одного из них, либо на мать и плод. Токсиканты способны нарушать репродуктивную функцию даже при остром ток­сическом воздействии, последствия которого проявляют­ся лишь спустя многие месяцы, а иногда и годы, дефектами зачатия, вынашивания, развития плода и несостоятель­ностью растущего организма.

В результате действия токсикантов на печень, почки, кроветворные органы беременной женщины рождаются дети с малым весом тела, низким уровнем физического развития, с функциональными отклонениями сердечно-­сосудистой и дыхательной систем. Ксенобиотики влияют и на сам развивающийся плод. При этом способы влияния различны. Один связан с тем, что яйцеклетка на протяже­нии длительного времени (еще до оплодотворения) накап­ливает поступающие в организм вредные вещества, что при­водит к мутациям в ее генетическом аппарате. Аномалии развития, внутриутробная гибель плода, спонтанные абор­ты и бесплодие – результаты изменения числа хромосом или хромосомной аберрации. Второй способ влияния ксе­нобиотиков на развивающийся плод – непосредственное и постоянное их воздействие в процессе эмбриогенеза. Еще одной причиной высокой чувствительности плода челове­ка и новорожденных к действию ксенобиотиков является чрезвычайно низкая активность собственного фермента детоксикации – цитохрома Р-450.

Некоторые из опасных веществ, способных нарушить репродуктивные функции, приведены ниже.

1.      Стероиды – андрогены, экстрогены, прогестины.

2.      Противоопухолевые препараты – алкилирующие агенты, антиметаболиты, антибиотики.

3.      Психоактивные препараты, вещества, действующие на ЦНС, - летучие анестетики (галотан, энфлуран, метоксифлуран, хлороформ).

4.      Металлы и микроэлементы – алюминий*, мышьяк, бор*, бериллий, кадмий, свинец (органические и неорга­нические соединения), литий, ртуть (органические и неорганические соединения), молибден, никель, серебро*, селен, талий.

5.      Инсектициды – гексахлорбензол, карбаматы (карбарил), производные хлорбензола (метоксихлор, ДДТ), альдрин, диэльдрин, ФОС (паратион) и другие (хлордекон, этиленоксид, мирекс).

6.      Гербициды – 2,4-Д, 2,4,5-Т.

7.      Пищевые добавки – афлатоксины*, циклогексиламин, диметилнитрозамин, глутамат, производные нитрофурана, нитрит натрия.

8.      Промышленные токсиканты – формальдегид, хло­рированные углеводороды (трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, ТХДД*, полихлорированные бензофураны*), этилендибромид, этилендихлорид, этиленоксид, этилентиомочевина, этиленхлоргидрин, анилин, мономеры пластмасс (капролактам, стирол, винилхлорид, хлоропрен), эфиры фталиевой кислоты, полициклические ароматические углеводороды (бенз(а)пирен), растворители (бензол, серо­углерод, этанол, эфиры гликолей, гексан, толуол, ксилол), оксид углерода, метилхлорид, диоксид азота, цианокетоны, гидразин, анилин.

9.      Другие продукты – этанол, компоненты табачного дыма, средства пожаротушения (трис-(2,3-дибромпропил) фосфат), радиация*, гипоксия*.

 

*Фактор, действующий главным образом на мужчин.

 

 

Основными проявлениями токсического действия хи­мических веществ на органы и ткани, ответственные за репродуктивные функции организма, и непосредственно на плод являются бесплодие и тератогенез.

Тератогенным называется действие химического веще­ства на организм матери, отца или плода, сопровождаю­щееся существенным увеличением вероятности появлений структурно-функциональных нарушений у потомства. До­словный перевод термина «тератогенез» означает «рожде­ние монстров».

До 1950-х гг. полагали, что плацента надежно защи­щает плод от вредных воздействий. Однако эта концепция была поколеблена рождением в 1950-1960-х гг. тысяч де­тей с врожденными дефектами развития женщинами, при­нимавшими во время беременности практически безвред­ный, как считалось, седативный препарат талидомид. Этот препарат использовали в медицинской практике в Герма­нии, Великобритании, других странах Европы и в Австра­лии. Вещество вызывало тератогенный эффект даже в тех случаях, когда применялось однократно с третьей по седь­мую неделю беременности в дозах более 0,5-1,0 мг/кг. Наиболее частый вид нарушений – фекомелия – уко­рочение или полное отсутствие конечностей у новорож­денных.

Плацентарный барьер проницаем для большинства из существующих сегодня антропогенных загрязняющих ве­ществ. Он не пропускает лишь те химические соединения, молекулярная масса которых больше 1000.

Вещества, обладающие тератогенной активностью, на­зываются тератогенами.

Такие опасные тератогены, как нитрозамины (произ­водные нитратов и нитритов), диоксины, полихлорбифенилы (широко применяются при производстве пластмасс), легко проникают через плацентарный барьер. Поскольку практически любое химическое вещество, введенное в ор­ганизм отца или матери в достаточно большой дозе, может вызвать тератогенез, тератогенами называют лишь те ток­сиканты, которые вызывают эффект в концентрациях, не оказывающих заметного действия на организм родителей. Из обследованных примерно 3 тыс. ксенобиотиков около 40% обладают свойствами тератогенов.

Существуют четыре типа патологии развития плода: гибель, уродства, замедление роста, функциональные на­рушения. Большинство тератогенов имеют порог дозовой нагрузки, ниже которого вещество не проявляет токсиче­ских свойств. Появление дефектов развития предполагает повреждение некоторого критического количества клеток, выше того, которое эмбрион в состоянии компенсировать. Если количество поврежденных клеток будет ниже этого уровня, действие токсиканта пройдет без последствий, если значительно выше – произойдет гибель плода. Действие токсиканта, сопровождающееся гибелью эмбриона, обозна­чается как эмбриотоксическое.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.      Что такое здоровье и какие факторы его определяют?

2.      Какие эффекты регистрируют при установлении зависимости между состоянием окружающей среды и здоровьем человека?

3.      Что понимают под риском здоровью?

4.      Какие заболевания экологически обусловлены и в чем заклю­чаются сложности их выявления?

5.      Какова классификация токсичных веществ по времени и фор­ме проявления эффекта?

6.      В чем особенности острого действия токсичных веществ?

7.      В чем особенности хронического действия токсичных веществ и каковы его типы?

8.      Что понимают под отдаленным действием ксенобиотиков?

9.      Каковы главные причины наследственных аномалий в попу­ляциях человека?

10.  Какие факторы окружающей среды способны вызвать измене­ния наследственности организмов?

11.  Что понимают под мутагенезом?

12.  Какие типы мутаций различают по характеру повреждения генетического материала?

13.  Какие заболевания связаны с генными мутациями?

14.  Какие заболевания связаны с хромосомными и геномными му­тациями?

15.  Какие факторы снижают действие мутагенов?

16.  Какие вещества называются канцерогенами и на какие груп­пы их разделяют?

17.  Какой процесс называется канцерогенезом и каковы его ста­дии?

18.  Каковы токсические влияния на репродуктивную функцию?

19.  Что понимают под тератогенным и эмбриотоксическим дейст­вием химических веществ?