Центральный Дом Знаний - Воздействие диоксинов на окружающую среду

Информационный центр "Центральный Дом Знаний"

Заказать учебную работу! Жми!



ЖМИ: ТУТ ТЫСЯЧИ КУРСОВЫХ РАБОТ ДЛЯ ТЕБЯ

      cendomzn@yandex.ru  

Наш опрос

Я учусь (закончил(-а) в
Всего ответов: 2653

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Форма входа

Логин:
Пароль:

Воздействие диоксинов на окружающую среду

ВОЗДЕЙСТВИЕ ДИОКСИНОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

В. С. Румак, Чинь Куок Кхань, А. Н. Кузнецов, Г. А. Софронов, Д. С. Павлов

Диоксин - 2,3,7,8-тетрахлордибензо-n-диоксин (2,3,7,8-ТХДД) - относится к семейству полихло-рированных дибензо-p-диоксинов и полихлори-рованных дибензофуранов, которые признаны стойкими органическими загрязнителями окру­жающей среды. Часто полихлорированные ди-бензо-p-диоксины и полихлорированные дибензо-фураны объединяют понятием "диоксины". Наи­более опасен для человека 2,3,7,8-ТХДД вслед­ствие своей очень высокой токсичности.

Хотя 2,3,7,8-ТХДД никогда не производился в качестве целевого продукта промышленностью, он, тем не менее, является побочным загрязните­лем многих химических производств, а также об­разуется при горении, в первую очередь синтети­ческих материалов. В этом можно усматривать основную причину его практически повсеместно­го распространения на нашей планете, особенно

на территориях промышленно развитых стран. Для России проблема диоксиновых загрязнений чрезвычайно актуальна, однако внимание к ней и в аспекте научных разработок, и в плане практи­ческих решений явно недостаточное.

Исследования во Вьетнаме позволяют полу­чать уникальные знания об особенностях токсич­ности этих ядов в реальных условиях их воздей­ствия на природу и человека. Это очень важно, поскольку их токсичность зависит от многих внешних, внутренних и временных факторов, а в природе диоксины обычно не находятся в изоляции. Следовательно, только по данным мониторинга со­держания этих ядов в различных объектах окружа­ющей среды, то есть без учёта особенностей их ток­сичности в условиях комбинированного и сочетанного действия многих факторов, практически невозможно представить, сколь многообразны опасности, которые могут подстерегать человека после загрязнения диоксинами окружающей сре­ды. Поэтому мы сочли необходимым включить в круг исследований во Вьетнаме:

  • проблемы миграции и перераспределения ди­оксинов в экосистеме, формирования вторичных очагов загрязнения и антропогенной трансфор­мации природы;

  • молекулярные механизмы биологической ак­тивности, закономерности возникновения у лю­дей "диоксиновой патологии";

  • влияние диоксинов на онкологические и ин­фекционные заболевания.

Физико-химические свойства диоксинов де­тально изучены. Они устойчивы к действию кис­лот и оснований, хорошо растворяются в липидах и органических растворителях. Из окружающей среды легко проникают в организм животных

или человека, способны проявлять токсические эффекты даже через годы после экспозиции. Особенностями структуры и устойчивостью ди­оксина к действию ферментативной системы естественной детоксикации ксенобиотиков объ­ясняется необычайно продолжительный период его полувыведения из организма человека, кото­рый составляет не менее 8-11 лет [1,2].

Диоксины могут перемещаться в окружающей среде на значительные расстояния, расширяя зо­ну загрязнения. Поэтому для оценки потенциаль­ной опасности диоксинов необходимо исследо­вать их миграцию и трансформацию в природной среде, способность включаться в биологические циклы обмена, вызывать стойкие изменения эко­систем, негативно влиять на живые организмы.

Для диоксинов характерны эффекты биологи­ческого умножения. Попав в организм животных,они мигрируют по пищевым цепям от жертвы к хищнику, накапливаясь в высших трофических звеньях. Вследствие необычайно высокой ток­сичности передаваемые по трофическим цепям даже ничтожно малые количества диоксинов за­частую вполне достаточны для заметных воздей­ствий как на жертвы, так и на хищников. Человек оказался на высшей ступени в ряду биологиче­ских мишеней этих ядов.

Механизмы токсичности диоксинов во многом сходны с механизмами действия генотропных гормонов. Диоксины специальным образом акти­вируют диоксинчувствительные гены, запуская сложные каскады реакций, часть которых спо­собствует клеточным нарушениям. В ряде случа­ев диоксины могут изменять активность и нечув­ствительных к ним генов, расположенных рядом с чувствительными генами. Направленность кле­точных реакций и нарушений (воспаление, про-онкогенные реакции, нарушения клеточного де­ления и т.д.) зависит как от концентрации диокси­нов внутри клетки, так и от индивидуальных генетических особенностей (рис. 1) [3, 4]. След­ствием этих событий становятся изменения мета­болизма и гомеостаза, процессов пролиферации, дифференцировки и чувствительности клеток к регуляторам их жизнедеятельности, наконец, ак­тивация их трансформации и/или программируе­мой гибели (апоптоз). Кроме классического меха­низма действия диоксинов на диоксинчувствитель­ные гены, они могут повреждать биологические структуры (липиды, белки, нуклеиновые кисло­ты, в частности ДНК) опосредованно, за счёт уве­личения продукции активных форм кислорода, свободных радикалов. Эти повреждения могут приводить к развитию воспалительной реакции, апоптозу и некрозу [5].

Изменения системы "окружающая среда-че­ловек", возникшие после химической войны США во Вьетнаме, стали предметом наших ис­следований с 1988 г. Широкомасштабные загряз­нения диоксинами окружающей среды Вьетнама и приграничных территорий Лаоса и Камбоджи привлекли внимание учёных к такой проблеме, как оценка опасностей этих химикатов. Для уни­чтожения лесов и сельхозугодий в местах концен­трации Народной армии Вьетнама вооружённы­ми силами США было распылено более 91 тыс. т гербицидного препарата с условным названием "Оранжевый агент". Операция под названием "Ranch Hand (Рука фермера)" проводилась в 1962-1971 гг. За это время были практически полно­стью уничтожены или существенно повреждены тропические экосистемы на площади свыше 2.2 млн. га, что составляет 6.6% земельного фон­да страны и 29.3% всей площади сельскохозяй­ственных земель во Вьетнаме [6, 7]. Комбинация химических ("Оранжевый агент" и другие дефо­лианты), экологических (разрушение экосистем Вьетнама и загрязнение окружающей среды диоксинами) и термических (применение напалма) воздействий обусловила беспрецедентные эколо­гические последствия.

В состав "Оранжевого агента" в качестве при­меси входил 2,3,7,8-ТХДД. По оценкам экспер­тов, вместе с "Оранжевым агентом" его было распылено не менее 170 кг, а исследования, вы­полненные в последние годы, допускают даже и 700 кг [7]. По нашим расчётам, после применения "Оранжевого агента" средняя загрязненность по­верхности почв 2,3,7,8-ТХДД достигала 10 мкг на 1 м2 (из расчёта 170 кг ТХДД, распылённого вме­сте с "Оранжевым агентом") [8]. При этом в орга­низм человека могло попасть в среднем около 15 мкг 2,3,7,8-ТХДД. Это количество многократ­но превышает все известные стандарты безопас­ности. В зоне поражения оказались более 4 млн. человек [6, 7].

В 2005 г. в дополнение к уже известным меха­низмам перемещения диоксинов в окружающей среде - ветровой перенос, речные и ливневые стоки - нами установлен факт их миграции по почвенному профилю (рис. 2) [9]. Оказалось, что в тропических почвах эти химические вещества могут вертикально и латерально перемещаться вместе с фильтрующейся атмосферной влагой, в результате увеличивается их вынос в русла рек и в морскую акваторию. Так, со временем измени­лись конфигурации первичных очагов загрязне­ния и были сформированы вторичные очаги, при этом загрязнёнными стали не пострадавшие в го­ды войны экосистемы. Как было показано учё­ными Тропического центра, с течением времени диоксин трансформировался - в почвах образова­лись квазиколлоидные, пока малоизученные его формы. Они обладают в десятки раз большей растворимостью в воде [10]. Время попадания ди­оксинов в море совпало с массовой гибелью корал­ловых сообществ, заилением дна и системным хи­мическим загрязнением ила и гидробионтов [11].

Миграция диоксинов сопровождалась их пере­распределением внутри экосистем. Эти процессы снизили текущие уровни содержания диоксинов в отдельно взятых объектах, но привели к их по­ступлению практически во все биотические ком­поненты окружающей среды (почва → ил → пищевые продукты → кровь → плацента). Установлено, что даже через 30 лет после окон­чания войны жители некоторых обработанных "Оранжевым агентом" районов получают эти яды в количествах, достаточных, чтобы вызвать разнообразные нарушения здоровья. Между тем диоксины, присутствующие в окружающей среде, способны воздействовать на организм человека не только непосредственно, но и через нарушенные ими же экосистемы, вследствие чего токсические эффекты диоксинов в природной среде и в лабора­торных условиях могут существенно различаться. Именно такая особенность характерна для действия диоксинов на человека во Вьетнаме [12-14].

Очевидными последствиями химической вой­ны США во Вьетнаме стали разрушенные назем­ные экосистемы (рис. 3). После применения "Оранжевого агента" возникли загрязнённые ди­оксинами пустоши на площади до нескольких де­сятков квадратных километров, что лишило мил­лионы жителей Вьетнама, в первую очередь кре­стьян, привычных условий жизни. В годы войны крестьяне составляли около 70% населения всей страны (28 млн. из 40 млн.), в настоящее время до­ля сельских жителей в общей численности насе­ления (85 млн.) снизилась до 55% (около 47 млн. человек). Большая часть деревенского населения Вьетнама - это выходцы из этнической группы кинь. Традиции их семейной жизни прагматичны. Это обстоятельство в определённой степени гар­монизирует возможное многообразие влияний внешних и внутренних факторов на токсичность диоксинов, создавая более благоприятные усло­вия для исследований причинно-следственных связей их потенциальных опасностей.

До войны многие поколения жителей Вьетна­ма находились в достаточно стабильной экологи­ческой обстановке. Тропический климат и приро­да влияли на традиции и образ жизни населения. Сельскохозяйственная деятельность была ориен­тирована на натуральные технологии, а производ­ство - на ремесленничество. Основу рациона пи­тания составляли натуральные продукты, выра­щенные или добытые вблизи от дома.

С конца 80-х - начала 90-х годов прошлого ве­ка экономика Вьетнама активно развивается, при этом в окружающую среду попадают многие про­мышленные и сельскохозяйственные химикаты (например, вещества, входящие в состав удобре­ний, средства защиты сельскохозяйственных рас­тений, выбросы промышленных предприятий). Эти обстоятельства сформировали новые усло­вия для воздействия на людей загрязнителей окружающей среды. Если контакты довоенного и военного поколений (до начала 80-х годов) в ос­новном были ограничены диоксинами, то после­военное поколение подверглось воздействию как диоксинов, так и иных загрязнителей [15], поэто­му возникла необходимость исследовать опас­ность загрязнения диоксинами в новых условиях.

Изучая здоровье людей, пострадавших непо­средственно от "Оранжевого агента" или длитель­ное время (более 10 лет) проживающих на загряз­нённых территориях, мы выявили широкий спектр патологических состояний, которые объединили в понятие "диоксиновая патология" [16-18]. Это -совокупность патологических состояний от до­статочно специфических проявлений в виде пора­жений кожных покровов (хлоракне) или онколо­гических заболеваний до разнообразных патоло­гий со стороны различных органов и систем организма. Для "диоксиновой патологии" типич­ны длительный латентный период, который мо­жет продолжаться даже годы после контакта, а также устойчивые причинно-следственные связи с острыми или хроническими воздействиями ди­оксинов. Нами сформулирована гипотеза, основ­ной постулат которой допускает патогенетически значимые особенности механизмов действия ди­оксинов после изменения их внутриклеточных концентраций. Изначально высокая концентра­ция диоксина в организме может вызывать де­струкцию собственного цитозольного рецептора и таким образом блокировать типичные для его действия токсические эффекты. В дальнейшем, когда концентрация диоксина снижается до уров­ней, способствующих активации диоксинчувстви-тельных генов, запускаются механизмы форми­рования клеточных нарушений. В последнем слу­чае важную роль играют уровни содержания ядов, уже накопившихся в организме человека ("эндогенные" диоксины), а также сопутствую­щие неблагоприятные влияния потенциально опасных внешних и внутренних факторов.

Установлены и охарактеризованы особенно­сти и динамика "диоксиновой патологии" - от на­чальных этапов её формирования в клетках и внутриклеточных структурах до разнообразных системных медико-биологических последствий интоксикации. У пострадавших зарегистрирован повышенный уровень нестабильности генома и возрастание его чувствительности к воздействию сопутствующих, локальных факторов риска. На уровне соматических клеток такие эффекты вызывают нарушения функциональной активно­сти тканей, дисбаланс пролиферативных и элими-национных процессов, снижают защитные функ­ции организма, способствуют раннему развитию наследственно закреплённых заболеваний и преждевременному старению. За счёт вероятно­го увеличения перестроек хромосом в половых клетках возможны их повышенная элиминация (в том числе при сперматогенезе), ранняя эмбри­ональная гибель и нарушения в развитии плода. На загрязнённых территориях выявлены и эм-бриотоксические эффекты, которые связаны с присутствием диоксинов в организме матери.

Среди молекулярных особенностей диоксино­вой патологии важно отметить обнаруженное на­ми повышение чувствительности гена цитохрома CYP 1A1 к метилхолантреновым индукторам в лимфоцитах человека in vitro и удельной активно­сти этого фермента в печени. Весьма типичны иммунодепрессивные состояния, связанные со снижением функции специфической (гумораль­ной) защиты, нарушение процессов поддержания индивидуальных физиологических уровней вита­мина А в крови и биосинтеза железосодержащих соединений (гема) в гем-синтезирующих тканях организма. Эпидемиологический анализ связей внутриклеточных и клеточных аномалий с нару­шениями репродуктивной функции, встречаемо­стью соматической патологии, дополненный ре­зультатами генеалогических исследований, позво­лил отнести наблюдаемые негативные эффекты на счёт вредных экосистемных воздействий факто­ров окружающей среды, сложившихся после при­менения "Оранжевого агента" (рис. 4). Мы пока­зали, что потери здоровья у пострадавших состав­ляют от года до 1.4 лет благополучной жизни за каждые 10 прожитых лет [18].

Связь между диоксинами и онкологическими заболеваниями, такими как саркома мягких тка­ней, неходжкинская лимфома и болезнь Ходжки-на, множественная миелома, гепатоклеточная карцинома, рак дыхательных путей, кожи, мочево­го пузыря и аденома предстательной железы в по­жилом возрасте, известна. Международное агент­ство по изучению рака отнесло диоксины к особо опасным для человека канцерогенам [19]. Со­гласно нашим исследованиям, в организме жите­лей регионов, где был распылён "Оранжевый агент", накопленных "эндогенных" диоксинов может быть вполне достаточно для активации процессов канцерогенеза [20]. Проверка этого за­ключения потребует длительных специальных исследований.

Влияние диоксинов на инфекционные заболе­вания многогранно. На примере распространения чумы в центральной части Вьетнама мы установи­ли значимое воздействие экоцидных последствий химической войны на рост заболеваемости антро-позоонозами. Системные исследования причин вспышек острых пневмоний, малярии, туберкулё­за и обычных урогенитальных инфекций в регио­нах, где применялся "Оранжевый агент", показа­ли, что эти заболевания во многом определялись иммунотоксическими свойствами диоксинов [21]. В последние годы обнаружено новое явление -активация диоксинами вирусов, промоторы генов которых содержат диоксинчувствительные эле­менты (диоксинчувствительные вирусы). К ним относят следующие тесно ассоциированные с опухолями и инфекциями вирусы человека: им­мунодефицита первого типа, гриппа типа А, гепа­тита В, папилломавирус, цитомегаловирус, вирус Эпштейна-Барра. Оказалось, что в пострадав­ших от химической войны регионах Вьетнама в организме людей и животных существующего уровня содержания диоксинов вполне достаточно для их эффективного связывания с диоксиновы-ми рецепторами клеток и возникновения состоя­ния ареактивности на антигенные детерминанты этих вирусов [22, 23]. Такие процессы могут при­вести к фатальным последствиям от конкретного инфекционного заболевания, вспышкам инфек­ционных и онкологических заболеваний вирус­ной этиологии.

* * *

Более 20 лет учёные Российско-Вьетнамского тропического научно-исследовательского и тех­нологического центра изучают экологические и медико-биологические последствия химической войны США во Вьетнаме. Они показали, что ди­оксины - эти стойкие загрязнители окружающей среды - из первичных очагов загрязнения, кото­рые обычно ограничены поверхностными слоями почв, могут латерально и вертикально мигриро­вать в почве, попадать в русла рек, моря, образуя при этом вторичные очаги. Массированная экс­пансия диоксинов в живую природу приводит к зна­чительным трансформациям эволюционно сложив­шихся наземных и морских экосистем, развитию новых, как правило, более простых по структуре и видовому составу.

Медико-биологические исследования свиде­тельствуют о продолжающемся токсическом воз­действии на человека остаточных количеств ди­оксинов. Обоснована и апробирована схема реа­билитации пострадавших, имеющих наиболее распространённую форму "диоксиновой патоло­гии" [15]. В последние годы выявлены новые формы "диоксиновой патологии". При низких уровнях воздействия диоксинов для них характер­ны значимый рост встречаемости системной со­матической патологии и нарушения детородной функции на фоне высокого пула клеток с повы­шенным уровнем цитотоксических и цитогенети-ческих перестроек. При увеличении уровней экс­позиции встречаемость "диоксиновой патологии" снижается [18]. Подобное явление в токсикологии получило название "парадоксальная токсичность" [20]. Кроме того, обнаружено новое явление - акти­вация диоксинами многих ассоциированных с опу­холями и инфекциями диоксинчувствительных ви­русов, включая вирус гриппа птиц (H5N1) [21-24].

Эти результаты открыли перспективы для по­иска способов предупреждения потенциальных опасностей диоксинового загрязнения на терри­тории России. В окружающей среде умеренных и особенно северных широт диоксины сохраняют­ся, мигрируют и перераспределяются гораздо дольше, чем в тропиках. Вследствие этого возни­кают более устойчивые, а потому и более опасные очаги загрязнения. В таких условиях реаль­ным становится достаточно продолжительное па­тогенное воздействие диоксинов на природу и человека, высокая вероятность формирования и развития в нескольких поколениях людей "диок-синовой патологии". Очевидно, что полученные в тропиках Вьетнама знания актуальны для преду­преждения неблагоприятных последствий, кото­рые могут сопутствовать стремительному техно­генному развитию северных регионов России.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Schlatter L. Data on kinetics of PCDDs and PCDFs as prerequisite for human risk assessment // Biological Ba­sis for risk assessment of dioxins and related com­pounds. Banbury Report. Cold Spring Harbor Lab. 1991. V. 35. P. 215-228.

  2. Olson J.R., MacCarrlgle B.P., Gigliotti P.S. et al. Hepat­ic uptake and metabolism of TCDD and TCDF // Fun-dam. Appl. Toxicol. 1994. V. 22. P. 631-640.

  3. Song Zhijuan, Pollenz R.S. Functional Analisis of Mu­rine Aryl Hydrocarbon (AH) Receptors Defective in Nu­clear Import: Impact on AH Receptor Degradation and Gene Regulation // Mol. Pharm. 2003. V. 63. P. 597-606.

  4. Жученко Н.А., Умнова Н.В., Румак B.C. и др. Врождённые морфогенетические варианты и ге­нетический полиморфизм системы детоксикации ксенобиотиков у детей из загрязнённых диоксина­ми районов в южном Вьетнаме // Вестник РАМН. 2006. № 7.

  5. Senft F.A.P, Dalton Т.P., Nebert D.W. et al. Dioxin in­creases reactive oxygen production in mouse liver mito­chondria // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2002. V. 178. P. 15-21.

  6. Herbicides in war: the long-term ecological and human consequences / Ed. Westing A.H. London and Philadel­phia: Taylor & Francis, 1984.

  7. Stellman J.M., Stellman S.D., Christians R. et al. The ex­tent and patterns of usage of Agent Orange and other her­bicides in Vietnam // Nature. 2003. V. 422. P. 681-687.

  8. Диоксины - суперэкотоксиканты XXI века. Диокси­ны во Вьетнаме (методические вопросы анализа, уровни загрязнённости, распространение и детокси-кация). М.: ВИНИТИ, 2003. Информ. вып. № з.

  9. Павлов Д.С, Клюев НА., Шелепчиков А.А. и др. Вертикальное распределение полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов в почвах Вьетнама // Доклады АН. Геохимия. 2005. Т. 402. С. 1-3.

  1. Шелепчиков А.А. Изомерноспецифический анализ и детоксикация полихлорированных дибензо-п-ди­оксинов и дибензофуранов в условиях субкритиче­ской экстракции // Автореф. дисс. канд. хим. наук. М.:ГЕОХИ РАН, 2001.

  2. Павлов Д.С., Смурое А.В., Илъяш Л.В. и др. Со­временное состояние коралловых рифов залива Нячанг (южный Вьетнам) и возможные причины неблагополучия среды обитания склеротид // Био­логия моря. 2004. № 1.

    Павлов Д.С., Румак B.C., Софронов ГА., Кисе­лёв О.И. Химическая война США во Вьетнаме и некоторые медико-биологические проблемы по­слевоенного периода // Медицинский академиче­ский журнал. 2008 (в печати).

Loading

Календарь

«  Июнь 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Архив записей

Друзья сайта

  • Заказать курсовую работу!
  • Выполнение любых чертежей
  • Новый фриланс 24