Пути поступления ксенобиотиков в организм человека

Пути поступления ксенобиотиков в организм могут быть различными: через легкие, кожу и пищеварительный тракт. Самый простой путь проникновения – через дыхательные пути, так как легкие обладают большой поверхностью всасывания легочных альвеол (100-150 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования токсинов. Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Происходит оно по закону диффузии в соответствии с градиентом концентрации. Так поступают в организм многие летучие неэлектролиты: углеводороды, спирты, эфиры и другие соединения. Через легкие в организм могут попадать и быстро всасываться в кровь газы, пары, аэрозоли. Легкие постоянно подвергаются воздействию таких факторов, как сигаретный дым, озон, диоксид азота и другие летучие токсичные вещества.

Проникновение веществ через кожу осуществляется через эпидермис, сальные и потовые железы и через волосяные фолликулы. Через кожу хорошо проникают низкомолекулярные и липофильные соединения. Скорость и возможность проникновения ксенобиотиков через кожу зависят от состояния кожного покрова: повреждение рогового слоя и жировой смазки кожи приводит к увеличению всасывания.

Всасывание многих веществ происходит через слизистую оболочку полости рта путем простой диффузии и оттуда, минуя печеночный барьер, в кровеносную систему. Жирорастворимые соединения достаточно легко проникают через слизистую оболочку желудка в кровь. На протяжении желудочно-кишечного тракта существующие градиенты pH определяют скорость всасывания токсических веществ. На их всасывание также влияет кровоснабжение стенки желудка и кишечника, моторика желудочно-кишечного тракта. Из пустого желудка вещества всасываются лучше, чем из наполненного. Если ксенобиотик поступает в желудок с пищей, то возможно взаимодействие с ее компонентами: растворение в жирах и воде, абсорбция белками и т.д., что уменьшает их контакт со слизистой.

Некоторые ксенобиотики всасываются через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта путем пассивной диффузии неионизированных жирорастворимых молекул через мембрану клеток. Поэтому их всасывание после еды уменьшается за счет увеличения степени ионизации молекул. Другие соединения всасываются путем активного транспорта с помощью транспортных систем клеточных мембран. Если пища содержит компоненты также всасывающиеся путем активного транспорта (рибофлавин, аскорбиновую кислоту, препараты железа, мясной, растительный и молочный белок), то возникает конкуренция между элементами пищи и ксенобиотиками. Наибольшая скорость всасывания отмечена в тонкой кишке, наименьшая – в толстой. Причиной этого является меньшая площадь поверхности слизистой оболочки этого отдела, и, как правило, более низкая концентрация ксенобиотиков в сравнении с вышележащими отделами.

Влияние пищевых продуктов на всасывание ксенобиотиков:

 молоко и молочные продукты на 20-80% снижают всасывание тетрациклиновых антибиотиков;

 молоко увеличивает скорость всасывания нестероидных противовоспалительных средств (бутадион, вольтарен, индометацин и других), препаратов гормонов коры надпочечников (преднизолон, дексаметазон и других);

 алкогольные напитки, раздражая слизистую желудка, стимулируют секрецию соляной кислоты, задерживают эвакуацию содержимого желудка, что может облегчать всасывание ксенобиотиков и повышать их токсичность.

Для уменьшения негативного влияния токсических веществ на слизистую желудка утром на завтрак полезно употреблять овсяную или рисовую крупу, которая при отваривании образует большое количество слизистого отвара. Кроме этого слизистый отвар образуют корень лопуха, ятрышник и другие диетические легкие каши, являясь эффективным средством защиты слизистой желудка от раздражающего действия токсических веществ.

После всасывания из желудочно-кишечного тракта, через кожу или легкие чужеродные соединения и их метаболиты могут проходить через барьерные ткани, например, гематоэнцефалический барьер и плаценту. Гематоэнцефалический барьер на уровнях «кровь – мозг» и «кровь – спинномозговая жидкость» – это типичные липопротеиновые мембраны, и чужеродные молекулы преодолевают их также путем простой диффузии, со скоростью, пропорциональной растворимости в липидах. Плацента состоит из активно метаболизирующей ткани, образует сложный барьер между кровообращением матери и плода. Проходя через него, сложные соединения могут далее превращаться в различные метаболиты или накапливаться.

Поступление ксенобиотиков в организм обусловлено, с одной стороны, с их собственными свойствами (способностью образовывать прочные связи с мембраной, характером этих связей, обеспечивающих длительность удерживания на белково-липидном комплексе, способностью конкурировать с обычными метаболитами), с другой – свойствами самого организма, определяющими из которых являются:

 состояние иммунной системы;

 половые различия;

 возраст;

 генетически обусловленная активность ферментов;

 наличие соматических заболеваний и другие.

Ферментопатический эффект ксенобиотиков связан с повреждением ферментов тканевого дыхания, биоэнергетики, детоксикации и антиоксидантной защиты, что приводит к развитию патологических реакций.

В основе мембранопатологического действия лежит повреждение мембранных рецепторов нейромедиаторов, гормонов и других сигнальных молекул межклеточного взаимодействия, нарушение структуры мембран клеток, митохондрий и лизосом.

При метаболических нарушениях ксенобиотики связываются с клеточными рецепторами, медиаторами, гормонами, что приводит к снижению синтеза белков, нарушению окислительно-восстановительных процессов и метаболизма жирных или аминокислот.

Многие ксенобиотики могут вызывать иммунологическую сенсибилизацию организма и делать его более чувствительным к другим веществам, становиться причиной разнообразных аллергических состояний.

16. Влияние некоторых загрязняющих веществ атмосферного воздуха на здоровье населения

Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом.

Диоксид серы (SO2) токсичен, биологический период полураспада составляет несколько лет. При вдыхании диоксида серы за счет влажности дыхательных путей из него образуется сернистая кислота, которая вызывает бронхо- и ларингоспазмы, сенсибилизацию, склеротические изменения в легких, нарушает свойства мембранного комплекса, создает гипоксию.

При повышенной концентрации пыли токсическое действие SO2 проявляется значительно сильнее, чем в воздухе, свободном от пыли. Комбинация диоксида серы с оксидами азота значительно увеличивает число заболеваний дыхательных путей. При среднесуточной концентрации сернистого газа 0,1-0,2 мг/м3 у населения наблюдается обострение заболеваний верхних дыхательных путей. Резкое увеличение числа случаев заболеваемости бронхитами у людей старше 55 лет отмечается на следующий день после повышения среднесуточной концентрации сернистого газа до 0,7 мг/м3.

Диоксид азота (NO2) – относится к классу высокоопасных химических веществ. Исследования ВОЗ показывают, что экспозиция по диоксиду азота в атмосферном воздухе в крупных городах может приводить как к острым, так и к хроническим эффектам на здоровье, особенно у восприимчивой части населения, к которой относятся люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей, сердечно-сосудистыми болезнями и дети. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. К сенсорным эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие NO2. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает присутствие этого газа. Однако способность организма обнаруживать NO2 пропадает после 10 минут вдыхания вследствие снижения обоняния. Диоксид азота ослабляет ночное зрение – способность глаза адаптироваться к темноте. Функциональным эффектом, вызываемым NO2, является затруднение дыхания. Эта реакция наблюдается у здоровых людей при концентрации NO2 0,056 мг/м3, у больных хроническими заболеваниями легких при концентрации 0,038 мг/м3. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, развиваются патологические эффекты: катаральные явления верхних дыхательных путей, бронхиты, пневмонии, в тяжелых случаях отек легких.

При контакте оксида азота с влажной поверхностью легких образуются кислоты (HNO2 и HNO3), раздражающие легочную ткань, вызывающие расширение сосудов и снижающие кровяное давление. Попадая в кровь, они повреждают эритроциты, превращая оксигемоглобин в метгемоглобин, что приводит к развитию кислородной недостаточности.

Д.А. Шмаров и др. (2000), исследуя показатели эритроцитарной системы у людей, длительно работавших в атмосфере, загрязненной окислами азота, определили снижение уровня эритроцитов в крови, а также увеличение кислотной резистентности эритроцитов и проницаемости их мембран. Таким образом, при хронической интоксикации окислами азота наблюдается «неэффективный эритропоэз».

Воздействие на организм человека NO2 снижает сопротивляемость к заболеваниям, усиливает действие канцерогенных веществ, способствуя возникновению злокачественных новообразований. Поскольку присутствие в атмосфере диоксида азота тесно связано с формированием или присутствием в воздухе других загрязнителей, еще не совсем ясно, может ли длительное воздействие относительно малых концентраций исключительно диоксида азота влиять на смертность или заболеваемость.

Взвешенные частицы оказывают множество неблагоприятных эффектов на здоровье. Доказано их влияние на показатели общей смертности, смертности от сердечно-сосудистых и легочных заболеваний. Отмечена их роль в развитии таких симптомов как кашель, боли в грудной клетке, свистящее затрудненное дыхание, затруднение носового дыхания, жжение и краснота глаз.

При контакте пылевой частицы с альвеолярным макрофагом, повышается уровень потребления клеткой кислорода. Однако поглощенная молекула кислорода ферментной системой фагоцитов превращается в кислородные радикалы, что может являться причиной развития патологии.

Поглощая коротковолновую часть солнечного спектра, пылевые частицы снижают количество достигающего земной поверхности ультрафиолета, что способствует ослаблению адаптивных свойств у всех живых организмов. Сажевые частицы способны адсорбировать значительные количества различных соединений, включая полиароматические, перенося, таким образом, вредные соединения в атмосфере.

По данным ВОЗ при концентрации пыли в атмосферном воздухе 0,08 мг/м3, человек ощущает дискомфорт. При дальнейшем увеличении содержания пыли до 0,25-0,5 мг/м3 наблюдается ухудшение состояния больных с легочными заболеваниями. Постоянное пребывание людей в атмосфере с концентрацией пыли выше 0,5 мг/м3 приводит к более частым заболеваниям и возрастанию смертности.

Фенол (C6H5OH) – является общим протоплазматическим ядом и токсичен для всех клеток. Вдыхание паров фенола в течение непродолжительного времени может привести к раздражению носоглотки, ожогам дыхательных путей. C6H5OH очень быстро всасывается даже через неповрежденную кожу. Острое отравление сопровождается сильной слабостью, головной болью, тошнотой, рвотой, возможны аллергические проявления. После начальной фазы учащенного дыхания, обусловленной стимуляцией дыхательного центра, развивается отек легких, ступор, цианоз, нередко судороги. При хронических отравлениях наблюдается нарушение функций печени и почек. Зачастую фенол является причиной онкозаболеваний.

По результатам исследований Г.М. Забировой (1999) у детей, подвергшихся водному «фенольному» воздействию во внутриутробном, либо в грудном возрасте, отмечается увеличение частоты различных отклонений в состоянии здоровья в виде изменений опорно-двигательного аппарата, нервной системы, патологии желудочно-кишечного тракта, которые тесно коррелируют с иммунологическими и гормональными сдвигами. Со стороны эндокринной системы наблюдается активация коры надпочечников, нарушение реципрокных взаимоотношений в гипофизарно-тиреоидной системе с увеличением продукции тироксина у детей, подвергшихся «фенольному» воздействию в грудном возрасте, и вторичной гипофункцией щитовидной железы у детей, подвергшихся «фенольному» воздействию во внутриутробном периоде развития. «Фенольное» воздействие на иммунологическую реактивность в детском возрасте характеризуется угнетением клеточного иммунитета и активацией гуморального звена, приобретающей характер ответной реакции на стресс. Если это происходит во внутриутробном периоде развития, то наблюдается более глубокая поломка в иммунной системе.

18. По результатам исследований Г.М. Забировой (1999) у детей, подвергшихся водному «фенольному» воздействию во внутриутробном, либо в грудном возрасте, отмечается увеличение частоты различных отклонений в состоянии здоровья в виде изменений опорно-двигательного аппарата, нервной системы, патологии желудочно-кишечного тракта, которые тесно коррелируют с иммунологическими и гормональными сдвигами. Со стороны эндокринной системы наблюдается активация коры надпочечников, нарушение реципрокных взаимоотношений в гипофизарно-тиреоидной системе с увеличением продукции тироксина у детей, подвергшихся «фенольному» воздействию в грудном возрасте, и вторичной гипофункцией щитовидной железы у детей, подвергшихся «фенольному» воздействию во внутриутробном периоде развития. «Фенольное» воздействие на иммунологическую реактивность в детском возрасте характеризуется угнетением клеточного иммунитета и активацией гуморального звена, приобретающей характер ответной реакции на стресс. Если это происходит во внутриутробном периоде развития, то наблюдается более глубокая поломка в иммунной системе.

электромагнитные поля могут вызывать патологии развития эмбриона, воздействуя в различные стадии беременности. Установлено, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам и замедлить развитие плода.

В последние годы появились данные об индуцирующем влиянии электромагнитного излучения на процессы канцерогенеза (Pauly H., Schwan H.P., 1971, Semm P., 1980).

В основе механизма влияния неблагоприятных факторов внешней среды на развивающийся организм лежит повреждение генетического материала, т.е. образо-вание генных, хромосомных и геномных мутаций. В случае их возникновения и закрепления в соматических клетках они могут привести к опухолевому росту, преждевременному старению. Изменение наследственной информации, заключенной в геноме половых клеток, может передаваться по наследству и проявляться у последующих поколений в виде наследственных болезней или болезней с наследственной предрасположенностью. Мутации, совершающиеся при внутриутробном развитии организма, могут стать причиной различных врожденных уродств, аномалий обмена веществ. Спонтанные (самопроизвольные) мутации всегда совершаются в живых организмах под воздействием естественного радиационного фона, ошибок в репликации и репарации ДНК. Частота спонтанного мутирования различна для разных генов, но у каждого вида живых существ она генетически обусловлена. У человека в среднем на одну половую клетку приходится одна спонтанная генная мутация. Мутации, частота которых превышает частоту спонтанного мутирования, называются индуцированными, а факторы, их вызывающие, мутагенами.

Физическими мутагенами являются ионизирующие излучения (источники их – медицинские приборы, атомная энергетика, изотопы радиоактивных элементов, применяемых в промышленности), ультрафиолетовое излучение. С каждым годом возрастает актуальность изучения воздействия на организм человека электромагнитного излучения, особенно его тератогенного действия.

Химические мутагены, число которых на Земле очень велико, представлены в окружающей среде тремя основными группами (Ш.П. Дубинин, 1978):

 естественные неорганические вещества (нитраты, нитриты, тяжелые металлы) и естественные органические вещества (алкалоиды, гормоны и другие);

 переработанные природные соединения (продукты переработки нефти, сжигания угля и древесины, компоненты выхлопных газов, пищевые отходы и др.);

 химические продукты, не встречающиеся в природе, синтезированные человеком (пестициды, синтетические полимеры и другие, а также многие лекарственные и косметические средства).

Активными биологическими мутагенами являются вирусы, токсические продукты гельминтов.

Действие тератогенных факторов (тератогенов) особенно опасно в критические периоды индивидуального развития (периоды включения и переключения генов и изменения обмена веществ): оплодотворение, имплантация, плацентация, органогенез, отдельные временные отрезки плодного периода.

Тератогенные факторы могут быть эндогенными и экзогенными. Эндогенные тератогены связаны с изменениями обмена веществ у матери, «перезреванием» половых клеток, возрастом родителей, т.е. с неполноценным гормональным статусом, различными заболеваниями матери (инфекции, травмы – психические и физические, болезни сердца, легких, эндокринных желез, органов половой сферы, токсикозы беременности). Так у женщин, больных диабетом в активной или скрытой форме, число выкидышей, преждевременных родов и врожденных дефектов у их детей в 2 – 3 раза выше, чем у женщин без диабета (таблица 10).