Действие химические факторов на организм человека.
Лекция 7.
К природным химическим факторам относятся:
химический состав литосферы:
химический состав гидросферы;
химический состав атмосферы,
химический состав пищи.
Химический состав литосферы, атмосферы и гидросферы зависит от природного состава + выброс химических веществ в результате геологических процессов (например, примеси сероводорода в результате извержения вулкана) и жизнедеятельности живых организмов (например, примеси фитонцидов, эфирных масел) + выброс/использование химических веществ в результате антропогенной деятельности.
Действие химических факторов на организм человека может быть обусловлено: 1. избытком или недостатком содержания естественных химических элементов в окружающей среде (природные микроэлементозы); 2.избытком содержания естественных химических элементов в окружающей среде, связанным с деятельностью человека (антропогенное загрязнение), 3.присутствием в окружающей среде, а также в продуктах питания несвойственных им химических соединений и элементов (ксенобиотиков) вследствие антропогенного загрязнения, использование медикаментов, использование в быту (квартира, мебель, посуда, моющие средства и т.д.).
Антропогенные химические факторы: хозяйственно-бытовые отходы, промышленные отходы, синтетические материалы, используемые в быту, сельском хозяйстве и промышленном производстве, продукты фармацевтической промышленности, пищевые добавки.
Классификация химических факторов по происхождению:
1.Продукты полного и частичного сгорания органического топлива (угля, природного газа, нефтепродуктов, древесины), а также простые продукты окисления - токсические радикалы кислорода и перекиси, окислы азота, сернистый газ, окислы углерода;
2 .Продукты химической промышленности – бензол, фенол, ксилол, аммиак, формальдегид, отходы производства пластмасс, резиновой, лакокрасочной индустрии, нефтеперерабатывающей промышленности;
3.Продукты бытовой и сельскохозяйственной химии: пестициды, детергенты (моющие средства), синтетические ткани и краски, органические растворители для химической чистки, добавки, применяемые для консервации, придания органолептических свойств пищевым продуктам и косметическим средствам;
4. Тяжёлые металлы, поступающие в биосферу при сгорании органического топлива или с заводов, выплавляющих эти металлы из руд;
5. Неорганическая пыль (силикаты, асбест, частицы углерода);
6. Биологические поллютанты, растительные аллергены, бактериальные токсины;
7. Радионуклиды.
Классификация химических факторов по степени токсичности:
1. Малотоксичные соединения (аммиак, нафталин, этиловый спирт, бензин, окись углерода, бутан, нитраты);
2. Умеренно токсичные (уксусная и некоторые другие органические кислоты, спиты метиловый, бутиловый, пропиловый, табак, этилен, пыль;
3.Соединения повышенной токсичности (мышьяк, стронций , цинк, фенол, хлор, сероводород и сероуглерод, цианиды и др.);
4. Высоко токсические соединения (кадмий, ртуть, свинец и их соединения, полициклические хлорированные, ароматические углеводороды, токсические радикалы кислорода, серы, азота).
Химические факторы подразделяются на экзогенные и эндогенные.
Научно-технический процесс (НТП) привёл к тому, что человеку и другим живым существам на Земле приходится контактировать с химическими веществами, не встречавшимися ранее в эволюционном развитии. Или же приходится взаимодействовать с веществами, естественными для состава окружающей среды, но превышающими их изначальные концентрации.
В настоящее время широкомасштабное применение имеют более 60 тысяч химических веществ из 6 млн синтезированных. Ежегодно к ним прибавляется около 1 тыс новых химических соединений.
Пути поступления и распределения ксенобиотиков в организме:
1.чрезкожное: а) через эпидермис; б)через сальные и потовые железы; в)через волосяные фолликулы. Для низкомолекулярных и липофильных соединений основным является трансэпителиальный путь. На процесс всасывания в наибольшей степени влияют физико – химические свойства, и прежде всего их липофильность.
2.Проникновение через слизистые оболочки. Слизистые оболочки лишены рогового слоя и жировой плёнки. Резорбция веществ через слизистые определяется следующими факторами:1.агрегатное состояние вещества; 2.доза и концентрация ксенобиотика; 3.вид слизистой оболочки, её толщина 4.продолжительность контакта; 5.интенсивность кровоснабжения анатомической структуры.
3.пероральное поступление. Некоторые ксенобиотики могут поступать в организм при помощи активного транспорта. Но основным является механизм пассивной диффузии веществ через эпителий ЖКТ.
4.ингаляционное поступление. Ксенобиотики в форме газа или пара, могут легко проникать через лёгкие в кровоток. Крупные частицы накапливаются на слизистой верхних отделов дыхательных путей, средние в более глубоких отделах, мельчайшие могут достичь поверхности альвеол.
После резорбции ( всасывания) в кровь вещество в соответствии с градиентом концентрации распределяется по всем органам и тканям, вещества распределяются неравномерно в организме. Некоторые избирательно накапливаются в том или ином органе, ткани, клетках определённого типа. Например свинец, стронций депонируются в основном в костях. Различные токсиканты могут образовывать с биологическими молекулами ковалентные связи и таким образом накапливаться в тканях. Мышьяк вследствие высокого сродства к кератину депонируется в ногтях. Другой механизм депонирования накопление липофильных веществ в жировой ткани, например полициклические ароматические углеводороды, некоторые хлорорганические инсектициды.
Этапы реакции организма на загрязнение природной среды:
1.Накопление загрязнителей в тканях и органах.
2.Возникновение функциональных изменений, выходящих за пределы физиологической нормы.
3.Заболевание.
4.Смерть.
Следствия химического загрязнения природной среды:
1.появление мутантных организмов с различными формами патологии,
2. устойчивые изменения наследственных свойств и реактивности организма,
3.снижение уровня популяционного гомеостаза,
4.существенные изменения показателей здоровья населения (изменение физического развития, изменение структуры заболеваемости и смертности, снижение репродуктивного здоровья, усиление тенденции к формированию комбинированной патологи)
Действие ксенобиотиков: токсическое ( в том числе иммунотоксическое), канцерогенное, аллергенное, мутагенное, нарушение процессов регуляции (эффекторы нейро-эндокринной системы).
Условия, определяющие биологический эффект химических факторов:
Внешние:
доза и время воздействия,
путь поступления организм,
усиление действия за счёт комбинированного пути воздействия
Внутренние:
индивидуальные генетические, половые и возрастные особенности человека,
исходный уровень состояния здоровья.
Элиминация ( выведение) ксенобиотиков происходит:
в желудочно-кишечном тракте,
в почках,
в лёгких,
в коже
Печень, тонкий кишечник и почки являются центральными органами, в которых происходит концентрация и элиминация чужеродных молекул. Эти органы, как и поджелудочная железа наиболее чувствительны к клеточному повреждению ксенобиотиками. Очень часто такое повреждение происходит за счёт химически реактивных продуктов, которые повреждают макромолекулы, включая ДНК и белки.
Незначительное загрязнение окружающей среды химическими веществами оказывает слабое воздействие на организм человека. При достижении пороговой концентрации развивается неблагоприятная реакция, которая усиливается в дальнейшем при хронических воздействиях.
Порог вредного воздействия – это минимальная доза вещества, при котором в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.
В прошлом токсикология основывалась на мнении «доза определяет яд». Предполагалось, что малые количества яда не ведут ни к каким последствиям, а большие дозы – убивают. Исследования учёных фундаментально изменили принципы токсикологии. Сейчас известно, что частое воздействие малых доз токсинов ведёт к более серьёзным последствиям, чем однократное воздействие высоких доз.
Так, малые количества формальдегида, поступающие в жилые помещения из изолирующих материалов и мебели могут разрушить здоровье целой семьи. Или низко-дозированное воздействие пестицидов или хождение босиком в ранние критические периоды беременности по полу, изготовленному из прессованных материалов, может вызвать серьёзные дефекты центральной нервной системы у плода с необратимыми интеллектуальными нарушениями у рождённых детей.
Экологическая медицина рассматривает в основном хронические формы интоксикациии. Острые же отравления химическими веществами являются предметом токсикологии.
Первоначальная реакция организма на действие токсических веществ направлена на стимуляцию их выведения и обезвреживания. При очень слабых изменениях среды или её отдельных факторов защитно-приспособительные реакции могут не развиваться.
На ранних этапах воздействия токсических соединений в организме развиваются многообразные неспецифические метаболические и функциональные нарушения, которые характеризуются:
-различными нарушениями биоэнергетики клеток,
-снижением синтеза белков, порфирина и гема,
-нарушением систем антиоксидантной защиты,
-нарушением метаболизма аминокислот и жирных кислот,
-иммунными нарушениями.
При длительном действии токсического фактора снижается способность организма к выведению и обезвреживанию токсинов, истощаются защитные системы. В течение времени на фоне продолжающегося воздействия ксенобиотиков происходит истощение внутренних резервов. Развивается грубое нарушение электролитного обмена в клетках, тканевая гипоксия и метаболический ацидоз. Это проявляется симптомами заболеваний. В большинстве случаев имеющиеся отклонения расцениваются как обратимые пограничные состояния.
В то же время у 20% больных они могут перейти в хронические заболевания, так как происходит структурно-функциональная перестройка с развитием полиорганной недостаточности ( поражение многих органов). Характер недостаточности органов и систем определяется природой токсических веществ и уровнем здоровья человека.
Факторы, снижающие адаптацию к химическим воздействиям:
Недостаточность биоантиоксидантов(вещества, защищающие мембрану клетки от повреждения) в пищевом рационе: низкое содержание биоантиоксидантов в пищевом рационе из-за бедности почв, недостаточного разнообразия продуктов (низкое содержание в пищевом рационе овощей, ягод, фруктов), а также их разрушение при неправильном хранении и обработке, под воздействием радиации;
Наличие в продуктах питания веществ, угнетающих антиоксидантную систему (нитриты, нит- раты, продукты окисления жиров, ядохимикаты, радионуклиды, тяжёлые металлы);
Несоблюдение принципов рационального питания (высокая калорийность пищи, чрезмерное потребление жиров на фоне недостатка свежих овощей и фруктов, богатых клетчаткой, витаминами и микроэлементами).
Повышенная потребность в биоантиоксидантах: особое физиологическое состояние организма интенсивный рост, беременность, лактация, преждевременное старение); стрессовое состояние, инфекционные и неинфекционные заболевания, вредные привычки (курение, алкоголизм, наркомания), неблагоприятные климатические условия проживания, острые и хронические бытовые и производственные интоксикации.
Патологические реакции организма на действие химических факторов определяются:
Классом токсичности химического фактора, его способности накапливаться в тканях;
Дозами ксенобиотиков и путями поступления;
Временным интервалом (временем нахождения в условиях загрязнённой среды);
Состоянием индивидуальных механизмов защиты, возрастом и полом.
Механизмы токсического действия:
1.Мутагенное действие (гаметотоксичность).
Мутации в половых клетках могут вызываться малыми дозами ксенобиотиков . Контакт с сильными мутагенами возможен в особых производственных условиях. В настоящее время известно, что 5 - 10% химических соединений, используемых в хозяйственной деятельности, являются мутагенами. Эти вещества способны вызывать нарушения в генетическом аппарате половых клеток, которые могут привестик: бесплодию, гибели эмбрионов, наследственным дефектам.
Установлено, что около 10 % детей рождается с физическими и умственными дефектами, обусловленными нарушениями в генетическом аппарате. По генетическим причинам не донашивается 25 % беременностей. Цитогенетические исследования спонтанных абортов свидетельствуют о том, что каждый второй из них связан с мутацией в половых клетках родителей или оплодотворённой яйцеклетки на ранних стадиях её развития.
В некоторых случаях родители являются носителями структурных перестроек. Это ведёт к снижению репродуктивной функции (спонтанные аборты, мертворожденные) с одной стороны, а также к хромосомным аномалиям у плода, - с другой.
Имеются многочисленные данные о росте генетического груза. Так, у населения Европы объём генетического груза увеличился в 2 раза за последние 10 лет. Сейчас каждый 10-й европеец отягощён наследственной болезнью либо серьёзным пороком развития. По мнению ряда учёных 2-3% врождённых пороков развития обусловлены химическими агентами окружающей среды.
В экспериментальных исследованиях показано, что 90 % химических мутагенов индуцируют развитие злокачественных заболеваний.
2.Генотоксичность.Под генотоксическим эффектом понимается способность экологических факторов индуцировать мутации генов соматических клеток (стволовых клеток костного мозга, лимфоцитов, нейтрофилов, фибробластов, эпителиальных и т.д.), которые проявляются: нарушением процессов репарации ДНК, нестабильностью хромосом, хромосомными аберрациями.
Генотоксический эффект во внутриутробном периоде ведёт к развитию большинства врождённых пороков развития. В постнатальном периоде генотоксичность может быть причиной: аутоиммунных процессов, воспалительных, злокачественной трансформации клеток.
3. Ферментопатическое действие: a) блокада ферментных систем биоэнергетики клетки нару- шение гомеостаза, анаболических процессов гибель клеток в связи с поражением ядра; б) нарушение физико-химических свойств мембран разрушение мембраны разрушение клетки.
Множественная химическая чувствительность (МХЧ)
МХЧ – это заболевание, возникающее в результате воздействия нескольких химических неродственных соединений в дозах значительно ниже токсических. Характеризуется множественными признаками нарушений, как правило, двух и более органов. Чаще болеют женщины. Признаки заболевания проявляются чаще всего к 30 годам, средний возраст больных – 40 лет.
Факторы, влияющие на развитие МХЧ (способствующие):
1. Генетические (около 50 % населения характеризуются затруднённой детоксикацией (обезвреживание) ксенобиотиков. 2.Неполноценная диета. 3. Ожирение. 4.Возраст. 5.Пол. 6.Нарушения эндокринной системы. 7.Сопутствующие заболевания печени и почек. 8. Стрессовые факторы окружающей среды (дефицит кислорода, шум, температура).
Вещества вызывающие МХЧ:
1.Терпены – естественные летучие соединения растительного происхождения с характерным запахом (аромат свежих сосновых игл, цитрусовых, эвкалипта, жасмина). Наблюдается сезонное воздействие терпенов (максимум весной и летом).
2.Углеводороды (компоненты природного газа, продукты сгорания бензина).
3. Изделия, содержащие формальдегид: пластмассы, латексные краски, фанера, синтетические ковры, моющие средства, средства для укладки волос, шампуни, парфюмерные изделия, растворители для чистки одежды.
Группы риска по развитию МХЧ: работники автостоянок и бензозаправок, косметологи и парикмахеры, строители, продавцы хозяйственных и строительных товаров, жители домов с газовым оборудованием, жители квартир, в которых выделяется формальдегид, пассивные курильщики
Клинические проявления МХЧ: повышенная утомляемость, обшая слабость, сонливость, нарушение сна, тошнота, нарушение функции желудочно- кишечного тракта, головная боль, головокружение, нарушение концентрации внимания, изменение эмоционального статуса, в первую очередь депрессия, мышечная боль, бронхиты на фоне сниженного иммунитета.
Принципы лечения: исключение воздействия факторов вызывающих МХЧ.