Основные органические экотоксиканты
Нитриты, нитраты и нитрозосоединения
Нитраты представляют собой соли азотной кислоты (HNО3, нитриты же являются солями азотистой кислоты (HNО2). Нитриты легко окисляются в соответствующие нитраты. Концентрация первых в среде обычно очень низка (в воде, например 1-10 мг/л), в то время как концентрация нитратов высока (50-100 мг/л). Среди нитратов наиболее известны нитраты аммония, натрия, калия, кальция, обычно называемые селитрами. Все селитры широко и давно используются в качестве удобрений.
Токсические воздействия нитратов/нитритов достаточно полно изучены на различных видах животных, включая гидробионтов, и на человеке. Смертельная доза нитратов для людей составляет 8-15 г, а нитритов существенно ниже – 0,18г для детей и стариков, и 2,5г для взрослых.
Особо следует сказать о нитрозаминах – веществах весьма простой химической структуры, знакомых каждому химику. Низшие нитрозамины – диэтил- и диметилнитрозамины (НДЭА и НДМА) впервые были синтезированы во второй половине XIX в. Нитрозосоединения широко применяются в промышленности в качестве компонента ракетного топлива, антиоксидантов, являются промежуточными продуктами синтеза красителей, лекарственных препаратов и т.д. Нитрозосоединения входят также в состав противокоррозийных препаратов, применяются как пестициды и противоопухолевые агенты.
Исключительно важной особенностью нитрозаминов является возможность их образования из химических предшественников в объектах окружающей среды, в продуктах питания и даже в организме. Эти агенты обладают широким спектром биологических эффектов, однако главным и, очевидно, наиболее опасным их свойством, является способность вызывать опухоли. Установлено, что из 332 разных нитрозосоединений, изученных к концу прошедшего ХХ века, 290 (87%) оказались способными вызывать опухоли в эксперименте на животных. В целом, даже относя нитрозосоединения к группе 2А, эксперты МАИР неоднократно подчеркивали, что наиболее распространенные НДМА и НДЭА целесообразно рассматривать как практически канцерогенные для человека, т.е. как факторы группы 1.
Нитрозосоединения оказывают также и трансплацентарное действие и при попадании в организм беременных самок вызывает токсический эффект на эмбрионов, что приводит к развитию уродств и/или опухолей у потомства. установлено, что эмбрион наиболее чувствителен к летальному воздействию нитрозосоединений в первые дни беременности, к канцерогенному – на стадии гистогенеза, и тератогенному – на стадии органогенеза. При экстраполяции этих наблюдений на человека, исследователи пришли к заключению, что наибольший риск эмбриотоксического действия падает на 1-ю и 3-6-ю недели беременности, тератогенного – на 2-8-ю, а канцерогенный – на период позже шести недель беременности.
Асбест и другие минеральные волокна
Минеральные волокна относительно устойчивы и длительное время находятся в окружающей среде. Они могут переноситься с воздушными массами и водными потоками на большие расстояния. Вместе с тем минеральные волокна, как в водной среде, так и в живых организмах обычно претерпевают определенные химические изменения и, кроме того, они способны адсорбировать на себе различные органические вещества. Асбест отнесен по классификации МАИР к гр. 1 канцерогенного риска, т.е. является безусловным канцерогеном для человека.
Следует указать, что в специально проведенных эпидемиологических исследованиях была установлена и канцерогенность талька, содержащего асбестовидные волокна, который также отнесен к группе 1.
Полициклические ароматические углеводороды
Известно огромное количество полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Соединения этой группы распространены убиквитарно и встречаются практически во всех сферах окружающей человека среды. Индикаторное значение для всех ПАУ имеет бензо(а)-пирен (БП). Это положение впервые было сформулировано еще в 1966 г. Л.М. Шабадом и его школой (А.П. Ильницкий, Г.А. Белицкий, А.Я. Хесина, А.Б. Линник и др.).
Установлено, что БП и другие ПАУ возникают как продукт абиогенного происхождения в результате вулканической деятельности. Экспериментально доказана и возможность синтеза ПАУ различными микроорганизмами и растениями, этим путем в биосферу поступает ежегодно до 1000 тонн БП. В формировании природного фона БП принимают участие и другие источники, например, лесные пожары.
Основные антропогенные источники ПАУ:
1) стационарные, т.е. промышленные выбросы от коксохимических, металлургических, нефтеперерабатывающих и иных производств, а также отопительных систем и предприятий теплоэнергетики;
2) передвижные, т.е. наземный, в основном, автомобильный транспорт, авиация, водный транспорт. Установлено, что только за 1 минуту работы газотурбинный двигатель современного самолета выбрасывает в атмосферу 2-4 мг БП. В атмосферу от этого источника поступает ежегодно более 5000 тонн БП. БП и другие ПАУ образуются главным образом в процессе горения самых различных горючих материалов (уголь, древесина, сланцы, нефтепродукты) при температурах около 80°С и свыше 500°С. ПАУ попадают в атмосферу со смолистыми веществами (дымовые газы, копоть, сажа и т.д.), поступают в водоемы со стоками различных видов, атмосферными осадками, выбросами водного транспорта и т.д.
Поскольку в нефти содержание БП колеблется в очень широких пределах (по отечественным данным – от 250 до 8050 мкг/кг), то весьма актуальна проблема загрязнения среды сырой нефтью в результате ее добычи и транспортировки. Особенно сильно земли загрязнены нефтью и нефтепродуктами в регионах, насыщенных нефтепромыслами и нефтеперерабатывающими предприятиями, а также в местах аварий на трубопроводах.
Диоксины Диоксины и диоксиноподобные соединения представляют собой наиболее опасную химическую угрозу для здоровья и биологической целостности человечества и окружающей среды. К диоксинам относят большую группу высокотоксичных веществ – полихлорированных или полибромированных дибензодиоксинов и дибензофуранов. Под общим условным названием "диоксины" рассматривается большая группа полигалогенированных ароматических соединений, имеющих сходные физико-химические свойства и механизмы биологического действия. Эта группа объединяет 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД, диоксин), обладающий наибольшей биологической активностью, и целый ряд родственных диоксину, так называемых «диоксиноподобных» или «диоксинсодержащих» соединений с относительно меньшей биологической активностью. К последним относятся определенные изомеры полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД), дибензофуранов (ПХДФ) и бифенилов (ПХБ).
Диоксины, являясь химически и физико-химически практически абсолютно инертными веществами, характеризуются чрезвычайно высокой токсичностью, опасностью и политропной или пантропной биологической активностью. Диоксины – чрезвычайно стабильны в сильнокислых и щелочных растворах, устойчивы к действию окислителей. Растворяются диоксины хорошо лишь в органических растворителях. Растворимость в воде ~ 10-7 мг/л, однако в присутствии водорастворимых полимерных веществ (например, гумусовых и фульвокислот) растворимость повышается за счет процессов комплексообразования.
Основными источниками образования диоксинов являются предприятия химической, электротехнической, лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и цветной металлургии, то есть те предприятия, где в производственном цикле используются хлорорганический синтез, сжигание хлорорганических соединений, процессы хлорирования при отбеливании целлюлозы в целлюлозно-бумажной промышленности, получение металлов из их хлоридов при высокотемпературных процессах. Большое количество диоксинов поступает в атмосферу при производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, работающих на угле, дизельном топливе, мазуте, а также при сжигании бытового и промышленного мусора на мусороперерабатывающих предприятиях. Значительный вклад в загрязнение окружающей среды диоксинами вносят выбросы автотранспорта. В последние десятилетия диоксин и диоксинсодержащие экотоксиканты непрерывно синтезируются человечеством во все возрастающих масштабах, попадают в природную среду и накапливаются в ней.
Воздействию диоксинов подвергается почти любой житель города, потому что, наряду с целлюлозно-бумажными комбинатами, источниками диоксинов являются такие объекты как мусоросжигательные заводы, дизельное топливо, ТЭЦ, работающие на угле с примесями хлора, деревообрабатывающие предприятия, горящие свалки, питьевая вода, в которую диоксины попадают при хлорировании. Правда, диоксин был обнаружен и в мумиях жителей Гренландии, умерших за многие сотни лет до начала индустриальной революции. Этот факт дает основание полагать, что диоксины образовывались не только в индустриальную эру при определенных видах химического синтеза, но и значительно раньше при любых процессах горения, хотя и не в таких масштабах как в последние 200 лет. Накоплению диоксинов в окружающей природной среде способствовали аварии на крупных промышленных предприятиях США (1949 г.), ФРГ (1953 г.), Голландии (1963 г.), аварии в Севезо (1976 г.), в Уфе (1992 г.), однако особо крупные зоны заражения до сих пор имеются во Вьетнаме.
Диоксины могут поступать в организм человека всеми возможными путями: через желудочно-кишечный тракт с зараженной пищей и водой, через неповрежденную и поврежденную кожу, ингаляционно с частицами аэрозолей, через открытые слизистые оболочки и пр.; трансплацентарно и с молоком матери передаются плоду и ребенку. Эти ксенобиотики обладают выраженной способностью к материальной кумуляции: период полувыведения ТХДД из организма человека составляет от 5,8 до 32,5 лет, в среднем — 7,4 года. Расчетная средняя смертельная доза диоксина при однократном поступлении в организм человека составляет приблизительно 50 мкг/кг массы тела, минимальная действующая доза — ориентировочно 0,1 мкг/кг
Основным принятым показателем токсичности диоксинов служит их онкотоксичность, выражаемая в долях от наиболее токсичного из всех синтетических веществ - 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксина (ТХДД).
В природе диоксины испаряются с поверхности достаточно медленно. Они постепенно переходят в органическую фазу почвы или воды, мигрируют в виде комплексов с органическими веществами и включаются в пищевые цепи.
Долгое время негативное воздействие диоксинов на живое вещество оставалось незамеченным, так как, эти соединения, не являясь целевыми продуктами человеческой деятельности, присутствуют в продукции или отходах многочисленных технологий в виде микропримесей. Однако все диоксины обладают высокой биологической активностью. Попадая в живые организмы, диоксины не выводятся и, накапливаясь в организме, влияют на важные биохимические процессы. Особенно подвержены поражающему действию диоксинов женщины и дети.
Главная опасность диоксинов в их влиянии на иммуноферментную систему человека. Подавляя иммунную систему, диоксины усиливают действие радиации, аллергенов, токсинов, провоцируют развитие онкологических заболеваний, болезней крови и кроветворной системы, эндокринной системы, врожденных уродств. Изменения передаются по наследству. Накапливаясь в организме человека и животных, диоксины вызывают, в основном, отдаленные эффекты: онкологические заболевания, нарушение развития, репродуктивные и иммунологические расстройства, эндокринные нарушения, которые в совокупности обозначают как «диоксиновую патологию».
