Чем объясняется чрезвычайно высокая стойкость на местности диоксина
Диоксин
Токсичные модификаторы пластического обмена
2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин, ТХДД – это твердое кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления 305-307 0 С, кипения 800 0 С. В воде не растворяется, хорошо в жирах, липидах, органических растворителях. В химическом отношении инертен, чем объясняется его чрезвычайно высокая стойкость на местности (в почве может сохраняться до нескольких лет). Среди 10 миллионов синтезированных химических соединений диоксин – самое стойкое, его период полураспада – 10 лет.
Диоксин в организме накапливается в печени, жировой ткани, тимусе и легочной ткани. Из организма выводится очень медленно, период полувыведения у обезьян составляет 391 день.
Механизм действия диоксина, по-видимому, связан с наличием в его структуре четырех и может быть шести алкилирующих групп (четыре атома хлора и две эпоксидные группы в диоксановом кольце). Конфигурация молекулы диоксина в известной степени повторяет конфигурацию внутренней части молекулы нуклеотида, благодаря чему возможно «сшивание» молекулы нуклеотида в 4-6 точках.
Токсическое действие полигалогенированных ароматических углеводородов в настоящее время во многом связывают с их чрезвычайно высокой активностью, как индукторов ферментов гладкого эндоплазматического ретикулума печени, почек, легких, кожи и других органов (микросомальных ферментов), участвующих в метаболизме чужеродных соединений и некоторых эндогенных веществ. Диоксин является самым сильным из известных индукторов, в частности, монооксигеназ. При этом феномен индукции реализуется на уровне транскрипции генетической информации клетки.
Поскольку диоксин и диоксиноподобные вещества длительное время сохраняются в организме, наблюдается стойкая индукция микросомальных энзимов. При этом существенно изменяется не только скорость, но и характер биопревращений разнообразных чужеродных веществ, поступающих в организм (ксенобиотиков) и целого ряда эндогенных (прежде всего липофильных) биологически активных веществ, метаболизируемых при участии этой группы энзимов. В частности, существенно модифицируется метаболизм стероидов, порфиринов и каротиноидов, к числу которых относятся многие гормоны, витамины, коферменты и структурные элементы клеток.
Стойкая активация диоксином биопревращения некоторых ксенобиотиков, поступающих в организм с водой, продовольствием, вдыхаемым воздухом, может приводит к усиленному образованию реактивных промежуточных метаболитов и вторичному поражению ими различных органов и тканей. Модификация обмена стероидов (андрогенов, эстрогенов, анаболических стероидов, кортикостероидов, желчных кислот), порфиринов (простетические группы гемопротеинов, цитохромы, витамин В12 и т.д.), каротиноидов (витамины группы “А”), как известно, сопровождается выраженным нарушением обмена веществ. И тот и другой эффект, в сочетании, проявляются клинической картиной вялотекущего токсического процесса.
Клиника поражения. Диоксин может вызывать как острые, так и хронические отравления. Особенностью его токсического действия является медленное развитие признаков интоксикации. Проявления интоксикации характеризуются нарушением обмена веществ, патологическими изменениями энто- и эктодермальных тканей (поражение эпителия ЖКТ и печени, кожи и придатков кожи), атрофией лимфоидной ткани, нарушениями функций нервной системы и эндокринных желез (щитовидной, поджелудочной, половых желез).
Для острого отравления диоксином характерен латентный период, продолжающийся 5-7 дней после попадания яда в организм. На продолжительности латентного периода не сказывается существенно даже значительное увеличение доз этого вещества. Однако в латентный период могут проявляться симптомы интоксикации, обусловленной действием сопутствующих диоксину веществ: органических растворителей, гербицидов и т.д.
Хлоракне— угревидная сыпь, локализующаяся на верхних веках и под глазами, на коже скуловой части щек, за ушами, на коже носа. Может распространяться на кожу подмышечных впадин и паховой области, груди, спины, ягодиц, бёдер, наружных половых органов. Появлению хлоракне предшествуют отёк и эритема кожи. Высыпания сопровождаются зудом и активизируются при воздействии солнечной радиации, может присоединяться инфицирование, приводящее к развитию пиодермии, поверхностных фолликулитов, вплоть до абсцедирования. Впоследствии могут образовываться грубые рубцы, гиперкератоз.
Мейболииты— воспалительный процесс, локализующийся в мейболиевых железах верхних век.
Моча у больных поздней кожной порфирией тёмного, оранжево-коричневого цвета в связи с повышенной экскрецией порфиринов, особенно уропорфирина.
Клинические проявления со стороны дыхательной системы могут выражаться в развитии упорных катаров верхних дыхательных путей и бронхитов с одышкой. Часто поражение этой системы протекает бессимптомно и может быть выявлено только по снижению ЖЁЛ.
Поражение желудочно-кишечного тракта проявляется гастритами и хроническими колитами.
В некоторых случаях могут наблюдаться мышечные боли, отёки конечностей, развитие бурситов в области крупных суставов.
Гематологические изменения для интоксикации малохарактерны, но в тяжелых случаях могут развиваться анемия и даже панцитопения.
Воздействие летальных доз диоксина может приводить к прогрессирующему снижению массы тела и подавлению клеточного иммунитета (резко падает содержание α,β,γ- глобулинов). В патологический процесс могут вовлекаться сердечно-сосудистая, мочевыводящая и эндокринная системы.
Течение хронических интоксикаций затяжное, неравномерное, скудная симптоматика в начальном периоде ещё не является основанием для благоприятного прогноза, так как особенностью токсического действия диоксинов является наличие «отложенных эффектов», когда симптомы поражения развиваются спустя год и более после воздействия яда. Выраженность клинической симптоматики и преобладание тех или иных патологических синдромов очень вариабельны и зависят от дозы и длительности воздействия яда, от индивидуальной чувствительности. Провоцирующими факторами в развитии тех или иных проявлений интоксикации могут быть стрессовые ситуации или тяжелая физическая нагрузка.
Специалистами МАИР диоксин отнесен к числу соединений, канцерогенных для человека.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Некоторые из них очень токсичны, но токсичность среди них различается в 30 000 раз. Они сгруппированы вместе, потому что их механизм действия одинаков. Они активируют арилуглеводородный рецептор ( рецептор AH), хотя и с очень разными аффинностями связывания, что приводит к большим различиям в токсичности и других эффектах. Они включают:
СОДЕРЖАНИЕ
Химия
Существует 75 возможных конгенеров полихлорированных дибензо- п- диоксинов, но только 7 из них обладают сродством к рецептору AH и являются токсичными по этому механизму. Важнейшими структурами являются так называемые боковые хлорины в положениях 2, 3, 7 и 8. Эти 4 хлора также делают конгенеры устойчивыми, поскольку они предотвращают микробную деградацию. Дополнительный хлор делает соединения менее активными, но в основном эффекты остаются такими же, хотя и при более высоких дозах. Существует 135 возможных дибензофуранов и 10, в которых боковые хлорины подобны диоксину.
Всего 209 соединений ПХБ. Аналогично PCDD, по крайней мере, два боковых хлора в каждом кольце в положениях 3, 4 и / или 5 необходимы для диоксиноподобной активности. Поскольку рецептор AH требует плоской (плоской) структуры, только те конгенеры PCB, которые могут свободно вращаться вдоль оси C-C между кольцами, могут присоединяться к рецептору. Заместители в орто-положениях 2 и 6 предотвращают вращение и, таким образом, мешают молекуле занять плоское положение. Моно-орто конгенеры (один Cl в 2, 2 ‘, 6 или 6’) обладают минимальной активностью. Никакой значительной диоксиноподобной активности не замечено, если имеется два или более о-хлора. Бромированные диоксины и бифенилы обладают схожими свойствами, но они изучены гораздо меньше.
Многие природные соединения обладают очень высоким сродством к рецепторам AH. К ним относятся индолы, флавоны, бензофлавоны, имидазолы и пиридины. Эти соединения быстро метаболизируются, но постоянное поступление с пищей может вызвать активацию рецепторов, аналогичную фоновым уровням диоксинов. Однако они не достигают концентраций, вызывающих типичную диоксиноподобную токсичность.
Механизм действия
Связывание диоксиноподобных соединений с рецептором AH позволило измерить общую диоксиноподобную активность образца с помощью биоанализа CALUX (экспрессия гена химической активированной люциферазы). Результаты были сопоставимы с уровнями TEQ, измеренными с помощью гораздо более дорогостоящей газовой хроматографии с масс-спектрометрией высокого разрешения в пробах окружающей среды.
Токсичность
Токсичность диоксина основана на неправильной активации физиологически важного рецептора, и поэтому необходимо тщательно учитывать дозозависимую реакцию. Неправильная стимуляция многих рецепторов приводит к токсическим последствиям, например, передозировка витамина А приводит к несоответствующей активации рецепторов ретиноидов, что приводит, например, к порокам развития, а передозировка кортикостероидов или половых гормонов приводит к множеству побочных эффектов. Поэтому важно отделить эффекты низких доз, вызывающих активацию рецептора в физиологическом диапазоне, от эффектов высоких токсических доз. Это тем более важно из-за больших различий в экспозиции даже среди людей. Западное население сегодня подвергается воздействию диоксинов в дозах, ведущих к концентрации от 5 до 100 пикограмм / г (как ТЭ в теле), а самые высокие концентрации при случайных или преднамеренных отравлениях составляют от 10 000 до 144 000 пг / г, что приводит к серьезным, но не смертельным последствиям. результаты.
Наиболее значимыми токсическими последствиями воздействия диоксинов для людей и животных являются рак и влияние на развитие потомства. Оба были зарегистрированы в высоких дозах, наиболее точно в экспериментах на животных. Что касается эффектов развития, существует согласие, что нынешние уровни диоксинов во многих популяциях не очень далеки от тех, которые вызывают некоторые эффекты, но пока нет единого мнения о безопасном уровне. Что касается рака, то существуют разногласия относительно того, как экстраполировать риск от высоких токсичных доз на нынешнее низкое воздействие.
Токсичность для животных
Человеческая токсичность
Согласно исследованиям на животных, влияние на развитие может быть гораздо более важным, чем воздействие на взрослых. К ним относятся нарушения развития зубов и полового развития.
Пример различия в ответах четко прослеживается в исследовании, проведенном после катастрофы в Севезо, показывающее, что количество и подвижность сперматозоидов у мужчин, подвергшихся воздействию, были затронуты по-разному, в зависимости от того, подвергались ли они воздействию до, во время или после полового созревания.
Низкие выдержки. Эффекты после слабого воздействия, например, от еды, было трудно доказать. Уровни диоксинов в современном населении составляют от 5 до 20 пг / г (ТЭ в жире) и от 50 до 100 пг у пожилых людей или по крайней мере в 1000 раз ниже, чем при отравлениях (см. Выше). Деформации зубов считались вероятными после длительного кормления грудью, когда концентрации диоксинов были высокими в 1970-х и 1980-х годах. Когда концентрации снизились в течение 1990-х и 2000-х годов, эффекты больше не наблюдались. Согласно исследованию, проведенному в России, количество сперматозоидов у молодых мужчин 18-19 лет было ниже, когда уровень диоксина был выше в возрасте от 8 до 9 лет. Это произошло в промышленных условиях, в результате чего мальчики и их матери подверглись относительно высокому воздействию. Группа контаминации Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA) рекомендовала снизить уровни допустимого недельного потребления (TWI) на основе исследования среди детей в России. Эта рекомендация может быть оспорена, поскольку она не учитывает должным образом конкурирующие риски, связанные с утраченной пользой важных и полезных для здоровья продуктов питания, таких как определенная рыба. Уровни TWI не применяются для грудного вскармливания, поскольку считается, что польза от грудного молока намного важнее, чем отдаленные риски диоксинов. Общий вывод может заключаться в том, что пределы безопасности не очень велики в отношении эффектов развития, но токсические эффекты маловероятны при нынешних уровнях диоксинов в популяции.
Ряд перекрестных исследований показали связь между диабетом 2 типа и некоторыми соединениями СОЗ, включая диоксины. Такие наблюдательные исследования не могут доказать причинно-следственную связь, т. Е. Может существовать ассоциация, которая не доказывает, что одно является причиной другого. Основная проблема заключается в том, что аналогичные ассоциации могут быть обнаружены со многими совершенно разными СОЗ, которые имеют только длительный период полураспада и тенденцию к общему накоплению в липидах. Это говорит о том, что все они могут быть связаны с диетой и ожирением, которые на сегодняшний день являются наиболее частыми причинами диабета 2 типа.
Канцерогенность
Как и в случае со многими токсическими конечными точками диоксина, трудно установить четкую зависимость доза-реакция. Имеются данные о канцерогенности для человека после случайного или сильного воздействия на рабочем месте. Рост заболеваемости раком был скромным, на самом деле достичь статистической значимости было трудно даже после высоких аварийных или профессиональных воздействий, таких как отравления Юшо и Ючэн, несчастный случай Севезо и комбинированные профессиональные группы. Поэтому разногласия по поводу риска рака при низких уровнях диоксинов в популяции понятны. Проблема с оценками IARC заключается в том, что они оценивают только опасность, то есть канцерогенность при любой дозе. Вероятно, что существует практический безопасный порог для негенотоксичных диоксинов, и нынешние уровни популяции не имеют никакого риска рака. Таким образом, существует определенное соглашение о том, что риск рака также принимается во внимание, если установлены пределы суточного потребления для защиты от последствий для развития. Среди рыбаков с высокими концентрациями диоксина в организме смертность от рака снизилась, а не увеличилась. Все это означает, что в случае важных полезных продуктов питания и грудного вскармливания перед установлением пределов необходим тщательный анализ пользы / риска, чтобы избежать увеличения других рисков или потери пользы.
Оценка рисков
Полемика
Гринпис и некоторые другие экологические группы призвали к прекращению производства хлора. Однако сторонники хлорной промышленности говорят, что «запрет хлора будет означать, что миллионы людей в третьем мире умрут от недостатка дезинфицированной воды». Шэрон Бедер и другие утверждали, что полемика о диоксинах носит очень политический характер и что крупные компании пытались преуменьшить серьезность проблем, связанных с диоксинами. Участвующие компании часто говорят, что кампания против диоксина основана на «страхе и эмоциях», а не на науке.
Потребление человеком и уровни
Наибольшая нагрузка на организм была обнаружена в Западной Европе в 1970-х и начале 1980-х годов, и тенденции были аналогичными в США. Самым полезным измерителем временных тенденций является концентрация в грудном молоке, измеряемая на протяжении десятилетий. Во многих странах концентрации снизились примерно до одной десятой от концентраций 1970-х годов, а общие концентрации TEQ сейчас составляют порядка 5-30 пг / г жира (обратите внимание, что единицы измерения, пг / г такие же, как нг / г). кг, или нестандартное выражение ppt, которое иногда используется в Америке). Снижение связано со строгим контролем выбросов, а также с контролем концентраций в пищевых продуктах. В молодом взрослом женском населении США (возрастная группа 20–39 лет) концентрация липидов в 2001–2002 годах составляла 9,7 пг / г (среднее геометрическое).
Некоторые профессии, такие как натуральное рыболовство, в некоторых районах подвергаются воздействию исключительно высоких количеств диоксинов и родственных веществ. Наряду с высоким уровнем промышленного воздействия это может быть наиболее ценным источником информации о рисках для здоровья диоксинов.
Судьба диоксинов в организме человека
Диоксины хорошо всасываются из пищеварительного тракта, если они растворены в жирах или маслах (например, в рыбе или мясе). С другой стороны, диоксины имеют тенденцию прочно адсорбироваться частицами почвы, и абсорбция может быть довольно низкой: было абсорбировано 13,8% заданной дозы ТЭ в загрязненной почве.
Те же свойства, которые вызывают стойкость диоксинов в окружающей среде, также вызывают очень медленное выведение из организма человека и животных. Из-за низкой растворимости в воде почки не могут выводить их с мочой как таковые. Сначала они должны метаболизироваться до более водорастворимых метаболитов, но этот метаболизм, особенно у людей, очень медленный. Это приводит к биологическому периоду полураспада в несколько лет для всех диоксинов. Срок службы ТХДД оценивается в 7-8 лет, а для других ПХДД / Ф от 1,4 до 13 лет, ПХДФ в среднем немного короче, чем ПХДД.
У млекопитающих диоксины содержатся в основном в жире. Концентрации жира кажутся относительно одинаковыми, будь то жир сыворотки, жир жировой ткани или молочный жир. Это позволяет измерять диоксиновую нагрузку, анализируя грудное молоко. Однако вначале, по крайней мере, у лабораторных животных, после однократной дозы высокие концентрации обнаруживаются в печени, но через несколько дней будет преобладать жировая ткань. Однако в печени крысы высокие дозы вызывают индукцию фермента CYP1A2, который связывает диоксины. Таким образом, в зависимости от дозы соотношение концентраций жира и ткани печени у грызунов может значительно различаться.
Использует
Источники
Источники окружающей среды
Соединения ПХДД / F никогда не синтезировались для каких-либо целей, за исключением небольших количеств для научных исследований. Небольшие количества ПХДД / Ф образуются всякий раз, когда органические вещества, кислород и хлор доступны при подходящей температуре. Это дополняется металлическими катализаторами, такими как медь. Оптимальный температурный диапазон от 400 ° C до 700 ° C. Это означает, что образование является самым высоким, когда органический материал сжигается в менее чем оптимальных условиях, таких как открытый огонь, пожары в зданиях, домашние камины и плохо эксплуатируемые и / или разработанные печи для сжигания твердых отходов. Исторически сложилось так, что сжигание бытовых и медицинских отходов было самым важным источником ПХДД / Ф.
Другие источники ПХДД / Ф включают:
При сжигании отходов
Пределы Европейского Союза для концентрации диоксиноподобных соединений в отходящих дымовых газах составляют 0,1 нг / Нм³ ТЭ.
Открытое сжигание отходов (сжигание бочек на заднем дворе) не уменьшилось эффективно, и в США сейчас это самый важный источник диоксинов. Общие годовые выбросы в США снизились с 14 кг в 1987 году до 1,4 кг в 2000 году. Однако объем сжигания бочек на заднем дворе снизился лишь незначительно с 0,6 кг до 0,5 кг, в результате чего в 2000 году только сжигание на заднем дворе привело к образованию более одной трети всех диоксинов в 2000 году.
Низкие концентрации диоксинов были обнаружены в некоторых почвах без какого-либо антропогенного загрязнения. Загадочный случай заражения молока был обнаружен в Германии. Источником был каолин, добавляемый в корм для животных. Диоксины неоднократно обнаруживались в глинах из Европы и США с 1996 года, причем загрязнение глины, предположительно, было результатом древних лесных пожаров или аналогичных природных явлений с концентрацией ПХДД / Ф во время осаждения глины.
Диоксины и сахарный тростник
Стойкость в окружающей среде и биоаккумуляция
Люди также находятся на вершине трофической пирамиды, особенно новорожденные. Согласно оценкам, новорожденные, находящиеся на исключительно грудном вскармливании, подвергались воздействию в общей сложности 800 пг ТЭ / день, что привело к расчетной дозе, основанной на массе тела, в 242 пг ТЭ / кг / день. Из-за наличия множества пищевых источников воздействие на взрослых людей намного меньше, в среднем при 1 пг ТЭ / кг в день, а концентрации диоксина у взрослых намного меньше, от 10 до 100 пг / г по сравнению с 9000 до 340000 пг / г (ТЭ в липидах) у орлов или тюленей, питающихся почти исключительно рыбой.
Все СОЗ плохо растворяются в воде, особенно диоксины. Таким образом, загрязнение грунтовых вод не представляло проблемы даже в случае серьезного загрязнения основными химическими веществами, такими как хлорфенолы. В поверхностных водах диоксины связаны с органическими и неорганическими частицами.
Источники воздействия на человека
Наиболее важным источником воздействия на человека является жирная пища животного происхождения (см. Потребление человека выше) и грудное молоко. По наиболее важным пунктам в разных странах существуют большие различия. В США и Центральной Европе молоко, молочные продукты и мясо были наиболее важными источниками. В некоторых странах, особенно в Финляндии и в некоторой степени в Швеции, рыба имеет важное значение из-за загрязненной балтийской рыбы и очень низкого потребления из любых других источников. В большинстве стран произошло значительное снижение потребления диоксинов из-за более строгого контроля за последние 20 лет.
Воздействие загрязненной почвы возможно, когда диоксины выбрасываются в пыль или дети поедают грязь. Вдыхание было ясно продемонстрировано в Миссури в 1970-х годах, когда отработанные масла использовались в качестве средства подавления пыли на конных аренах. Многие лошади и другие животные погибли из-за отравления. Диоксины не являются ни летучими, ни водорастворимыми, поэтому воздействие на человека зависит от прямого поедания почвы или образования пыли, которая несет это химическое вещество. Загрязнение грунтовых вод или вдыхаемых паров химического вещества вряд ли вызовет значительное воздействие. В настоящее время в США насчитывается 126 участков Суперфонда с завершенным путем заражения диоксинами.
Кроме того, известно, что ПХД проходят через очистные сооружения и накапливаются в иле, который используется на сельскохозяйственных полях в некоторых странах. В 2011 году в Южной Каролине SCDHEC ввел в действие правила по удалению осадка после того, как было обнаружено, что ПХД сбрасываются на очистные сооружения.
Известно также, что ПХД вымываются из промышленности и с земли (иначе говоря, отстойных полей), чтобы загрязнить рыбу, как это происходит вверх и вниз по реке Катоба в Северной и Южной Каролине. Государственные органы опубликовали рекомендации по потреблению рыбы из-за накопления ПХБ в тканях рыбы.
Было несколько эпизодов заражения пищевых продуктов, один из самых известных произошел в Бельгии в 1999 году. Резервуар переработанных жиров, собранных для производства кормов для животных, был загрязнен маслом ПХБ, содержащим около 1 г диоксинов и 2 г DL-ПХБ. Это вызвало серьезную тревогу в Европейском Союзе, но из-за относительно быстрой реакции и медленного накопления диоксинов в организме людей не было никакого воздействия на здоровье. Аналогичная ситуация наблюдалась в Ирландии в 2008 году. В 2008 году Чили пережила кризис со свининой, вызванный высокими концентрациями диоксинов в их экспортируемой свинине. Было установлено, что загрязнение вызвано оксидом цинка, используемым в кормах для свинины, и вызвало репутационные и финансовые потери страны, а также привело к введению новых правил безопасности пищевых продуктов. Эти эпизоды подчеркивают важность контроля пищевых продуктов, а раннее обнаружение гарантирует, что очень медленно накапливающиеся диоксины не увеличиваются у людей до уровней, вызывающих токсические эффекты.
Значения TEF и эквиваленты токсичности
Все диоксиноподобные соединения имеют общий механизм действия через арилуглеводородный рецептор (AHR), но их эффективность сильно различается. Это означает, что все они вызывают схожие эффекты, но требуются гораздо большие дозы некоторых из них, чем TCDD. Связывание с AHR, а также стойкость в окружающей среде и в организме зависит от присутствия так называемых «боковых хлоринов», в случае диоксинов и фуранов, заместителей хлора в положениях 2, 3, 7 и 8. Каждый дополнительный внелатеральный хлор снижает эффективность, но качественно эффекты остаются схожими. Следовательно, простая сумма различных конгенеров диоксинов не является значимым показателем токсичности. Чтобы сравнить токсичность различных конгенеров и сделать возможным получение токсикологически значимой суммы смеси, была создана концепция эквивалентности токсичности (TEQ).
Преобразование TEQ позволяет использовать все исследования наиболее изученного TCDD для оценки токсичности смеси. Это наиболее полезно в нормативной работе, но может также использоваться в научных исследованиях. Это похоже на обычную меру для всех алкогольных напитков: пиво, вино и виски можно сложить вместе как абсолютный алкоголь, и эта сумма дает токсикологически значимую меру общего воздействия.
TEQ применяется только к диоксиноподобным эффектам, опосредованным AHR. Некоторые токсические эффекты (особенно ПХД) могут не зависеть от AHR, и они не принимаются во внимание при использовании TEQ.
TEF также являются приближениями с определенным количеством научных суждений, а не с научными фактами. Следовательно, они могут время от времени пересматриваться. С 1980-х годов было выпущено несколько версий TEF. Самая последняя переоценка была проведена группой экспертов Всемирной организации здравоохранения в 2005 г.