Эмбриотоксическое, гонадотоксическое, тератогенное и мутагенное действие токсических веществ. Современные проблемы науки и образования Образуются ли диоксины при кипячении воды

С первых мгновений жизни и до самой последней минуты организм человека взаимодействует с внешней средой.. Это взаимодействие есть необходимое условие для нормального роста и развития человека.

Под влиянием практически любых воздействий в большей или в меньшей степени происходят изменения внутренней среды организма, и все известные реакции его направлены на сохранение или выравнивание ее параметров. Их называют адаптационно-компенсаторными реакциями (адаптация - с лат. приспособление, привыкание), в основе которых лежат адаптационно-компенсаторные механизмы. Если интенсивность или агрессивность фактора не выходит за пределы адаптационно-компенсаторных реакций, организм справляется без особого ущерба. При длительном воздействии происходят разрушение указанных механизмов и развитие заболевания.

Внешняя среда как целостная система включает в себя большое число различных элементов или факторов, различающихся между собой в количественном и качественном отношении.

Физические факторы. К физическим факторам относятся все виды электромагнитных колебаний естественного или искусственного происхождения.

Самым мощным естественным источником электромагнитных колебаний в природе является Солнце. Именно благодаря солнечной энергии происходят все биологические процессы на Земле. Диапазон длин волн солнечных излучений простирается от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн.

Из всех излучений Солнца в видимом диапазоне наиболее сильное биологическое действие имеет ультрафиолетовое излучение. Оно обладает выраженным эритемным действием, т. е. вызывает покраснение кожи человека с последующим образованием пигмента. Это не что иное, как защитная реакция организма от перегрева. Таким образом, прямое воздействие ультрафиолетового излучения на живой организм далеко не безопасно.

Естественные природные источники ЭМП можно разделить на две группы. К первой относятся постоянное электрическое и магнитное поля Земли , ко второй - радиоволны , генерируемые космическими источниками (Солнце, звезды), а также электрические процессы в атмосфере , например разряды молний. Диапазон частот колеблется в широких пределах.

Разные люди неодинаково реагируют на ЭМП, так как обладают разной чувствительностью к ним. Одни люди совершенно не замечают магнитных бурь, другие, напротив, ощущают даже незначительные изменения электромагнитных полей.

Искусственными источниками электромагнитных излучений являются радиостанции, радиолокационные станции, высоковольтные линии электропередач и многие другие передающие технические средства. Они излучают энергию в очень широком диапазоне длин волн - от миллиметров до нескольких десятков и сотен метров. Особенно сильное воздействие наблюдается вблизи источников излучений.

Химические факторы. Химические вещества широко используются человеком на производстве и в быту (консервирующие, моющие, чистящие, дезинфицирующие средства, а также средства для покраски и склеивания различных предметов).

Все химические вещества, используемые в быту , в небольших количествах безопасны для здоровья. Однако нарушение правил их применения может оказать неблагоприятное воздействие на организм.

К химическим веществам следует также отнести и лекарственные препараты , которые назначаются врачами при различных заболеваниях. Многие современные лекарства выпускаются в виде разноцветного драже, имеют очень привлекательный вид, поэтому дети нередко путают их с конфетами. Между тем достаточно и одной таблетки, чтобы вызвать у ребенка серьезное отравление, опасное для жизни.

Биологические факторы. Формы существования живой материи на Земле чрезвычайно многообразны: от одноклеточных простейших до высокоорганизованных биологических организмов. Все известные микроорганизмы можно разделить на три группы: совершенно безопасные для человека (сапрофиты), мы с ними постоянно контактируем, но это никогда не вызывает заболеваний; безусловно вредные, т. е. опасные для здоровья человека (встреча с ними всегда чревата развитием инфекционного заболевания, правда, это случается тогда, когда организм не имеет соответствующей защиты); условно патогенные (это микроорганизмы, которые в обычных условиях не вызывают каких-либо заболеваний у человека, однако, когда организм ослаблен вследствие простудного или хронического заболевания, недостаточного питания, авитаминоза, стресса, утомления и т. д., они могут вызвать заболевания). Выделена группа особо опасных микроорганизмов, вызывающих тяжелейшие заболевания у человека. Это, например, возбудители натуральной оспы, чумы, холеры, туляремии, сибирской язвы, полиомиелита.

Социальные факторы. Социальные факторы связаны с жизнью людей, с их отношением друг к другу и к обществу. Революционные преобразования почти всегда вызывают в обществе социальную напряженность, которая может оказать негативное влияние на отдельного человека и общество в целом. И напротив, спокойное, поступательное, эволюционное развитие общества и общественных отношений гарантирует спокойную, созидательную обстановку и уменьшение влияния факторов социальной природы на состояние здоровья человека.

Психические факторы. Факторы внешней среды, имеющие психическую окраску, связаны со специфическим аспектом жизнедеятельности человека. Поведение человека в различных ситуациях, его восприятие окружающей действительности, ее эмоциональная окраска, характер поведения человека в той или иной ситуации, формирование его личности тесным образом связаны с факторами внешней и внутренней среды и их взаимодействием между собой.

Реализация идей психического и социального здоровья потребует от каждого человека переосмысления таких личностных качеств, как активность и ответственность, а от общества - пересмотра сложившихся приоритетов и традиций в сфере воспитания и образования, труда и отдыха.

Критические периоды развития. Одной из основных закономерностей развития является гетерохронность – разновременность образования закладок органов и различная интенсивность их развития.

Первый критический период – в начале или в середине дробления;

Второй-в начале гаструляции;

Третий – совпадает с формированием зачатков всех органов.

Имплантация (6-7 сутки после зачатия)

Плацентация (конец 2- недели беременности)

Перинатальный (роды)

На этих стадиях зародыш особенно чувствителен к недостатку кислорода, высокой или низкой температуре, механическим воздействиям,и т. д. В критические периоды у зародышей сильно изменяется метаболизм,резко усиливается дыхание, меняется содержание РНК,иммунологически выявляются новые, ранее отсутствовавшие белки. Одновременно падает темп роста. Критические периоды совпадают с активной морфологической дифференцировкой, с переходом от одного периода развития к другому, с изменением условий существования зародыша. (переход зиготы к дроблению, наступление гаструляции, имплантация бластоцисты в стенку матки (у млекопитающих)). С критическим периодом в организме новорожденного связаны резкое изменение условий существования и перестройка в деятельности всех систем организма.

Тератогенез - возникновение пороков развития под влиянием факторов внешней среды (тератогенных факторов) или в результате наследственных болезней.

Тератогенные факторы включают лекарственные средства, наркотики и многие другие вещества. Действие тератогенных факторов имеет дозозависимый характер. У разных биологических видов дозозависимость тератогенного действия может различаться. Для каждого тератогенного фактора существует определенная пороговая доза тератогенного действия. Обычно она на 1-3 порядка ниже летальной. Различия тератогенного действия у различных биологических видов, а также у разных представителей одного и того же вида связаны с особенностями всасывания, метаболизма, способности вещества распространяться в организме и проникать через плаценту. Чувствительность к разным тератогенным факторам в течение внутриутробного развития может меняться. В случаях, когда тератогенное действие оказывают возбудители инфекций, пороговую дозу и дозозависимый характер действия тератогенного фактора оценить не удается.

Основные пороки развития
Пороки развития ЦНС

Пороки развития ЦНС относятся к полигенным болезням.

антибиотики. Ввиду частых осложнений беременности различными инфекционными процессами антибиотики являются одними из наиболее часто назначаемых беременным лекарственных средств.
Весьма опасными для эмбриона и плода человека являются антибиотики группы тетрациклина. Эти антибиотики накапливаются в повышенных концентрациях в скелете плода, что сопровождается некоторым отставанием роста. Накопление препарата в зачатках молочных зубов плода приводит к массивному кариесу зубов у ребенка 1-го года жизни. Антибиотики группы тетрациклина противопоказаны во все периоды беременности.
Левомицетин (хлорамфеникол) опасен для плода из-за развития у новорожденного так называемого «серого синдрома», обусловленного функциональной незрелостью печени плода. Другая опасность применения этого антибиотика у беременных заключается в возможности развития у новорожденных лейкопении и гипопластической анемии вследствие влияния левомицетина на процессы гемопоэза (кроветворения). В связи с этим применение левомицетина при беременности специалистами не рекомендуется.
Сульфаниламидные препараты. Эти лекарственные препараты легко проникают через плацентарный барьер и очень медленно выделяются из организма плода. Сульфаниламиды длительного действия обладают способностью активно связываться с белками плазмы крови, вследствие чего отмечается повышение в крови концентрации свободного билирубина, а это может привести к развитию у плода и новорожденного ядерной желтухи. Во время беременности сульфаниламиды (только короткого действия) специалисты рекомендуют применять с большой осторожностью и только по строгим показаниям.
Производные нитрофурана не обладают ни тератогенным, ни эмбриотоксическим свойствами. Однако в высоких дозах могут вызвать гемолиз (разрушение эритроцитов - красных клеток крови) у плода и новорожденного.
Метронидазол активно проникает через плаценту и обнаруживается в крови плода в концентрациях, близких к таковым у матери. Большинство специа- листов-гинекологов не рекомендует использовать его в I триместре беременности.
Противогрибковые препараты. Из лекарственных препаратов этой группы с точки зрения отрицательного воздействия на плод наибольшего внимания заслуживают леворин и гризеофульвин. Леворин в условиях эксперимента проявлял слабые тератогенные свойства, в связи с чем его не следует использовать в I триместре беременности. Гризеофульвин в опытах на животных проявлял более выраженное, чем леворин, тератогенное действие, поэтому он считается противопоказанным при беременности.
Гормоны поджелудочной железы и синтетические сахаропонижающие средства. Инсулин вслед

ствие своей высокой молекулярной массы не переходит через плаценту и поэтому не может оказывать повреждающего действия на плод. В противоположность инсулину лечение сахарного диабета пероральными антидиабетическими препаратами (бутамид, хлорпропамид и другие), по данным ряда специалистов, противопоказано, так как они активно переходят через плаценту и оказывают тератогенное действие.
Антикоагулянты непрямого действия (варфа- рин, неодикумарин, фенилин и другие) переходят через плаценту и вызывают явления гипокоагуляции крови у плода, что весьма опасно с точки зрения возникновения кровоизлияний в центральной нервной системе во время родов. Антикоагулянты непрямого действия обладают слабыми тератогенными свойствами. Поэтому эти препараты не следует использовать в ранние сроки беременности и перед родами, а при наличии показаний они должны применяться в течение короткого времени и под строгим контролем коагуляции крови.
Антигипертензивные средства группы рауволь- фии (резерпин и другие). При длительном введении этих препаратов матери у ее новорожденного могут наблюдаться явления сонливости, брадикардии, гипотермии, а также возникновение типичного «ре- зерпинового ринита» вследствие отека слизистых оболочек полости носа.
Гипотиазид, фурасемид вызывают тромбоцитопению плода и новорожденного.
Транквилизаторы. Из группы транквилизаторов наиболее изучены диазепам (сибазон) и мепробамат. Оба препарата проходят через плаценту. В организме плода диазепам инактивируется незначительно из- за ограниченных возможностей клеточных микро-

сом печени. Мепробамат, диазепам, элениум в I триместре беременности из-за слабо выраженных тератогенных свойств применять не рекомендуется.
Кофеин - слабый мутаген и тератоген. Может оказывать на зародыш эмбриотоксическое действие.
Противосудорожные средства. Наибольшего внимания с точки зрения тератогенного эффекта заслуживают дифенин, триметин, гексамидин, карба- мазепин и вальпроат натрия. Указанные препараты не рекомендуется назначать женщинам в I триместре беременности.
Салицилаты проникают через плаценту, обнаруживаются в крови плода и в амниотической жидкости. Тератогенное действие салицилатов у человека полностью не доказано. Однако назначение салицилатов в клинике может сопровождаться возникновением у новорожденного таких осложнений, как геморрагии (кровоточивость тканей) и развитие ядерной желтухи вследствие гемолиза. Поэтому ацетилсалициловую кислоту и содержащие ее препараты не рекомендуется назначать в I триместре беременности.
Анальгин, фенацетин мутагенны, тератогенны, могут вызвать перенашивание беременности, слабость родовой деятельности. Их применение в I триместре и в родах нежелательно. Индометацин способен вызывать преждевременное закрытие Ботталова протока, что приводит к недостаточному насыщению крови кислородом и развитию у плода стойкой легочной гипертензии. Такие дети часто погибают от респираторного дистресс-синдрома. В связи с этим многие гинекологи считают применение индометацина при беременности нежелательным.

Антигистаминные препараты активно переходят через плацентарный барьер. Димедрол, супрастин, пипольфен тератогенны при применении в ранние сроки беременности. Противопоказаны в I триместре. Кетотифен может вызвать блокаду рецепторов гистамина и развитие умственной отсталости у ребенка.
Тиреостатические препараты группы тиоурацила при беременности переходят через плаценту и оказывают на щитовидную железу плода действие, аналогичное таковому у взрослого человека. Блокируя синтез тироксина в щитовидной железе плода, они снижают продукцию тиреоидных гормонов, активируя образование тиреотропного гормона гипофиза, что приводит к увеличению размеров щитовидной железы плода и рождению ребенка с врожденным зобом. Снижение функции щитовидной железы плода отрицательно отражается на развитии его центральной нервной системы, что в дальнейшем приводит к умственной отсталости ребенка. Поэтому использование этих препаратов для лечения беременных во многих клиниках считается противопоказанным.
Витамины: ретинол, тиамина бромид, рибофлавин, пиридоксин, фолиевая, аскорбиновая, никотиновая кислоты, эргокальциферол, альфа-токоферол. Избыточное введение (сверхвысокие дозы) любого из этих витаминов может оказать эмбриотоксический и тератогенный эффект. В профилактических и лечебных дозировках они могут назначаться во все сроки беременности.
***
Скипидарные ванны могут быть прекрасной альтернативой небезопасному для будущих детей лечению заболеваний беременных фармакологическими средствами. Читайте об этом в главе «Скипидарные ванны для беременных».

1. Эмбриотоксическое действие лекарственных средств - отрицательное влияние вещества на зиготу и бластоцисту, находящихся в просвете фаллопиевых труб или в полости матки. Чаще всего результатом является формирование грубых пороков развития, что приводит к прерыванию беременности, часто возникает гипоксия плода, иногда - гибель, а у матери - токсикозы беременных (гестозы), самопроизвольный аборт.

Эмбриотоксическое воздействие характеризуют как внутриутробную гибель на ранних стадиях развития зародыша (первые недели). По принципу «все или ничего».

Эмбриотоксическое действие оказывают

• · гормоны (например эстрагены),
• · цитостатики (антиметаболиты - ингибируют определённые биохимические процессы, критически необходимые для размножения злокачественных опухолевых клеток, то есть для процесса деления, митоза, репликации ДНК, что затрагивает и делящиеся клетки зародыша),
• · барбитураты,
• · сульфаниламидные препараты,
• · антибиотики (тормозят синтез белка),
• · никотин.
• · очень опасны гормональные противозачаточные средства. Прием их следует прекратить не менее чем за 6 месяцев до планируемой беременности.
• 2. Тератогенное действие - способность ЛС вызывать пороки развития плода. Происходит приблизительно с 2 до16 недели (в период наиболее интенсивной дифференцировки тканей).

Тератогенное действие зависит от ряда обстоятельств:

• 1. Срок беременности. Наиболее тяжелые пороки, несовместимые с жизнью, возникают от повреждающего воздействия на ранних этапах эмбриогенеза (первые 56 дней). Они заключаются в грубых нарушениях развития головного мозга, сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта. В конце данноготпериода тератогенное вещество может вызвать менее тяжелые пороки, часто совместимые с жизнью (пороки сердца, конечностей, половой сферы), но оно делают человека инвалидом. После 8 гестационных недель, когда в основном закончена дифференцировка органов и тканей, но продолжается развитие центральной нервной системы, репродуктивного тракта, не заращение верхней губы и нёба прием женщиной тератогенного вещества вызывает малые морфологические пороки, такие как незаращение верхнего нёба или губы, пороки пальцев рук и репродуктивного тракта.
• 2. Большое значение имеет величина дозы и длительность применения тератогена.
• 3. Тератогенезу способствуют нарушения функции элиминирующих органов (печени и почек).

Существует группа лекарственных веществ, тератогенность которых доказана и применение которых у беременных женщин недопустимо.

К ним относятся:

• · высокие дозы витамина А-расщепление неба,
• · дифенин - противосудорожное, антиаритмическое средство и мышечный релаксант (стабилизацией нейрональных мембран тела нервной клетки, аксонов и в области синапса) - умственная отсталость, микроцефалия, укороченные фаланги пальцев,
• · андрогены,
• · анорексические препараты,
• · противоопухолевые,
• · противоэпилептические,
• · антиэстрогены (кломифенцитрат, тамокси-фен)- Синдром Дауна, пороки развития нервной системы
• · противомалярийные,
• · непрямые антикоагулянты,
• · прогестагены,
• · тетрациклин- тератогенное действие возможны уродства.
• · антагонисты фолиевой кислоты-триметоприм, пиреметамин, их комбинированные препараты(бисептол, бактрим) -гидроцефалия
• · цитостатики,
• · алкоголь- 2% всех тератогенных воздействий (способствует возникновению алкогольного синдрома, дефицита роста, нарушений координации движений, гипотрофии плода.)
• · подозреваются: сульфаниламиды, глюкокортикоиды. диазепам
• 3. Фетотоксическое действие - нарушение какой-либо функции плода в результате действия ЛС на плод. С4 месяца до конца беременности.

Оказывают:

• · анаприлин-брадикардия плода
• · морфин-угнетение дыхательного центра
• · аминогликозиды(стрептомицин, гентамицин, амикацин- связ. с 30S-субъединицей бактериальных рибосом и нарушают биосинтез белков в рибосомах, вызывая разрыв потока генетической информации в клетке). Аминогликозиды проходят через плаценту и могут оказывать нефротоксическое действие на плод, ототоксичность. Имеются сообщения о развитии необратимой двухсторонней врожденной глухоты.
• · тиреостатики (тиамазол, препараты йода)- врожденный зоб, гипотиреоз
• · левомицетин - снижение количества лейкоцитов, анемия.

Дословный перевод термина «тератогенез» означает «рождение монстра» от греческого слова teras, означающего «монстр».

Тератогенным называется действие химических веществ на организм матери, отца или плода, сопровождающееся существенным увеличением вероятности появления структурно-функциональных нарушений у потомства. Вещества, обладающие тератогенной активностью, называются тератогенами.

Большое количество веществ, введенных в организм отца или матери в различные периоды в достаточно больших дозах, может вызвать тератогенез. Поэтому тератогенами в узком смысле этого слова следует называть лишь токсиканты, вызывающие эффект в концентрациях, не оказывающих заметного эффекта на организм родителей.

Существует четыре типа патологии развития плода: гибель, уродства, замедление роста, функциональные нарушения.

Действие токсиканта, сопровождающееся гибелью эмбриона, чаще обозначается как эмбриотоксическое (эмбриотропное).

В ходе изучения тератогенеза выявлен ряд закономерностей, основными из которых являются:

1. Особенности токсикокинетики. Тератогенным действием на плод обладают только те вещества, которые хорошо проникают через плацентарный барьер. Некоторые вещества, например, никотин, усиливают проницаемость этого барьера даже для тех веществ, которые в обычных условиях через него не проходят.

Многие тератогены подвергаются в организме матери или плода биоактивации в результате биотрансформации.

2. Генетическая предрасположенность.

3. Критические периоды чувствительности. Это связано с тем, что процесс формирования различных органов, систем органов, тканей идет в различные периоды развития плода. Тип нарушения, вызванный веществом, определяется стадией развития плода и конкретным временем воздействия. Для развития различных органов «критические периоды» отмечаются в различные периоды после зачатия. Критические периоды с очень высокой чувствительностью эмбриона человека к внешним воздействиям – 3 недели развития (предшествующие имплантации) и 4-7 недели (формирование плаценты).

4. Дозовая зависимость действия. Большинство тератогенов имеет низкий порог дозовой нагрузки., ниже которого вещество не проявляет токсических свойств. По всей видимости, появление дефектов развития предполагает повреждение некоего критического количества клеток, выше того, которое эмбрион в состоянии быстро компенсировать. Если количество поврежденных клеток будет ниже этого уровня, действие токсиканта пройдет без последствий, если значительно выше – произойдет гибель плода.

Механизмы действия тератогенов.

Тератогенный эффект развивается при действии токсиканта в определенной дозе на чувствительный орган в определенный период его формирования. Выявлено множество механизмов, посредством которых вещества оказывают неблагоприятное воздействие. Среди можно выделить:

-генерация мутаций (мутагенз) ; установлено, что около 20% - 30% нарушений развития плода обусловлено мутациями половых клеток родителей, причем мутаций наследуемых; мутации соматических клеток плода на ранних стадиях его формирования также чрезвычайно опасны, т.к. изменяют достаточное количество делящихся клеток.;

- повреждение хромосом - явление разрыва хромосом или их слияния; эти нарушения по современным оценкам являются причиной около 3% нарушения развития плода;

- повреждение механизмов репарации (например, вследствие угнетегения активности определенных ферментов);

-нарушение биосинтеза жизненно важных молекул;

- нарушения энергетического обмена клеток;

- повреждение клеточных мембран;

Тератогенами также являются вещества, затрудняющие поступление в организм матери необходимых для пластического обмена молекул-предшественников и субстратов. Нарушение диеты – дефицит в рационе витаминов, минералов, вызывает замедление роста плода, его гибель, приводит к тератогенезу. При этом изменения плода проявляются раньше, чем нарушения здоровья матери. Наиболее известным примером является эндемический кретинизм, характеризующийся замедлением физического и умственного уровня развития в регионах с низким содержанием йода в воде и почве. Дефицитные состояния могут развиваться при поступлении в организм веществ-аналогов или антагонистов витаминов, аминокислот, нуклеиновых кислот и т.д. Некоторые вещества блокируют поступление необходимых элементов в организм матери и плода. Например, хроническая интоксикация цинком сопровождается существенным снижением поступления в организм меди, являющейся, как известно, эссенциальным элементом.

Тератогенный эффект дают:

Метилртуть (атрофия головного мозга, задержка психического действия);

Свинец (поражение ЦНС);

Полихлорированные бифенилы (низкая масса тела новорожденных, изменение цвета кожных покровов);

Этиловый спирт (задержка физического и психического развития);

Компоненты табачного дыма (снижение массы тела новорожденных);

Мышьяк (снижение массы тела новорожденных, дефекты развития).

В настоящее время тератогенные свойства обнаружены у нескольких сотен химических веществ.

Канцерогенами называются химические вещества, воздействие которых достоверно увеличивает частоту возникновения опухолей или сокращает период их развития у человека или животных.

Судьба этих веществ в организме, как и других ксенобиотиков, подчиняется общим законам токсикокинетики. Однако в действии на организм им присущ ряд особенностей. Так, развивающиеся под их влиянием эффекты носят отсроченный характер и являются следствием, как правило, длительного кумулятивного действия в малых дозах. Активность рассматриваемой группы веществ в отношении молекул - носителей наследственности в известной степени уникальна.

В настоящее время около 20 веществ, достаточно широко используемых в промышленности, отнесены к числу канцерогенов для человека (однако этот список постоянно увеличивается). Кроме того, убедительно доказано, что работа на целом ряде производств сопряжена с риском канцерогенеза, хотя конкретные причины (вещества), провоцирующие процесс не установлены. Это производства по синтезу аминов (рак мочевого пузыря), обработка изделий из хрома (рак лёгких), кадмия (рак простаты), никеля (рак слизистой полости носа и лёгких), резины (рак легких), гематитовые шахты (рак лёгких). Данные о смертности от новообразований, сопряженных с профессиональной деятельностью противоречивы. По оценкам специалистов США она может составлять от 5 до 20% всех смертей от рака в этой стране.

В ряде случаев канцерогенез есть результат сочетанного действия ксенобиотиков. Так, ведущим канцерогенным фактором для человека является табачный дым. Показано, что около 90% случаев рака лёгких есть следствие неумеренного курения. До 30% смертей от рака мочевого пузыря и желудочно-кишечного тракта также связано с этой привычкой.

Канцерогенными свойствами обладают некоторые вещества природного происхождения, например афлатоксины (провоцируют развитие рака печени). Высокое содержание афлатоксинов отмечается в продуктах питания, потребляемых жителями некоторых регионов мира (Африка, Восточная Азия). Здесь эти вещества поступают в организм человека в дозах, во много раз превосходящих канцерогенные для экспериментальных животных.

Индукция опухолевого роста химическими веществами - сложный, многостадийный процесс, включающий взаимодействие факторов окружающей среды и эндогенных факторов. Особенностью химического канцерогенеза является длительный период, отделяющий воздействие вещества, вызывающего опухолевый рост, от появления опухоли. Длительность периода не может быть объяснена медленным процессом созревания опухоли, т.е. превращением её из микро- в макрообразование. В ходе этого периода в "поврежденной" клетке осуществляются сложные процессы, течение которых иногда не возможно без действия дополнительных веществ (или факторов), приводящие, в конечном итоге, к её неопластической трансформации. Канцерогенез проходит через несколько стадий перед тем, как окончательно сформируется собственно опухоль. В эксперименте, как правило, выделяют три таких стадии развития опухоли: инициации, промоции, прогрессии.

Мутации - это наследуемые изменения генетической информации, хранящейся в ДНК клеток. Различные факторы химической и физической природы способны вызывать мутации. Наиболее изученными являются последствия действия ионизирующей радиации и таких веществ, как сернистый и азотистый иприты, эпоксиды, этиленимин, метилсульфонат и т.д. Химические вещества, способные вызывать мутации называются мутагенами.

Основными видами мутаций, вызываемых химическими веществами, являются: 1) точечная мутация, связанная с модификацией одного нуклеотида в структуре ДНК, (замещение нуклеотида, выпадение нуклеотида из цепи, включение дополнительного нуклеотида в цепь); 2) хромосомные аберрации, т.е. изменение структуры хромосом (разрывы молекул ДНК, транслокации фрагментов ДНК) или числа хромосом в клетке.

Часть химические вещества способны вызывать мутации лишь тех клеток, которые находятся в определенной фазе цикла, это так называемые цикло-специфичные вещества. Другие действуют на генетический аппарат не зависимо от того, в каком периоде клеточного цикла находится клетка (цикло-неспецифичные). Такая особенность в действии веществ определяется механизмом, посредством которого токсикант повреждает ДНК (см. выше). К числу цикло-неспецифичных принадлежат мутагены, способные вызывать химическое повреждение нуклеотидов (алкилирующие агенты и химические модификаторы нуклеотидов). Все остальные мутагены являются цикло-специфичными.

Репродуктивная функция осуществляется как сложноорганизованная последовательность физиологических процессов, протекающих в организме отца, матери, плода. Токсиканты могут оказывать неблагоприятное воздействие на любом этапе реализации функции.

Неблагоприятное действие токсикантов (и их метаболитов) на мужские и женские органы репродуктивной системы может быть обусловлено либо нарушением механизмов физиологической регуляции их функций, либо прямыми цитотоксическими эффектами.

Вещества, предположительно нарушающие репродуктивные функции:

* - фактор, действующий главным образом на мужчин

Основными проявлениями токсического действия химических веществ на органы и ткани, ответственные за репродуктивные функции организма, и непосредственно на плод, являются: бесплодие и тератогенез.

Существует четыре типа патологии развития плода: гибель, уродства, замедление роста, функциональные нарушения.

В ходе изучения тератогенеза, удалось выявить ряд закономерностей, среди них основными являются: 1) токсикокинетические; 2) генетической предрасположенности; 3) критических периодов чувствительности; 4) общности механизмов формирования; 5) дозовой зависимости.

Особенности токсикокинетики. Тератогенным действием на плод обладают лишь вещества, хорошо проникающие через плацентарный барьер. Многие тератогены подвергаются в организме матери или плода биоактивации

Генетическая предрасположенность. Чувствительность к тому или иному тератогену существенно различается у представителей различных видов, подвидов и даже индивидов одного и того же вида.

Критические периоды чувствительности. Период наивысшей чувствительности к тератогенам, в котором они оказывают наиболее значимое действие на плод и индуцируют появление грубых морфологических дефектов, это период закладки зародышевых листков и начала органогенеза (первые 12 недель эмбрионального развития). Период органогенеза начинается после дифференциации зародышевых листков и завершается формированием основных органов. За периодом органогенеза следуют периоды гистогенеза и функционального созревания органов и тканей плода.

Механизмы формирования. Различные вещества с различным механизмом токсичности, при действии на плод в один и тот же критический период, часто вызывают одинаковые виды нарушений. Из этого следует, что значимым является не столько механизм действия токсиканта, сколько сам факт повреждения клеточных элементов на определенном этапе развития организма, инициирующий во многом одинаковый каскад событий, приводящих к уродствам.

Дозовая зависимость действия. Большинство тератогенов имеют некий порог дозовой нагрузки, ниже которого вещество не проявляет токсических свойств. По всей видимости, появление дефектов развития предполагает повреждение некоего критического количества клеток, выше того, которое эмбрион в состоянии быстро компенсировать. Если количество поврежденных клеток будет ниже этого уровня, действие токсиканта пройдет без последствий, если значительно выше - произойдет гибель плода.

Методы лабораторного контроля воздушного бассейна, водной среды и почвы за содержанием основных токсических веществ

Вода является одним из самых ценных природных ресурсов нашей планеты, без нее невозможно существование человечества. Антропогенное загрязнение естественных водоемов началось много веков назад, постоянно возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время достигло планетарных масштабов. Основные загрязнители: неорганические соединения; летучие органические соединения; органические соединения средней летучести; полициклические ароматические углеводороды; пестициды, гербициды и бифенилы; фенолы; анилины и нитроароматические соединения; бензидины; оловоорганические соединения; другие соединения. При проведении исследования вод различного происхождения: отбор пробы; пробоподготовка; обнаружение и идентификация ожидаемых компонентов; измерение концентрации найденных компонентов. Методы анализа, используемые в современных лабораториях, занимающихся контролем окружающей среды, включают: 1.различные варианты оптических методов анализа (например, спектрофотометрия в видимой УФ- и ИК-областях, атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия); 2.хроматографические методы (газовая, жидкостная, сверхкритическая); 3.электроаналитические методы (вольтамперометрия, ионометрия и другие). Ни один из перечисленных методов не является универсальным, некоторые из них пригодны для определения только органических веществ, другие – неорганических. Мероприятия, проводимые для очистки воды : очистка поверхностных и подземных вод, методики обеззараживания питьевой воды. очистка и обеззараживание канализационных и сточных вод, оборудование и методы лабораторного контроля качества питьевой воды, реагенты, фильтрующие материалы и их влияние на эффективность очистки воды, энергосбережение в работе водоканалов, порядок и механизмы ценообразования в системе водоснабжения населения, медицинские и гигиенические аспекты водоснабжения; создание централизованной информационной базы данных по фирмам и организациям водной отрасли экономики. Показатели качества сбрасываемых сточных вод определяются на каждом выпуске их в водные объекты, а также в точках передачи в городскую канализацию. Определение концентрации загрязняющих веществ в сбрасываемых сточных водах производится постоянно или периодически путем гидрохимических анализов . Порядок лабораторного контроля за сбросом сточных вод, периодичность, время и места отбора проб устанавливаются, исходя из режима сброса загрязняющих веществ, и согласовываются с областными и Минским городским комитетами по экологии. Одновременно с отбором проб для анализов производится учет объемов сбрасываемых сточных вод. Анализ качества сбрасываемых сточных вод производится на содержание в них нефтепродуктов, взвешенных веществ, сухого остатка, сульфатов, хлоридов, фосфатов, азота аммонийного, нитратов, нитритов, СПАВ, фенолов, меди, цинка, хрома, никеля, железа, кобальта, свинца, молибдена, кадмия, роданидов, цианидов, а также других ингредиентов. Для определения годового количества загрязняющих веществ в составе сточных вод используется средневзвешенная концентрация , если одновременно с отбором проб производился учет объемов сбрасываемых сточных вод. В противном случае в расчет принимается средняя из зарегистрированных концентраций. Анализы проводятся в гидрохимлаборатории.Лабораторный контроль за загрязнением атмосферного воздуха вокруг предприятия используется для оценки эффективности мероприятий, используемых для снижения экологической нагрузки. Естественно, что такой контроль необходим, поскольку он дает объективную информацию о реальной экологической ситуации. Установка станций слежения за состоянием атмосферного воздуха. Организация лабораторного мониторинга. Классические загрязнители - диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, пыль - контролируются повсеместно, специфические загрязнители атмосферы - оксид азота, сероводород, сероуглерод, фенол, формальдегид, ДМТ, динил, параксилол, метанол, аммиак, бензпирен. Лабораторный контроль за состоянием почвы показывает повышенное содержание хрома меди, никеля, цинка, кадмия, марганца. Производится забор проб в различных частях населенного пункта и в лабораторных условиях проводится анализ на содержание токсических веществ, а так же их концентрации (соответствуют ли они ПДК).

57. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ОСБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МЕМБРАННЫХ ОРГАНОИДОВ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ .

Эукариотическая клетка состоит из трех основных компонентов: плазматическая мембрана, ядро и цитоплазма с органоидами.Органоиды (органеллы) - постоянные клеточные структуры, обеспечивающие выполнение клеткой специфических функций. Каждый органоид имеет определенное строение и выполняет определенные функции.

Различают: мембранные органоиды - имеющие мембранное строение, причем они могут быть одномембранными (эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли растительных клеток) и двумембранными (митохондрии, пластиды, ядро). Кроме мембранных могут быть и немембранные органоиды - не имеющие мембранного строения (хромосомы, рибосомы, клеточный центр и центриоли, реснички и жгутики с базальными тельцами, микротрубочки, микрофиламенты).

В основе строения всех мембранных органоидов лежит биологическая мембрана. Согласно жидкостно-мозаичной модели, мембрана – жидкая динамическая система, с мозаичным расположением белков и липидов. Мембраны органоидов отличаются друг от друга лишь наборами входящих в них белков. Липиды (фосфолипиды, сфинголипиды, холестерин), составляют до 45 % массы мембран. Молекула фосфолипида состоит из полярной (гидрофильной) части (головка) и аполярного (гидрофобного) двойного углеводородного хвоста. В водной фазе молекулы фосфолипидов автоматически агрегируют хвост к хвосту, формируя каркас биологической мембраны в виде бислоя. В мембране хвосты фосфолипидов направлены внутрь бислоя, а головки обращены к наружи. Белки составляют более 50% массы мембран. Большинство мембранных белков имеет глобулярную структуру.Интегральные мембранные белки прочно встроены в липидный бислой. Их гидрофобные аминокислоты взаимодействуют с фосфатными группами фосфолипидов, а гидрофобные – с цепями жирных кислот. Примеры интегральных мембранных белков – белки ионных каналов и рецепторные белки (мембранные рецепторы). Молекула белка, проходящая через всю толщу мембраны и выступающая из нее как на наружной, так и на внутренней поверхности, - трансмембранный белок. Кэппинг – скопление интегральных белков на одном участке мембраны.Периферические мембранные белки (фибриллярные и глобулярные) находятся на одной из поверхностей клеточной мембраны и нековалентно связаны с интегральными мембранными белками. Примеры периф. мембр. белков, связанных с наружной поверхностью мембраны – рецепторные и адгезионные белки. Примеры периф. мембр. белков, связанных с внутренней поверхностью мембраны – белки цитоскелета (спектрин, анкирин, дистрофин), белки системы вторичных посредников.

Углеводы (преимущественно олигосахариды) входят в состав гликопротеинов мембраны, оставляя 2 – 10% ее массы. Цепи олигосахаридов, ковалентно связанных с гликопротеинами и гликолипидами плазмолеммы, выступают на наружной поверхности мембран клетки и формирует гликокаликс.

Основные функции плазматической мембраны: избирательная прницаемость, эндоцитоз и экзоцитоз.

Одномембранные органоиды.
1. Эндоплазматический ретикулум (ЭПР). Представляет собой систему мембран, формирующих цистерны и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство - полости ЭПР. Мембраны с одной стороны связаны с наружной цитоплазматической мембраной, с другой - с наружной оболочкой ядерной мембраны. Различают два вида ЭПР: шероховатый, содержащий на своей поверхности рибосомы и представляющий собой совокупность уплощенных мешочков и гладкий, мембраны которого рибосом не несут.
Функции: разделяет цитоплазму клетки на изолированные отсеки, обеспечивая, тем самым пространственное отграничение друг от друга множества параллельно идущих различных реакций. Осуществляет синтез и расщепление углеводов и липидов, стероидных гормонов, детоксикация, депонирование ионов кальция (гладкий ЭПР) и обеспечивает синтез белка (шероховатый ЭПР), накапливает в каналах и полостях, а затем транспортирует к органоидам клетки продукты биосинтеза.
2. Аппарат Гольджи. Органоид, обычно расположенный около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи центриоли), образован стопкой из 3-10 уплощенных цистерн с расширенными краями, с которой связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи). Цистерны АГ образуют три основных компартмента: цис-сторона, транс-сторона, промежуточный компартмент. Цис-сторона более осмиофильная, включает цистерны, обращенные к расширенным элементам гранулярной эндоплазматической сети, а также небольшие транспортные пузырьки.Транс-сторона образована цистернами, обращенными к вакуолям и секреторным гранулам. На небольшом расстоянии от краевой цистерны транс-стороны лежит транс-сеть. Промежуточный компартмент включает небольшое количество цистерн между цис- и транс-сторонами.
Функции: 1. Модификация секреторного продуктв; ферменты АГ гликозилируют белки и липиды; образующиеся гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды и сульфатированные гликозааминогликаны предназначены для последующей секреции; 2. Концентрирование секреторных продуктов происходит в конденсирующих вакуолях, расположенных на транс-стороне. 3. Упаковка секреторного продукта, образование участвующих в экзоцитозе секреторных гранул; 4. Сортировка и упаковка секреторного продукта, образование секреторных гранул.
3. Лизосомы. Самые мелкие одномембранные органоиды клетки, представляющие собой пузырьки диаметром 0,2-0,8 мкм, содержащие до 60 гидролитических ферментов (рибонуклеазы, катепсины, сульфатазы, фосфолипазы, гликозидазы и др.) активных в слабокислой среде, для поддержания которой в мембрану лизосомы встроен протонный насос (Н + , К + -АТФаза). Образование лизосом происходит в аппарате Гольджи, куда из ЭПР поступают синтезированные в нем ферменты.
Различают: первичные лизосомы - лизосомы, отшнуровавшиеся от аппарата Гольджи и содержащие ферменты в неактивной форме и вторичные лизосомы - лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с пиноцитозными или фагоцитозными вакуолями; в них происходит переваривание и лизис поступивших в клетку веществ (поэтому часто их называют пищеварительными вакуолями):
Продукты переваривания усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вторичная лизосома, содержащая этот непереваренный материал, называется остаточным тельцем. Путем экзоцитоза непереваренные частицы удаляются из клетки. Иногда с участием лизосом происходит саморазрушение клетки. Этот процесс называют автолизом. Обычно это происходит при некоторых процессах дифференцировки (например, замена хрящевой ткани костной).
4. Пероксисомы – мембранные пузырьки размером 0,1-0,5 мкм с электронноплотной сердцевиной. В составе мембраны органеллы находятся специфические белки – пероксины, а в матриксе – матричные белки (каталаза, пероксидаза), катализирующие анаболические (биосинтез желчных кислот) и катаболические (β-окисление длинных цепей жирных кислот, деградация ксенобиотиков) процессы. Все компоненты пероксисом поступают из цитозоля. Продолжительность жизни пероксисом 5-6 суток. Новые органеллы возникают из предшествующих путем их деления.

5. Вакуоли - это полости, ограниченные мембраной; хорошо выражены в клетках растений и имеются у простейших. Возникают в разных участках расширений эндоплазматической сети. И постепенно отделяются от нее. Вакуоли поддерживают тургорное давление, в них сосредоточен клеточный или вакуолярный сок, молекулы которого определяют его осмотическую концентрацию. Считается, что первоначальные продукты синтеза - растворимые углеводы, белки, пектины и др. - накапливаются в цистернах эндоплазматической сети. Эти скопления и представляют собой зачатки будущих вакуолей.

Двухмембранные органоиды.

1. Ядро клетки играет основную роль в ее жизнедеятельности.
Ядро окружено двойной мембраной, в состав ядерной оболочки входят наружная и внутренняя ядерные мембраны, перинуклеарные цистерны, ядерная пластинка, ядерные поры. На поверхности наружной ядерной мембраны расположены рибосомы, где синтезируются белки, поступающие в перинуклеарные цистерны, рассматриваемые как часть гранулярного ЭПР. Внутр. ядерная мембрана отделена от содержимого ядра ядерной пластинкой. Ядерная пластинка толщиной 80 300 нм участвует в организации ядерной оболочки и перинуклеарного хроматина, может разделять комплексы ядерных пор и дезинтегрировать ядро в ходе митоза; содержит белки промежуточных филаментов – ламины А, В, С. Ядерная пора имеет диаметр 80 – 150 нм, содержит канал поры и комплекс ядерной поры. Содержимое ядра сообщается с цитозолем через ядерные поры, осуществляющие диффузию воды, ионов и транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой. Перенос макромолекул через ядерные поры осуществляют транспортные белки – кариоферины. Внутри ядра находится хроматин - спирализованные участки хромосом. Различают гетерохроматин (транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин интерфазного ядра) и эухроматин (транскрипционно активный). Каждая хромосома содержит одну длинную молекулу ДНК и ДНК-связывающие белки; хроматин в составе хромосомы образует многочисленные петли. Хромосома состоит из структурных единиц – нуклеосом – сферических структур диаметром 10 нм.

Ядерный матрикс содержит сеть рибонуклеопротеинов, ядерные рецепторы, ферменты (АТФаза, ГТФаза, ДНК- и РНК-полимеразы) и множество других молекул, часто образующих ассоциации – ядерные частицы. В матриксе происходит транскрипция и процессинг мРНК и рРНК.

Ядрышко – компактная структура в ядре интерфазных клеток. Различают в ядрышке фибриллярный центр (ДНК, кодирующая рРНК) и фибриллярный компонент, где протекают ранние стадии образования предшественников рРНК, состоит из тонких рибонуклеопротеиновых фибрилл и транскрипционно активных участков ДНК; гранулярный компанент, содержит зрелые предшественники рибосомных субединиц, имеющих диаметр 15 нм.. Основные функции ядрышка – синтез рРНК и образование субединиц рибосом.
Функции ядра состоят в регуляции всех жизненных отправлений клетки, которую оно осуществляет при помощи ДНК и РНК-материальных носителей наследственной информации. В ходе подготовки к делению клетки ДНК удваивается, в процессе митоза хромосомы расходятся и передаются дочерним клеткам, обеспечивая преемственность наследственной информации у каждого вида организмов. .
2. Митохондрии. Двухмембранные органоиды эукариотической клетки, обеспечивающие организм энергией. Длина митохондрий 1,5-10 мкм, диаметр - 0,25-1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке колеблется в широких пределах, от 1 до 100 тыс., и зависит от ее метаболической активности. Число митохондрий может увеличиваться путем деления, так как эти органоиды имеют собственный геном (кольцевая ДНК, мРНК, тРНК, рРНК). Наружная мембрана митохондрий гладкая, проницаема для многих молекул. В межмембранном пространстве накапливаются ионы Н + , выкачиваемые из матрикса, что создает протонный градиент концентрации по обе стороны внутр. мембраны. Внутренняя мембрана образует многочисленные впячивания – кристы, их число может колебаться в зависимости от функций клетки, они увеличивают поверхность внутренней мембраны. Внутр. мембрана содержит транспортные системы для переноса веществ (АТФ, АДФ, Рi, пирувата, дифосфатов и др.) в обоих напрвлениях и комплексы цепи переноса электронов, связанные с ферментами окислительного фосфорилирования.
Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом. В матриксе содержатся кольцевая молекула митохондриальной ДНК, специфические иРНК, тРНК и рибосомы (прокариотического типа), осуществляющие автономный биосинтез части белков, входящих в состав внутренней мембраны. Но большая часть генов митохондрии перешла в ядро, и синтез многих митохондриальных белков происходит в цитоплазме. Кроме того, содержатся ферменты, образующие молекулы АТФ. Митохондрии способны размножаться путем деления.
Функции митохондрий – окисление в цикле Кребса, транспорт электронов, хемиосмотическое сопряжение, фосфорилирование АДФ, сопряжение окисления и фосфорилирования, функцию контроля внутриклеточной концентрации кальция, синтез белков, образование тепла. Велика их роль в апоптозе.

3. Пластиды. Различают три основных типа пластид: лейкопласты - бесцветные пластиды в клетках не-окрашенных частей растений, хромопласты - окрашенные пластиды желтого, красного и оранжевого цвета, хлоропласты - зеленые пластиды.
Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения. Наиболее часто происходит превращение лейкопластов в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету) обратный процесс происходит в темноте. При пожелтении листьев и покраснении плодов хлоропласты превращаются в хромопласты. Считают невозможным только превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты.
Хлоропласты. Основная функция – фотосинтез. Хлоропласты высших растений имеют размеры 5-10 мкм и по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет складчатую структуру. В результате образования выпячиваний внутренней мембраны, возникает система ламелл и тилакоидов. Внутренняя среда хлоропластов - строма - содержит кольцевую ДНК и рибосомы прокариотического типа. Пластиды способны к автономному делению, как и митохондрии.

Таким образом, клетка обладает тонкой и весьма сложной организацией. Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения органоидов позволяют разграничить множество одновременно протекающих в клетке химических реакций. Каждое из внутриклеточных образований имеет свою структуру и специфическую функцию, но только при их взаимодействии возможна гармоничная жизнедеятельность клетки.На основе такого взаимодействия вещества из окружающей среды поступают в клетку, а отработанные продукты выводятся из нее во внешнюю среду - так совершается обмен веществ.