Диоксины. Проблема XXI века

           Так, термическое уничтожение одноразовой посуды, пищевой пленки, углеводородных пластиков (пакеты и пр.) влечет за собой образование канцерогенных полиароматических углеводородов (ПАУ); резины - помимо ПАУ, канцерогенно опасную сажу с окислами серы; поролон, нейлон, синтетические ткани и покрытия, полиуретаны - цианиды; горение линолеума (в особенности, антистатического), изоляционных материалов, пластмассовых игрушек, полиэтиленовой тепличной пленки дает в общей сложности до 70 наименований токсических веществ, самые неблагоприятные из которых - диоксины. В целом, сжигание любых ПВХ-композиций влечёт за собой выделение большого числа диоксинов.

           Есть эти вещества в выбросах металлургической и металлобрабатывающей промышленности, в пыли, уносимой ветром с могильников токсичных отходов, выхлопных газах автомобильных двигателей. Возможно возникновение диоксиновых соединений на предприятиях целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, хлорной промышленности, при обеззараживании хлором воды, содержащей фенолы и их предшественники - лигнины, гуминовые и фульвокислоты. В этом плане экологически опасны фенолсодержащие стоки промышленных предприятий. Не менее опасны вышеописанные пожары, в частности, горение всевозможных синтетических материалов, электрооборудования. Непредсказуемые последствия для биосферы (трагический пример Индокитая) влечет за собой применение химического оружия.

           По хозяйственно-территориальным признакам вышеперечисленные источники общепринято подразделять на локальные и диффузные (пространственно распределенные), а по темпам накопления в окружающей среде и объектах живой природы - на регулярные и экстремально-залповые. Диффузные источники диоксинов, с точки зрения окружающей среды, представляются более опасными. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, изомерно-гомологическим разнообразием поступающих в систему ксенобиотиков, а во-вторых, черезвычайной трудностью обнаружения опасности до того, как она себя проявит.

           Существует также классификация способов поступления диоксинов в биосферу. Согласно ей, выделяют три основные группы способов:

1. функционирование несовершенных, экологически небезопасных технологий производства продукции химической, целюллозно-бумажной, металлургической промышленности. Для них всех характерны диоксинсодержащие отходы и сточные воды в период регулярной деятельности, а также большие дополнительные выбросы в случае аварийной обстановки;
2. использование химической или иной продукции, содержащей примеси (диоксинов или их предшественников) и/или продуцирующей их в процессе использования или аварии;
3. несовершенство и небезопасность технологии уничтожения, захоронения и преобразования отходов.

           Типов пространственно распределенных источников чрезвычайно много. Перечислим некоторые из тех, что принципиально возможны и уже попали в поле зрения специалистов:  
- лесные пожары (леса, обработанные хлорфенольными пестицидами);

- хлорирование  питьевой воды;

- выхлопы автомобилей; 

- работа домашних  печей, использующих "техногенную" древесину (пропитанную пестицидами и иными галогенорганическими веществами);

- обработка  сельскохозяйственных угодий диоксинсодержащими гербицидами или гербицидами, способными превращаться в диоксины непосредственно в живой и неживой природе и т.д.

           Ксенобиотики диоксинового ряда образуются при производственных процессах, целью которых является получение ароматических и олифатаческих хлор- и броморганических соединений, неорганических галогенидов. Некоторые виды промышленных технологий, в процессе которых возможно попутное генерирование диоксиновых соединений - ПХДД и ПХДФ приведены ниже:

- процессы производства хлорфенолов и их производных;

- процессы производства  хлорбензолов, ПХБ и их замещенных;

- синтез хлоралифатических соединений;

- процессы производства бромированных антипиренов (бифенилы дифениловые эфиры и т.д.);

- процессы с  использованием хлорсодержащих интермедиатов;

- процессы производства  неорганических хлоридов;

- процессы с  использованием хлорированных катализаторов  и растворителей, и т.д.

Кроме того,·диоксины образуются в некоторых технологиях металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Циркуляция  и распределение диоксинов в живой и неживой природе.

           Способность к пространственному перемещению воздушным путем у диоксинов и диоксиноподобных соединений незначительна. Однако, благодаря высокому сродству к твердым органическим компонентам атмосферных выбросов (особенно саже), концентрация диоксинов в воздухе намного выше тех, которые следовало ожидать, исходя лишь из летучести этих веществ. По той же причине диоксины достаточно прочно связываются частицами почвы, донных отложений как содержащими органические компоненты. Почва и донные отложения рек, озер и морей - конечные "резервуары", в которых накапливаются диоксины в неживой природе. В то же время, вместе с этими частицами они могут переноситься на довольно большие расстояния, загрязняя воздух и воду, включаться в пищевые цепи. Эффективнее всех концентрируют диоксины рыбы и дойные коровы. Следовательно, именно продукты животного происхождения страдают при загрязнении окружающей среды диоксинами.

           Диоксины черезвычайно стабильны в живых организмах, следствием чего является их длительное сохранение в биосфере.

           Токсикокинетические исследования последних лет показали, что они очень медленно выводятся из живых организмов, а из человеческого организма практически не выводятся. В частности, период полувыведения высокотоксичного 2,3,7,8-ТХДД из живых организмов составляет (в днях):

           Высокохлорированные ПХДД имеют сопоставимое время полувыведения из организма человека - порядка 3-6 лет. Для высокотоксичных ПХДФ период полувыведения из организма человека несколько меньше - от 1 до 3 лет. Найдена явная зависимость этой величины от структуры ПХДФ. Период полувыведения высокотоксичного ПХБ-169 из человека имеет величину порядка 10 лет.

           При оральном поступлении диоксина в организм человека более 87% его всасывается в желудочно-кишечный тракт. Накапливается он преимущественно в жировой ткани, коже и печени. Ниже приведены данные по эффективности накопления диоксина в органах, тканях и выделениях человека в сравнении с кровью (даны коэффициенты распределения):

           Помимо способности накапливаться в неживой природе и живых организмах, диоксины, как уже отмечалось, обладают удивительной химической устойчивостью. Они стабильны и в сильнокислых, и в щелочных средах, устойчивы к окислению. Период полураспада в почве для них составляет порядка 10 лет. В воде и донных отложениях он составляет намного меньшую величину - порядка 2 лет. Фотолитическое разложение диоксина и его аналогов происходит в природе достаточно медленно. В воздухе в газообразном состоянии диоксины могут разлагаться под действием УФ-излучения Солнца, но в таком состоянии в природе диоксины практически не встречаются. Адсорбированные твердыми частицами диоксины гораздо стабильнее: частицы могут содержать соединения, ингибирующие фотолиз или попросту экранирующие диоксины. В почве же фотолиз протекает лишь в верхнем слое (толщиной всего около 3 мм) с периодом полуразложения больше 1 года, но ниже этого слоя концентрация диоксинов остается практически неизменной.

Физиологическое действие диоксинов

           Спектр физиологического действия диоксинов черезвычайно широк. Ситуация усугубляется ксенофобностью этих соединений: за миллионы лет эволюции природа с ними не сталкивалась, и организм человека не научился от них защищаться.

           Токсикологические характеристики диоксинов и подобных им соединений зависят от положения атомов хлора в молекуле. Особенно токсичны вещества, содержащие галогены в тех же местах, что и в молекуле 2,3,7,8-ТХДД - самого ядовитого из диоксинов. Он более ядовит, чем известный кураре, стрихнин, и сопоставим по отдельным характеристикам с ядами, используемыми в качестве химического оружия, являясь самым смертельным ядом из всех известных человечеству. Но диоксинов по химическому составу много, токсичность у них различная и человечество, сталкиваясь с ними, подвергается воздействию их смесей. Токсичность смесей оценивается по особым системам, где каждому соединению присваивается коэффициент токсичности относительно 2,3,7,8-ТХДД, и общая токсичность смеси выражается в эквивалентном количестве этого соединения (т.н. "диоксиновый эквивалент", ДЭ).

           Однако реальное воздействие диоксинов на человека и окружающую среду не адекватно их острой токсичности. Данные последних лет показали, что основная опасность диоксинов заключается не столько в острой токсичности, сколько в кумулятивности действия и отдаленных последствиях хронического отравления малыми дозами.

           Наиболее очевидное проявление действия диоксинов - заболевание "хлоракне", рецидивирующее гнойничковое заболевание кожи. Известное ещё с начала 20 века как профессиональное заболевание рабочих хлорных производств, оно является специфическим симптомом острой диоксиновой интоксикации. Хлоракне возникает спустя 1-2 месяца после начала контакта с диоксинами в дозах от 0,1 до 3 мг/кг, приводит к тяжелой форме угрей и прогрессирует со временем, если контакт не прекращается.

           Кроме того, диоксины вызывают такие кожные заболевания как гиперпигментация кожи (темные пятна), гипертрихоз (избыточный рост волос), актинический кератоз (утолщение кожи), гирсутизм (избыточный рост волос на лице у женщин). Однако данное специфическое проявление, как отмечалось, возникает в основном при профессиональных контактах с диоксинами; у лиц, явно не контактирующих с ними, но подвергающихся косвенному воздействию (например, в силу загрязнения окружающей среды), диоксиновая интоксикация выражается в ряде "скрытых" эффектов неблагополучия.

           Так, в результате многочисленных исследований и наблюдений выяснилось, что одним из неблагоприятных факторов воздействия диоксинов на здоровье людей является их влияние на иммунную систему. Было установлено, что интоксикация любыми экзогенными химическими соединениями непременно влечет за собой патофизиологические и биохимические изменения (т.н. "токсический стресс"). Данные изменения наряду с другими системами непосредственно затрагивают и иммунную. Вместе с тем, до недавнего времени роль иммунного компонента в патогенезе токсикологического процесса недооценивалась. Ситуация изменилась после публикации работ, изучавших особенности иммуногенеза в условиях интоксикации. При этом было обнаружено, что при действии многих промышленных ядов (бензола и его производных, ТХДД, тетрахлорметана, галогенированных ароматических углеводородов, многих пестицидов и гербицидов) происходит повреждение отдельных звеньев клеточного и гуморального иммунитета. Его подавление влечет за собой развитие иммунодепрессивного состояния, снижение адаптивности организма к изменяющимся условиям внешней среды.

           Изучению иммуносупрессорных эффектов диоксинов были посвящены работы J.A. Chasfaim, Th.L. Pazdernik, исследовавших влияние ТХДД на систему В-лимфоцитов мышей, вводимого однократно в дозах 30, 60 и 120 мкг/кг массы. В результате было выявлено значительное обеднение клеточного состава лимфоидных органов: селезенки и костного мозга, подавление продукции клетками этих органов антителабразующих клеточных элементов при иммунизации тимуснезависимыми антигенами, а также уменьшение числа В-лимфоцитарных колониеобразующих единиц в костном мозге. Обнаруженные иммунологические изменения были наиболее выражены через 14-21 день после затравки ТХДД. При внутрижелудочном введении ТХДД взрослым мышам наблюдалось подавление Т-зависимой и Т-независимой реакции антител после разрешающей инъекции антигенов. Супрессорное действие ТХДД на дифференцировку стволовых и В-клеток зарегистрировано и в опытах in vitro (M.J. Lusfer al, 1984), что позволяет предположить наличие в иммунокомпетентных клетках высокочувствительного к ТХДД рецептора.

           Последующие иммунотоксикологические исследования выявили, что впредь хроническому воздействию токсиканта, существенные изменения функциональной активности иммунокомпенетных клеток могут происходить уже в первые часы после однократного поступления в организм превышающих ПДК доз, оказывая при этом решающее влияние на все дальнейшее течение патотоксикологического процесса. Так, в ранние сроки после начала токсического воздействия Молодюк А.В. наблюдал увеличение размеров лимфоидных узелков селезенки. Эти данные подтверждают преположение о том, что в ранние сроки после начала токсического воздействия иммунные органы отвечают своей ранней активацией. Продолжительность этой фазы обратно пропорциональна концентрации, токсичности и дозе воздействующего токсиканта (Present L. 1985), а в последующем характерно истощение защитного потенциала лимфоидной ткани. К основным иммунологическим проявлениям отравления ТХДД относятся гипоплазия лимфоидной ткани, атрофия тимуса, потеря массы тела. Морфологически это проявляется в уменьшении количества клеток лимфоидного ряда, в появлении большого числа деструктивно измененных клеток и, в связи с этим, увеличении числа макрофагов в лимфоидной ткани; снижается количество митотически делящихся клеток.

           По данным R. Malinverni (1987), супрессия лимфоидной ткани в виде деффекта клеточного и гуморального иммунитета крайне повышает чувствительность организма как к внутриклеточным микроорганизмам, так и к инфекциям, инкапсулированными внеклеточными микроорганизмами. В целом, необычайно высокая восприимчивость к инфекциям рассматривается в настоящее время как одно из основных проявлений вторичного, в том числе химического, иммунодефицита, что выражается в повышенной частоте инфекционных заболеваний, их необычной тяжести, продолжительности, нередко осложненном течении.