Міри токсичності речовин

Кількісна характеристика токсичності речовин достатньо складна і вимагає багатобічного підходу. Судити про неї доводиться за наслідками дії речовини на живий організм, для якого характерна індивідуальна реакція, оскільки в групі випробовуваних тварин завжди присутні більш менш сприйнятливі до дії токсину, що вивчається, індивідууми.

Існують дві основні характеристики токсичності - ЛД₅₀ і ЛД₁₀₀. ЛД - абревіатура летальної дози, тобто дози, що викликає при одноразовому введенні загибель 50 або 100% експериментальних тварин. Дозу зазвичай визначають в розмірності концентрації. Токсичними вважають всі ті речовини, для яких ЛД мала. Прийнята така класифікація речовин за ознакою гострої токсичності (див. табл.49):

Таблиця 49.

Класифікація речовин за їх гострою токсичністю (ЛД₅₀ для лабораторних щурів при пероральному введенні, мг/кг

Величина t_0,5 характеризує час напіввиведення токсину та продуктів його перетворення з організму. Для різних токсинів вона може складати від декількох годин до декількох десятків років.

Окрім ЛД₅₀, ЛД₁₀₀ і t_0,5 в токсикологічних експериментах на тваринах прийнято указувати ще і час 100 або 50% загибелі об'єктів. Але для цього такі експерименти повинні проводитися протягом багатьох місяців і років, а при існуючому нетривалому контролі можна віднести до малотоксичних речовин - високотоксичні, такі, що проявляють свою негативну, згубну дію лише через тривалий час.

Окрім цього, необхідно враховувати ще низку чинників. Це і індивідуальність різних експериментальних тварин, і різний розподіл токсинів в органах і тканинах, і біотрансформація токсинів, яка утрудняє їх визначення в організмі.

При хронічній інтоксикації вирішальне значення набуває здатність речовини проявляти кумулятивні властивості, тобто накопичуватися в організмі та передаватися по харчових ланцюгах. Необхідно також враховувати комбіновану дію декількох чужорідних речовин при одночасному та послідовному надходженні в організм та їх взаємодію з макро- і мікронутрієнтами харчових продуктів (оскільки людина може отримувати протягом всього життя разом з їжею цілий комплекс чужорідних речовин або у вигляді контаминантов-забруднювачів, або у вигляді добавок до харчових продуктів).

Комбінований ефект є результатом фізичних або хімічних взаємодій, індукції або інгібування ферментних систем, інших біологічних процесів. Дія однієї речовини може бути посилена або послаблена під впливом інших речовин. Розрізняють два основні ефекти: антагонізм - ефект дії двох або декількох речовин, при якому одна речовина послаблює дію іншої речовини (наприклад, дія ртуті та селену в організмі тварин і людини); синергізм - ефект дії, що перевищує суму ефектів дії кожного чинника (наприклад, комбінована дія хлоровмісних сполук, фосфорорганічних пестицидів, комбінована дія ксенобіотиків і деяких медикаментів).

У зв'язку з хронічною дією сторонніх речовин на організм людини і небезпекою віддалених наслідків, яка виникає, найважливішого значення набувають канцерогенна (виникнення ракових пухлин), мутагенна (якісні та кількісні зміни в генетичному апараті клітки) і тератогенна (аномалії в розвитку плоду, викликані структурними, функціональними і біохімічними змінами в організмі матері та плоду) дії ксенобіотиків.

На основі токсикологічних критеріїв (з погляду гігієни харчування) міжнародними організаціями ООН - ВООЗ, ФАО та ін., а також органами охорони здоров'я окремих держав прийняті такі базисні (основні) показники: ГДК, ДДД і ДДС.

ГДК (гранично-допустима концентрація) - гранично-допустимі кількості чужорідних речовин в атмосфері, воді, продуктах харчування з погляду безпеки їх для здоров'я людини. ГДК в продуктах харчування - встановлена законом гранично-допустима з погляду здоров'я людини кількість шкідливої (чужорідної) речовини в харчовому продукті. ГДК - це такі концентрації, які при щоденній дії протягом скільки завгодно тривалого часу не можуть викликати захворювань або відхилень в стані здоров'я, що виявляються сучасними методами досліджень, в житті нинішнього та наступних поколінь.

ДДД (допустима добова доза) - щоденне надходження речовини, яка негативно не впливає на здоров'я людини протягом всього життя.

ДДС (допустиме добове споживання) - величина, що розраховується як добуток ДДД на середню величину маси тіла (60 кг).

Токсичні елементи

Токсичні елементи (зокрема, деякі важкі метали) складають обширну та дуже небезпечну в токсикологічному відношенні групу речовин. Зазвичай розглядають 14 елементів: Hg, Pb, Cd, As, Sb, Sn, Zn, Al, Be, Fe, Cu, Ba, Cr, Tl. Зрозуміло, що не всі перераховані елементи є отруйними, деякі з них необхідні для нормальної життєдіяльності людини та тварин. Тому часто важко провести чітку межу між біологічно необхідними та шкідливими для здоров'я людини речовинами.

У більшості випадків реалізація того чи іншого ефекту залежить від концентрації. При підвищенні оптимальної фізіологічної концентрації елементу в організмі може наступити інтоксикація, а дефіцит багатьох елементів в їжі та воді може призвести до достатньо важких і важко розпізнаваних явищ недостатності.

Забруднення водоймищ, атмосфери, грунту, сільськогосподарських рослин і харчових продуктів токсичними металами (Hg, Pb, Cd, As, Sb, Sn, Zn, Al, Be, Fe, Cu, Ba, Cr, Tl) відбувається за рахунок:

Ø викидів промислових підприємств (особливо вугільної, металургійної та хімічної промисловості);

Ø викидів міського транспорту (мається на увазі забруднення свинцем від згорання етилованного бензину);

Ø застосування в консервному виробництві неякісних внутрішніх покриттів і при порушенні технології припоїв;

Ø контакту з устаткуванням (для харчових цілей допускається дуже обмежене число марок сталі та інших сплавів).

Для більшості продуктів встановлені гранично-допустимі концентрації (ГДК) токсичних елементів, до дитячих і дієтичних продуктів пред'являються жорсткіші вимоги.

Найбільшу небезпеку з вищеназваних елементів представляють ртуть (Hg), свинець (Рb), кадмій (Cd).

Ртуть. Ртуть - один з найнебезпечніших і високотоксичних елементів, що має властивість накопичуватися в рослинах і в організмі тварин та людини, тобто є отрутою кумулятивної дії.

Токсичність ртуті залежить від виду її сполук, які по-різному всмоктуються, піддаються метаболізму та виводяться з організму. Найбільш токсичні алкілртутні сполуки з коротким ланцюгом - метилртуть, етилртуть, диметилртуть. Неорганічні сполуки ртуті порушують обмін аскорбінової кислоти, пірідоксина, кальцію, міді, цинку, селену; органічні - обмін білків, цистеїну, аскорбінової кислоти, токоферолів, заліза, міді, марганцю, селену.

Захисний ефект при дії ртуті на організм людини мають цинк і, особливо, селен. Припускають, що захисна дія селену обумовлена утворенням нетоксичної сполуки - селено-ртутного комплексу.

Про високу токсичність ртуті свідчать і дуже низькі значення ГДК: 0,0003 мг/м³ в повітрі та 0,0005 міліграм/л у воді. Безпечним рівнем вмісту ртуті в крові вважають 50-100 мкг/л. Людина одержує з добовим раціоном близько 0,05 міліграма ртуті, що відповідає рекомендаціям ФАО/ВООЗ. У організм людини ртуть потрапляє найбільшою мірою з рибопродуктами, в яких її вміст може в багато разів перевищувати ГДК. М'ясо риби відрізняється найбільшою концентрацією ртуті та її сполук, оскільки активно акумулює їх з води і корму, в який входять різні гідробіонти, багаті ртуттю. Наприклад, хижі прісноводі риби можуть містити ртуті від 107 до 509 мкг/кг, нехижі прісноводі риби від 78 до 200 мкг/кг, а океанські нехижі риби від 300 до 600 мкг/кг Hg. Організм риб здатний синтезувати метил-ртуть, яка накопичується в печінці. У деяких видів риб в м'язах міститься білок - металотіонеїн, який з різними металами, зокрема і з ртуттю, утворює комплексні сполуки, сприяючи тим самим накопиченню ртуті в організмі та передачі її по харчових ланцюгах. У таких риб вміст ртуті досягає дуже високих концентрацій: риба-шабля містить від 500 до 20 000 мкг/кг, а тихоокеанський марлін від 5000 до 14 000 мкг/кг. Для інших продуктів характерний такий вміст ртуті (мкг/кг). У продуктах тваринництва: м'ясо 6-20, печінка 20-35, нирки 20-70, молоко 2-12, вершкове масло 2-5, яйця 2-15; у їстівних частинах сільськогосподарських рослин: овочі 3-59, фрукти 10-124, боби 8-16, зернові 10-103; у капелюшних грибах 6-447, в перезрілих до 2000 мкг/кг, причому на відміну від рослин в грибах може синтезуватися метилртуть. При варці риби та м'яса концентрація ртуті в них знижується, при аналогічній обробці грибів залишається незмінною. Ця відмінність пояснюється тим, що в грибах ртуть пов'язана з аміногрупами азотвмісних сполук, в рибі та м'ясі - з сірковмісними амінокислотами.

Свинець. Свинець - один із найпоширеніших і небезпечних токсикантів. Історія його застосування дуже стародавня, що пов'язане з відносною простотою його отримання та великою поширеністю в земній корі (1,6 · 10-3%). Сполуки свинцю - Рb₃О₄ і PbSO₄ - основа широко вживаних пігментів: сурику та свинцевих білил. Глазур, яка використовується для покриття керамічного посуду, також містить сполуки РЬ. Металічний свинець за часів Стародавнього Риму застосовувався при прокладці водопроводів. Наразі перелік областей його застосування дуже широкий: виробництво акумуляторів, електричних кабелів, хімічне машинобудування, атомна промисловість, виробництво емалей, мастик, лаків, кришталя, піротехнічних виробів, сірників, пластмас та ін. Світове виробництво свинцю складає більше 3,5·10⁶ тон на рік. У результаті виробничої діяльності людини в природні води щорічно потрапляє 500-600 тис. т, а в атмосферу в переробленому і дрібнодисперсному стані викидається близько 450 тис. т свинцю, переважна більшість якого осідає на поверхні Землі. Основним джерелом забруднення атмосфери свинцем є вихлопні гази автотранспорту (260 тис. т) та спалювання кам'яного вугілля (близько 30 тис. т). У тих країнах, де використання бензину з додаванням тетраетилсвинцю зведене до мінімуму, вміст свинцю в повітрі вдалося в багато разів знизити. Необхідно підкреслити, що багато рослин та грибів накопичують свинець, який передається по харчових ланцюгах і виявляється в м'ясі та молоці сільськогосподарських тварин, особливо активне накопичення свинцю відбувається поблизу промислових центрів і великих автомагістралей. Не можна споживати гриби та ягоди, зібрані поряд з автомобільними дорогами, в них концентрація свинцю може перевищувати ПДК в сотні разів!

Щоденне надходження свинцю в організм людини з їжею - 0,1-0,5 міліграм, з водою - 0,02 міліграм. Вміст свинцю (у міліграмі/кг) у різних продуктах такий: фрукти 0,01-0,6; овочі 0,02-1,6; крупи 0,03-3,0; хлібобулочні вироби 0,03-0,82; м'ясо та риба 0,01-0,78; молоко 0,01-0,1. У організмі людини засвоюється в середньому 10% свинцю, що надійшов, у дітей - 30-40%. З крові свинець поступає в м'які тканини і кістки, де депонується у вигляді трифосфату свинцю.

Основними мішенями дії свинцю є кровотворна, нервова та травна системи, а також нирки. Свинцева інтоксикація може призводити до серйозних порушень здоров'я, які виявляються в частих головних болях, запамороченнях, підвищеній стомлюваності, дратівливості, погіршенні сну, м'язовій гіпотонії, а в найбільш важких випадках до паралічів і парезів, розумової відсталості. Неповноцінне харчування, дефіцит у раціоні кальцію, фосфору, заліза, пектинів, білків (або підвищене надходження кальциферолу) збільшують засвоєння свинцю, а отже - його токсичність. Допустима добова доза (ДДД) свинцю складає 0,007 міліграм/кг; величина ГДК у питній воді - 0,05 міліграм/л.

Заходи щодо профілактики забруднення свинцем сировини та харчових продуктів повинні містити державний і відомчий контроль за промисловими викидами свинцю в атмосферу, водоймища та грунт. Необхідно істотно понизити або повністю унеможливити застосування тетраетилсвинцю в бензині, свинцевих стабілізаторах, виробах з полівінілхлориду, барвниках, пакувальних матеріалах та ін.

Кадмій. Кадмій широко застосовується в різних галузях промисловості. У повітря кадмій надходить разом з свинцем при спалюванні палива на ТЕС, з газовими викидами підприємств, що виробляють або використовують кадмій. Забруднення ґрунту кадмієм відбувається при осіданні кадмій-аерозолей з повітря та доповнюється внесенням мінеральних добрив: суперфосфату (7,2 міліграм/кг), фосфату калію (4,7 міліграм/кг), селітри (0,7 міліграм/кг). Помітним є вміст кадмію і в гної, де він проявляється в результаті такого ланцюгу переходів: повітря → грунт → рослини → травоїдні тварини → гній. У деяких країнах солі кадмію застосовують як антисептичні та антигельмінтні препаратів у ветеринарії. Усе це визначає основні шляхи забруднення кадмієм навколишнього середовища, а отже, продовольчої сировини і харчових продуктів.

Вміст кадмію (у мкг/кг) у різних продуктах такий: Рослинні продукти: зернові 28 - 95, горох 15 - 19, квасоля 5 - 12, картопля 12 - 50, капуста 2 - 26, помідори 10 - 30, салат 17 - 23, фрукти 9 - 42, рослинна олія 10 - 50, цукор 5 - 31, гриби 100 - 500; у продуктах тваринництва: молоко - 2,4, сир - 6,0, яйця 23- 250. Установлено, що приблизно 80% кадмію надходить в організм людини з їжею, 20% - через легені з атмосфери та при палінні. З раціоном доросла людина одержує до 150 мкг/кг і вище кадмію в добу. У одній цигарці міститься 1,5-2,0 мкг Cd. Подібно до ртуті та свинцю, кадмій не є життєво необхідним металом. Потрапляючи в організм, кадмій проявляє сильну токсичну дію, головною мішенню якої є нирки. Кадмій є антагоністом цинку, кобальту, селену, інгібує активність ферментів, що містять вказані метали. Відома здатність кадмію порушувати обмін заліза та кальцію. Усе це може призвести до широкого спектру захворювань: гіпертонічна хвороба, анемія, ішемічна хвороба серця, ниркова недостатність та інші. Відмічені канцерогенний, мутагенний та тератогенний ефекти кадмію. За рекомендаціями ВООЗ допустима добова доза (ДДД) кадмію - 1 мкг/кг маси тіла.

Велике значення в профілактиці інтоксикації кадмієм має правильне харчування (включення в раціон білків, багатих сірковмісними амінокислотами, аскорбіновою кислотою, залізом, цинком, селеном, кальцієм), контроль за вмістом кадмію та виключення з раціону продуктів, багатих кадмієм.

Алюміній. Перші дані про токсичність алюмінію були одержані в 70-х рр. XX ст., і це виявилося несподіванкою для людства. За поширеністю в земній корі алюміній займає третє місце (8,8% маси земної кори складає Аl), він має цінні якості, металевий алюміній знайшов широке застосування в техніці та побуті. Постачальниками алюмінію в організм людини є алюмінієвий посуд, якщо він контактує з кислим або лужним середовищем, вода, яка збагачується іонами А1³⁺ при обробці її сульфатом алюмінію на водоочищувальних станціях. Істотну роль у забрудненні навколишнього середовища іонами А1³⁺ відіграють і кислотні дощі. Не слід зловживати ліками, що містять гідроксид алюмінію: протигемороїдальними, протиартритними, такими, що знижують кислотність шлункового соку. Як буферну добавку вводять гідроксид алюмінію і в деякі препарати аспірину і в губну помаду. Серед харчових продуктів найвищу концентрацію алюмінію (до 20 міліграма/г) має чай.

Іони А1³⁺, що надходять в організм людини, у формі нерозчинного фосфату виводяться з фекаліями, частково всмоктуються в кров і виводяться нирками. При порушенні діяльності нирок відбувається накопичення алюмінію, яке призводить до порушення метаболізму Са, Mg, P, F, що супроводжується зростанням крихкості кісток, розвитком різних форм анемії. Крім того, були виявлені серйозніші прояви токсичності алюмінію: порушення мовлення, провали в пам'яті, порушення орієнтації та ін. Усе це дозволяє наблизити "нешкідливий" алюміній, що вважався нетоксичним до недавнього часу, до "похмурої трійки" супертоксикантів: Hg, Pb, Cd.

Миш'як. Миш'як як елемент у чистому вигляді отруйний тільки у високих концентраціях. Він належить до тих мікроелементів, необхідність яких для життєдіяльності організму людини не доведена, а його сполуки, такі як миш'яковистий ангідрид, арсеніти та арсенати, сильно токсичні. Миш'як міститься у всіх об'єктах біосфери (у земній корі - 2 міліграми/кг, в морській воді - 5 мкг/кг). Відомими джерелами забруднення навколишнього середовища миш'яком є електростанції, що використовують буре вугілля, мідеплавильні заводи; він використовується при виробництві напівпровідників, скла, барвників, інсектицидів, фунгіцидів та ін.

Нормальний рівень вмісту миш'яку в продуктах харчування не повинен перевищувати 1 міліграма/кг. Так, наприклад, фоновий вміст миш'яку (міліграм/кг): у овочах і фруктах 0,01-0,2; у зернових 0,006-1,2; у яловичині 0,005-0,05; у печінці 2,0; яйцях 0,003-0,03; у коров'ячому молоці 0,005- 0,01. Підвищений вміст миш'яку виявлено в рибі та інших гідробіонтах, зокрема в ракоподібних і молюсках. За даними ФАО/ВООЗ, в організм людини з добовим раціоном надходить у середньому 0,05-0,45 міліграм миш'яку. ДДД - 0,05 міліграм/кг маси тіла.

Залежно від дози миш'як може викликати гостре і хронічне отруєння, разова доза миш'яку 30 міліграм - смертельна для людини.