МУТАГЕННОСТЬ - способность вызывать мутации, т.е. изменения химической структуры молекул ДНК, которое передается по наследству.[ ...]
Химические отравляющие вещества, покоящиеся у побережья трех Скандинавских стран - Норвегии, Швеции и Дании, обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Для нынешнего поколения это грозит всплеском онкологических заболеваний. Для будущих - передаваемыми по наследству умственными и физическими уродствами.[ ...]
Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие. Рассмотрим влияние некоторых из них на организм человека.[ ...]
Химическими мутагенами являются органические и неорганические кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, этиленамины, формальдегид, фенолы, акридиновые красители, алкилирующие соединения, аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований и др. Одни химические мутагены действуют как на реплицирующуюся, так и покоящуюся ДНК, тогда как другие только на реплицирующуюся ДНК. К мутагенам, действующим на реплицирующуюся ДНК, относят аналоги азотистых оснований и акридиновые красители.[ ...]
Для химической завивки (перманента) используют меркаптано-вые соединения для создания дисульфидных мостиков в волосах. Уже при небольших концентрациях, около 0,04%, наблюдается раздражение кожи. Однако признаков серьезных недомоганий при этом не наблюдается. При химической завивке и крашении волос часто используют пероксид водорода, который также может вызвать раздражение кожи, а при попадании брызг в глаза - раздражение конъюнктивы. О мутагенном действии Ы2О2 здесь вряд ли приходится говорить, так как при попадании в клетки пероксид водорода разрушается ферментом каталазой.[ ...]
Из-за химической устойчивости ДДТ в конце концов оказывался в пище человека. Были выявлены также канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты воздействия веществ, подобных ДДТ, на человека1.[ ...]
Метод химического индуцированного мутагенеза применялся, например, при работах с казахстанским карпом. Эти соединения, избирательно воздействуя на ДНК хромосом, повреждают ее, что может привести к возникновению мутаций.[ ...]
Многие химические вещества, с которыми контактирует человек в условиях большого города, обладают опухолевым, сенсибилизирующим, мутагенным и токсическим действием. В этой связи обращают внимание работы ряда авторов (Ю.И.Прокопенко и др.), в которых показано антимутагенное, противоопухолевое, десенсибилизирующее и детоксическое действие эритемного ультрафиолетового излучения.[ ...]
Выбросы химических предприятий в атмосферу фтористых соединений приводят к возникновению флюороза зубов у детей; выбросы антибиотиков и соединений бериллия - аллергозы; выбросы 3,4-бензпирена и других канцерогенов приводят к увеличению количества новообразований; тетраэтилсвинец, входящий в состав моторного топлива, кроме общетоксического, обладает мутагенным эффектом, что может привести к возникновению заболеваний и изменению генетического фонда биосферы в целом.[ ...]
Наконец, химический синтез сопровождается бесконтрольным выбросом в среду побочных продуктов химии в огромных количествах, часть которых обладает мутагенными (канцерогенными) свойствами. Некоторые химические соединения в обычных условиях кажутся безвредными. Однако попав в организм, гидролируются там и превращаются в мутагены.[ ...]
Однако эти химические вещества, среди которых многие являются мутагенами, загрязняют среду (почву и воду), проникают в клетки растений и животных, а затем с пищей растительного и животного происхождения попадают в организм людей, вызывая нарушения в здоровье.[ ...]
Отмечаются мутагенное, канцерогенное, аллергенное, атеросклеротическое, эмбриотоксическое воздействие химических веществ на организм человека, вплоть до половой мутации. Установлено, что в районах, в которых интенсивность применения пестицидов выше в 3-4 и в 9 раз, уровень заболевания сердечно-сосу-дистой системы возрастает в 1,2 и 2,2 раза. Существует прямая достоверная связь между количеством применяемых средств защиты растений и числом случаев заболевания печени и желчевыводящих путей. В будущем прогнозируется значительное увеличение заболеваемости в результате использования пестицидов, и в частности рост спонтанных абортов, бронхитов, бронхиальной астмы, авитаминозов и др. Причина бронхитов, бронхиальной астмы, других легочных заболеваний, сердечно-сосудистых болезней в значительной степени заключается в загрязнении атмосферного воздуха. В последние годы усилились острые респираторные заболевания верхних дыхательных путей (ОРЗ), которые приводят к развитию хронического бронхита.[ ...]
Количество химических элементов и их соединений, требующих нормирования, постоянно возрастает. При этом люди могут подвергаться воздействию не одного, а сразу нескольких загрязняющих компонентов, совместное действие которых может вызывать следующие эффекты воздействия на организм человека: независимое воздействие, интегральное воздействие, антагонизм, синергизм (эффект, превышающий суммирование), а также изменение характера действия (например, проявление мутагенных свойств) .[ ...]
Мутагены - химические вещества, вызывающие наследственные изменения в организме (мутации). Часть мутаций приводит к летальному исходу, бесплодию или врожденным уродствам. Под влиянием мутаций могут возникать новые виды болезнетворных бактерий, по отношению к которым человек, фауна и флора не имеют иммунитета. Мутагенным действием обладают многие пестициды, выхлопные газы автомобилей, углеводороды.[ ...]
Воздействие химических соединений способно вызывать практически все патологические процессы и состояния, известные в общей патологии.[ ...]
Загрязнение химическое - увеличение количества химических компонентов определенной среды, а также проникновение (введение) в нее химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму. Особенно опасными компонентами для природных экосистем и человека являются техногенные аэрозоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, детергенты, СПАВ и пр. В настоящее время в природной среде находится около 7-8 млн химических веществ, причем их арсенал ежегодно пополняется еще 250 тыс. новых соединений. Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами, среди которых особенно опасны 200 наименований (список составлен экспертами ЮНЕСКО). По оценкам ВОЗ, в мире около 600 млн человек подвержены воздействию атмосферы с повышенной концентрацией диоксида серы и более 1 млрд человек - с вредной для здоровья концентрацией взвешенных частиц.[ ...]
Под суммарной мутагенной активностью (СМА) понимается характеристика мутагенной активности всей суммы химических загрязнений воды при использовании в качестве индикаторов различных биологических тест-объектов. Биологической основой подхода является высокая корреляция канцерогенной и мутагенной активности химических соединений, связанная с тем, что мутации являются необходимым событием на этапе инициации в процессе канцерогенеза. Уровень СМА является биоиндикатором ее качества, позволяющим дать интегральную оценку ее загрязнения мутагенами и канцерогенами.[ ...]
Индикатором природы мутагенов является соотношение хромосомных нарушений разного типа (Бочков, 1993). Среди хромосомных аберраций во всех точках преобладают аберрации хроматидного типа (64,9-94,7 %), в основном одиночные фрагменты, что характерно для спонтанного и химического кластогенеза. Однако у мышей, отловленных в Ботаническом саду и на Уралмаше, встречались в значительной степени аберрации хромосомного типа (25,5 и 35,1 % соответственно) - в первую очередь парные фрагменты и хромосомные транслокации, что позволяет предполагать наличие радиационного воздействия на их хромосомный аппарат.[ ...]
По мнению токсикологов, ядом называется химический компонент среды обитания, поступающий в организм в количестве (реже в качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма, и поэтому несовместимый с жизнью. Яды могут оказывать на организм как общетоксическое, так и специфическое действие: сенсибилизирующее (вызывающее повышенную чувствительность), бластомогенное (образование опухолей), гонадотропное (действие на половые железы), эмбриотропное (действие на зародыш и плод), тератогенное (вызывает уродства), мутагенное (действие на генетический аппарат). Яды могут вызывать как острые, так и хронические отравления.[ ...]
В почве протекают различные физические, химические и биологические процессы, которые в результате загрязнения нарушаются. Загрязнение почвы связано с загрязнением атмосферы и гидросферы. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими веществами являются металлы и их соединения, удобрения и пестициды, радиоактивные отходы. По пищевым цепям эти загрязнения попадают в организм человека, оказывая токсическое, канцерогенное, мутагенное действие, подавляя иммунитет.[ ...]
Помимо этого, возрастающее использование химических веществ вызвало беспокойство относительно побочных воздействий на людей и другие организмы, не являющиеся мишенями, а также на окружающую среду в целом. Некоторые споры стали уже достоянием общественности, как споры вокруг ДДТ и 2,4,5-Т, хотя, несмотря на запрещение ДДТ во многих странах, это вещество используется в настоящее время в Африке в количестве более 30 ООО т в год. Другие химические вещества подвергаются строгой проверке или запрещаются. Допустимый уровень этилендибромида (ЭДБ) для хранящихся зерновых, цитрусовых и других плодов был уменьшен. Сейчас ЭДБ заменяют метилбромидами, для которых показаны онкогенный и мутагенный эффекты.[ ...]
Следует отметить еще одну важную особенность некоторых химических мутагенов - вместе с увеличением изменчивости селекционных признаков они вызывают небольшой сдвиг в сторону правой части гистограммы (см. рисунок). Последнее обстоятельство является очень важным, так как среди индуцированных рекордистов могут оказаться рыбы с наследственными задатками более высокого темпа роста. Отбор таких особей будет способствовать повышению эффективности мутационной селекции белого толстолобика, направленной на повышение продуктивности.[ ...]
После описанной катастрофы диоксин нередко стали называть также и как Севезо-Д. В результате аварии у нескольких сотен людей развилось тяжелое кожное заболевание - хлоракне, десятки тысяч отравившихся животных были забиты. По оценкам специалистов-экологов, действие диоксина будет проявляться еще в течение двух-трех десятилетий, поскольку это вещество способно длительно сохранять свою токсичность.[ ...]
Одной из задач эколого-генетического мониторинга загрязненных мутагенами территорий является оценка генетического риска для населения, проживающего на них. Выявление мутагенного эффекта непосредственно по отношению к человеку сопряжено с рядом методологических трудностей. Поэтому в качестве индикатора мутагенного потенциала среды удобным и чувствительным объектом исследований являются синантропные грызуны, например домовые мыши (Mus musculus), поскольку они близки к человеку по реакции генома на генотоксическое воздействие, а также по способам поступления мутагенов в организм (Гилева, 1997). На Урале домовые мыши успешно применялись при эколого-генетическом мониторинге радиоактивного и химического загрязнений окружающей среды во многих населенных пунктах (Гилева, 1997; Полявина, 2002).[ ...]
Индуцированными являются те мутации, которые возникают после обработки клеток (организмов) мутагенными факторами. Различают физические, химические и биологические мутагенные факторы. Большинство этих факторов либо прямо реагирует с азотистыми основаниями в молекулах ДНК, либо включается в нуклеотидные последовательности.[ ...]
В последнее время появились сообщения о возможной генетической опасности пестицидов различного химического строения. В лабораторных экспериментах на животных было показг;но, что ДДТ, гексахлорбутадиен могут оказывать вредное воздействие на потомство. По данным некоторых исследователей, изучивших действие 126 пестицидов, 99 вызывали мутагенный эффект. Однако различные пестициды изучались на разных моделях - микроорганизмах, насекомых, растениях, млекопитающих, культуре клеток человека.[ ...]
В руководствах по теории риска в отдельную методику выделяются расчеты оценки величины риска канцерогенных, мутагенных и тератогенных эффектов при радиационном воздействии, хотя общие принципы их расчета остаются такими же, как и в случае воздействия химических загрязнителей. Отличие состоит в следующем. Излучение порождает дозу даже при отсутствии непосредственного контакта тела с загрязнением. При оценках полученной дозы учитывается вторичное излучение от зараженных объектов. Суммарная доза, определяемая в единицах активности, а не массы, рассчитывается как взвешенная сумма доз, полученных отдельными частями организма человека. Отдельные виды излучения нормируются (приводятся к общей шкале) с учетом их опасности для организма человека. Учитываются также специфические характеристики излучения (активность в единицу времени, период полураспада для отдельных радионуклидов и другие).[ ...]
Предельно допустимые сбросы (ПДС) устанавливаются для соответствующих мест водопользования с учетом ПДК сбрасываемых химических компонентов, данных о наличии мутагенного эффекта и иных вредных последствий по каждому источнику загрязнения, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы соответствующих загрязняющих веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. При этом в качестве контрольных створов принимаются: для водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунальнобытового назначения - створ в 1 км выше первого по течению пункта водопользования; для водных объектов рыбохозяйственного назначения - створ на расстоянии не более 500 м ниже места сброса сточных вод .[ ...]
В настоящее время важна комплексная система мероприятий по генетическому мониторингу популяций в сочетании со скринингом химических соединений на мутагенную активность. Выше приведена в наиболее общей форме ее схема. В основу схемы положен принцип мониторинга - непрерывного слежения. На уровне глобальных и локальных загрязнений биосферы выделяется интегральный мониторинг за ростом врожденных дефектов в популяциях человека. Эта часть задачи может частично решаться с помощью уже известных методов учета числа врожденных заболеваний и аномалий в популяциях, путем биохимического скрининга по изоморфным белкам и цитогенетического скрининга. Известную пользу могут принести данные о динамике злокачественных новообразований и изменений в продолжительности жизни. Параллельно необходимо оценивать генетический груз в популяциях животных и растений.[ ...]
Комплекс функций организма, направленных на воспроизводство потомства и передачу наследственной информации, называют репродуктивной функцией. При интоксикации химическими веществами репродуктивная функция организма может нарушаться как в результате мутагенного действия этих веществ на половые и соматические клетки организма, так и в результате прямого (или опосредованного) воздействия химических веществ на эмбриональное развитие особей нового поколения.[ ...]
Непосредственное неблагоприятное влияние ксенобиотиков проявляется в общетоксическом, раздражающем и сенсибилизирующем действии. Отдаленные последствия воздействия химических факторов обусловлены их гонадотропным (бензол, хлорпрен, капролактам, свинец и др.), эмбриотроп-ным, мутагенным и канцерогенным действием. Общей чертой воздействия химических факторов на организм является то, что все они иммунодепрессанты.[ ...]
Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их складировании происходят многочисленные вторичные химические процессы, и в среду поступают не только известные химикам токсиканты, но и совершенно новые, непредсказуемые по своему воздействию на человека и экосистемы вещества. Установлено, например, что в шлам ах азотного производства при некоторых условиях образуется целый букет нитрозаминов - сильнейших мутагенов и канцерогенов. В промышленных зонах вблизи больших городов скопления отходов вместе с аэрогенными выпадениями образуют значительные техногенные геохимические аномалии многих металлов, которыми загрязняются не только почвы, грунты, но и растительность и подземные воды. Зоны влияния крупных промышленных агломераций простираются на сотни километров, например: Среднеуральской - 300 км. Московской - 200 км, Тульской - 120 км.[ ...]
Применение ДДТ и его аналогов в разных районах мира имело множество серьезных.экологических и экономических последствий от исчезновения целых популяций полезных насекомых, рыб, птиц, браковки больших партий пищевых продуктов, сильного химического загрязнения почв до прямого отравления людей и домашних животных. По имеющимся данным отравление пестицидами каждый год поражает в мире более двух млн. чел. и уносит до 50 тыс. жизней. Длительное действие и накопление пестицидов в организме дает спектр канцерогенных, мутагенных и тератогенных эффектов. В 70-х гг. в грудном молоке значительного процента сельских жительниц отдельных районов Молдавии, Кубани и Узбекистана обнаруживались ДДТ, ГХЦГ и другие пестициды; регистрировались многие случаи нарушения беременности и родов, уродства младенцев.[ ...]
Следующая группа загрязнителей-полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - могут быть как первичными, так и вторичными загрязнителями атмосферы и обычно адсорбируются на твердых частицах. Многие из ПАУ отличаются выраженным канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием и представляют серьезную угрозу для человека. Основным источником эмиссии ПАУ являются ТЭС, работающие на нефти или каменном угле, а также предприятия нефтехимической промышленности и автотранспорта. Из нескольких миллионнов известных в настоящее время химических соединений лишь около €000 были проверены на канцерогенную активность. В настоящее время установлено, что 1500 химических соединений, являющихся потенциальными загрязнителями атмосферы, обладают выраженными канцерогенными свойствами (ПАУ, нитрозамины, галогенуглеводороды и др.). Содержание ПАУ и других канцерогенных веществ, попадающих в атмосферу с выбросами промышленных предприятий, составляет в крупных индустриальных центрах около 80% от общего загрязнения окружающей среды.[ ...]
Подняв на новый уровень биотехнологию, генетическая инженерия нашла также применение в разработке способов определения и устранения загрязнений окружающей среды. В частности, сконструированы штаммы бактерий, которые являются своеобразными индикаторами мутагенной активности химических загрязнителей. С другой стороны, генно-инженерным способом сконструированы штаммы бактерий, которые содержат плазмиды, под контролем которых происходит синтез ферментов, способных разрушать многие химические соединения-загрязнители среды обитания. В частности, некоторые плазмидосодержащие бактерии способны разлагать до безвредных соединений нефть и нефтепродукты, оказавшиеся в среде в результате различных аварий или других неблагоприятных причин.[ ...]
Многие из обнаруже ных соединений обладают выраженным канцерогенным и мутагенным дей вием. Идентификация этих загрязнений городского воздуха осуществлялась помощью отождествления масс-спектров. Такие анализы очень важны оценке качества воздуха и экологической опасности, связанной с работой тотранспорта и промышленных предприятий химического профиля.[ ...]
Серьезную опасность для загрязнения окружающей среды представляют подводные захоронения отравляющих веществ в Балтийском море (недалеко от островов Готланд и Борнхольм) и проливе Скагеррак (между Скандинавским полуостровом и Ютландией) времен войны. В 1945-1948 гг. по Потсдамскому соглашению в этих местах Англией, США и СССР было затоплено около 270 т химических боеприпасов на глубине от 70 до 700 м. Из них около 30-35 т составляли только боевые отравляющие вещества (иприт, зарин и др.), являющиеся сильнейшими мутагенными компонентами, одной молекулы которых достаточно для того, чтобы вызвать мутацию у рыб или других морских организмов. За прошедшее время контейнеры были сильно поражены ржавчиной и при малейшем сотрясении из них вытекает отравляющее вещество. Начиная с июля 1969 г. у рыбаков, проживающих вблизи побережья средней части Балтийского моря, стали все чаще отмечаться отравления ипритом.[ ...]
Мутационная селекция рыб в качестве конечной цели предполагает получение гетерозисного эффекта на основе скрещиваний различных селекционных линий. Из опыта селекции известно, что гетерозисный эффект прямо связан со степенью генетической удаленности компонентов скрещивания. В своих исследованиях структуры осевого скелета мы попытались оценить генетические расстояния между сравниваемыми мутагенными линиями (НЭМ, ДАБ, НМБ) и контрольной по результатам компонентного анализа, проведенного на основе матриц ковариации. Полученные данные не отражают всей картины изменений, происходящих в различных локусах и генных системах, но в то же время свидетельствуют о достаточно высокой избирательности действия различных химических мутагенов и дают основания считать, что скрещивания между указанными 1руппами будут сопровождаться максимальным эффектом гетерозиса. Многочисленные данные, накопленные к настоящему времени, указывают на специфические спектры вызываемых физическими факторами видимых и летальных мутаций с повторяющимся преобладанием определенных типов, иногда чрезвычайно характерных (2, 14].[ ...]
Несмотря на перечисленные выше трудности в международном масштабе уже давно проводятся работы по унификации ПДК и других природоохранных нормативов. Необходимость единообразия стала особенно очевидной после того, как ООН и ВОЗ начали осуществлять программы по оценке безопасности окружающей среды, пищевых продуктов и лекарственных средств для человека. За последние 20 лет издан ряд руководств по медико-санитарным аспектам контроля окружающей среды и выявлению вредного действия токсичных химических соединений , оценке их тератогенного, мутагенного и канцерогенного действия и др. В настоящее время предприняты попытки унификации основных терминов и понятий, классификаций токсичности и опасности химических веществ, а также требований к методикам анализа и качеству аналитических измерений Сотрудничество показало, что выработка общих позиций методологического и методического плана служит надежной базой для обоснования безопасных уровней воздействия суперэкотоксикантов.[ ...]
Прежде при обосновании ПДК вредных веществ в водоемах учитывалось их поступление в организм экспериментальных животных лишь с питьевой водой без учета поступления с воздухом и пищей. Такое нормирование считается нерациональным . ВОЗ подчеркивает, что теперь при обосновании международных стандартов питьевой воды учитывалось поступление в организм токсических веществ всеми путями, а не только с питьевой водой, из расчета ее потребления 2 л/сут/человеком, масса которого 70 кг. Принималось во внимание общее содержание нормируемых веществ во внешней среде, влияние их на физиологические и биохимические показатели организма, учитывалась возможность канцерогенного, мутагенного и тератогенного действия, влияния на организм продуктов распада нормируемых соединений во внешней среде и организме, вероятность появления в организме при деструкции токсических веществ новых вредных соединений. Рекомендовано изучать токсичность химических веществ на нескольких видах теплокровных животных.[ ...]
На фоне идущих с переменной скоростью процессов геологической эволюции земной коры и географической среды работают механизмы биологической эволюции, которые, по-видимому, достаточно универсальны, но в зависимости от условий, в которых они протекают, могут давать различные результаты. В основе изменчивости лежит мутационный процесс. Мутации - это изменения в структуре молекул вещества - носителя генетической информации, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). На молекулярном уровне они вызываются воздействиями, энергия которых сравнима с энергией ковалентных связей, удерживающих тот или иной мономер - нуклеотид на своем месте в полимерной молекуле ДНК. К числу таких воздействий относятся различные мутагенные факторы - радиация, рентгеновское и жесткое ультрафиолетовое излучения, космические лучи, тепловой шум, некоторые химические вещества. Мутации имеют принципиально случайный характер.[ ...]
Мутации - это изменения в генном аппарате клетки, которые сопровождаются изменениями контролируемых этими генами признаков. Различают макро- и микроповреждения ДНК, ведущие к изменению свойств клетки. Макроизменения, а именно: выпадение участка ДНК (деления), перемещение отдельного участка (транслокация) или поворот определенного участка молекулы на 180° (инверсия) -у бактерий наблюдаются сравнительно редко Гораздо более характерны для них микроповреждения, или точечные мутации, т. е. качественные изменения в отдельных генах, например замена пары азотистых оснований. Мутации бывают прямые и обратные, или реверсивные. Прямые - это мутации организмов дикого типа, например утрата способности самостоятельно синтезировать факторы роста, т. е. переход от прото- к ауксотрофности. Обратные мутации представляют собой возвращение, или реверсию, к дикому типу. Способность к реверсии характерна для точечных мутаций. В результате мутаций изменяются такие важнейшие признаки, как способность самостоятельно синтезировать аминокислоты и витамины (ауксотрофные мутанты), способность к образованию ферментов. Эти мутации называют биохимическими. Хорошо известны также мутации, ведущие к изменению чувствительности к антибиотикам и другим антимикробным веществам. По происхождению мутации разделяют на спонтанные и индуцированные. Спонтанные возникают самопроизвольно без вмешательства человека и носят случайный характер. Частота таких мутаций очень низка и составляет от 1 X Ю“4 ло 1 X 10-10. Индуцированные возникают при воздействии на микроорганизмы физических или химических мутагенных факторов. К физическим факторам, обладающим мутагенным действием, относятся ультрафиолетовое и ионизирующие излучения, а также температура. Химическими мутагенами являются ряд соединений и среди них наиболее активны так называемые супермутагены. В природных условиях и эксперименте изменения в составе бактериальных популяций могут возникать в результате действия двух факторов - мутаций и автоселекции, происходящей в результате адаптации некоторых мутантов к условиям среды обитания. Такой процесс, очевидно, наблюдается в среде, где преобладающим источником питания является синтетическое вещество, например, ПАВ или капролактам.
Введение.
Большое значение для здоровья человека имеет состав и качество окружающего воздуха. Чистый воздух является одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда. Однако в производственной обстановке окружающий воздух может оказаться насыщенным различными вредными и опасными веществами. Для того чтобы обеспечить безопасную для жизни и здоровья производственную среду, не наносить вред окружающей среде необходимо осуществлять контроль над этими веществами. С этой целью необходимо знать классификацию канцерогенных веществ и методы их выявления, мутагенное действие веществ, также изучить действие химических веществ на эмбрион.
1. Основные понятия и определения.
Токсикология (от греч. toxikоn
- яд) - раздел медицины,
изучающий свойства ядовитых веществ,
механизм их действия на животный организм,
сущность вызываемого ими патологического
процесса (отравления),
методы его лечения и предупреждения.
Токсичность - (от греч. Toxikon-яд)
- способность вещества вызывать нарушения
физиологических функций организма, в
результате чего возникают симптомы интоксикаций
(заболевания), а при тяжелых поражениях
- его гибель.
Токсикант – вещество антропогенного
происхождения, способное при попадании
в организм вызывать заболевание или гибель.
Мутагены (от мутация и др.-греч. - рождаю) - химические и физические факторы,
вызывающие наследственные изменения
- мутации.
Канцероге?н (от лат. Cancer - рак и др.-греч. - рождаю) - химические вещества, физическое излучение или онкогенные вирусы, воздействие которых на организм человека или животного повышает вероятность возникновения злокачественных
новообразований (опухолей).
Насле?дственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству.
Вредное вещество – вещество, которое при контакте
с организмом человека в случае нарушения
требований безопасности может вызвать
производственные травмы, профессиональные
заболевания или отклонения в состоянии
здоровья, обнаруживаемые современными
методами, как в процессе работы, так и
в отдаленные сроки жизни настоящего и
последующих поколений.
Опасное вещество – потенциально вредное вещество, т.е. вещество, которое может проявить свои вредные свойства в определенных условиях.
2. Методы выявления канцерогенных факторов.
Более 6000 химических веществ были испытаны на канцерогенность в хронических опытах на лабораторных животных. Почти тысяча из них оказались способными вызывать у этих животных злокачественные опухоли. Более того, что дает сегодня обсуждаемый традиционный метод тестирования канцерогенности на грызунах, он дать не может. Вероятны два пути развития исследований в данной области: . - использование нетрадиционных животных объектов с чрезвычайно высокой чувствительностью к канцерогенным воздействиям и достаточно коротким периодом развития опухолей; - применение для быстрого выявления канцерогенности так называемых краткосрочных тестов (ускоренные методы, позволяющие с определенной вероятностью предсказывать канцерогенную опасность тех или иных факторов и основанные на оценке биологических эффектов, коррелирующих или причинно-связанных с канцерогенезом). Первый путь основан на той же логической посылке, что и традиционный метод тестирования на грызунах, т.е. на регистрации опухолей. Примером могут служить некоторые виды аквариумных рыб, на которых испытано большое количество известных химических канцерогенов для грызунов и человека. Частота индуцированных опухолей у некоторых видов рыб близка к таковой у млекопитающих, а латентный период развития опухолей гораздо короче. Это делает указанный метод значительно более экономичным. Вполне естественно, что данный способ также имеет свои преимущества, недостатки и ограничения. Методы выявления канцерогенов человека на "рыбных" моделях широко апробированы и детально описаны. Как и при других попытках подобного рода найти удобные и ускоренные тест-объекты для оценки канцерогенности, при их использовании препятствием служит косность традиционного мышления ряда онкологов-экспериментаторов, считающих основным условием для адекватности объекта его максимальную приближенность к человеку по ряду физиологических параметров.
Но даже и преодолев эту косность, ждать ощутимых успехов в данном направлении поиска удобных экспрессных тест-систе м организменного уровня не представляется реальным. Гораздо более перспективен другой путь - использование краткосрочных тестов (КСТ). Среди них наиболее распространены и теоретически обоснованы пробы на мутагенность. Это связано с представлениями о том, что в основе развития большинства опухолей, индуцированных канцерогенами (по крайней мере на стадии инициации), лежит генотоксический эффект. Информативность краткосрочного тестирования диктует необходимость комплектования батарей из тестов, различающихся как по конечному эффекту (ДНК-повреждения, точковые мутации, хромосомные аберрации, митотические рекомбинации, индукция микроядер, обмен сестринских хроматид, анеугагоидия, доминантные летали, клеточная трансформация, ингибирование межклеточных коммуникаций), так и по филогенетическому уровню (прокариоты, низшие эукариоты, растения, насекомые, клеточные культуры млекопитающих и человека, целостные организменные системы). Такой подход позволяет выявлять агенты, различающиеся по механизмам действия. Перечисленные методы выявления канцерогенов в окружающей среде реально связаны с первичной профилактикой рака. Комплекс указанных методов позволяет ограничить или исключить канцерогены из сферы контакта с ними человека и тем самым снизить до минимального уровня частоту рака. Расчеты специалистов показывают, что только в Европе, выявляя средовые канцерогены и устраняя их из сферы обитания и контакта с ними человека, можно было бы снизить заболеваемость (в перерасчете на 100 тыс. населения в год) раком легких с 96,8 до 18,6, раком желудка - с 43,6 до 5,7, раком молочной железы - с 85,6 до 16,2, раком мочевого пузыря - с 30,2 до 3,1, раком толстой кишки - с 32,3 до 5,2.
Для выявления профессиональных кан церогенных
факторов используют экспериментальные и эпидемиологические методы, включающие ретро - и проспективное исследование заболеваемости и смертности от рака у представителей отдельных профессий по сравнению с остальным населением.
На основании
только эпидемиологических исследований
часто невозможно выявить из комплекса
действующих на человека факторов главный
опухолеродный агент. Для этого необходимо
идентифицировать отдельные компоненты
производственного комплекса и изучить
их возможную бластомогенную активность
в опытах на животных. Экспериментальные
исследования позволили выявить конкретные
канцерогенные (бластомогенные) агенты
- химические вещества и различные виды
излучений, вызывающие новообразования
у животных и человека, а также наметить
пути профилактики канцерогенного воздействия.
Так было положено начало новому научному
направлению - онкогигиене.
В настоящее время под канцерогенным фактором (канцерогеном) понимается фактор, воздействие которого вызывает или достоверно увеличивает частоту возникновения доброкачественных и/или злокачественных опухолей у людей и/или животных, и/или сокращает период развития этих опухолей.
Современные
представления о роли канцерогенных
факторов, в частности, химических канцерогенов,
в формировании онкопатологии человека
складывались, главным образом, в
течение последних 40 лет. В 1963 г. Комитет
экспертов по профилактике рака, созванный Всемирной организацией здравоохранения,
впервые дал общую оценку возможной роли
этих факторов. По их мнению, около 3/4 опухолей
человека зависела от подобного воздействия.
В последующие десятилетия, несмотря на
многочисленные новые данные о канцерогенах
и их распространении в окружающей среде,
о степени опасности для человека отдельных
веществ, групп соединений или технологических
процессов и т.д., эта оценка мало изменилась:
в 70-е годы 80-90 % , в 80-е до 90-95 %.
Эта суммарная
оценка, свидетельствующая о важном значении канцерогенных
факторов среды в возникновении опухолей
у человека, принята и сейчас с той только
поправкой, что в их число включаются также
особенности образа жизни человека.
Этот вывод
был сделан на основании информации
о широком распространении канцерогенов в окружающей
человека среде, а также по результатам
онкоэпидемиологических исследований,
позволивших по новому оценить степень
канцерогенной опасности для человека
конкретных средовых факторов.
Важную роль
в этом сыграло созданное в 1965 г. Международное агентство
по изучению рака (МАИР) – специализированный
орган ВОЗ. Именно эта организация начала
в 1969 г. реализацию масштабной программы
по оценке канцерогенной опасности химических
соединений и других факторов для человека.
Начиная с 1972 г., вот уже в течение более
30 лет она публикует монографии, в которых
обобщаются результаты экспериментальных
работ по изучению факторов различной
природы (химических, физических, биологических)
на канцерогенную активность, данные эпидемиологических
исследований, а также другая информация,
на основании которой эксперты МАИР оценивают
канцерогенность этих веществ для человека.
За прошедшее время издано свыше 80 томов,
содержащих информацию о примерно 1000 различных
агентов и факторов. Согласно классификации,
разработанной экспертами МАИР, все оценивавшиеся
факторы делятся на 4 группы.
В группу 1 включаются соединения, группы
соединений, производственные процессы
или профессиональные воздействия, а также
природные факторы, несомненно канцерогенные
для человека.
В группе 2 объединяются факторы, вероятно
канцерогенные для человека. При этом
в подгруппе 2А объединены канцерогенные
факторы с большей степенью доказанности
(их можно определить как «весьма вероятные
канцерогены для человека»), а в группе
2В - с более низкой.
В группу 3 включаются факторы, которые
на основании имевшихся в распоряжении
экспертов сведений не могут быть классифицированы
с точки зрения их канцерогенности для
человека.
В группу 4 включаются агенты, для которых
существуют убедительные доказательства
отсутствия канцерогенности для человека
(к таким веществам эксперты МАИР отнесли
пока лишь капролактам).
Естественно, что для профилактики злокачественных новообразовани й у человека, в первую очередь важны факторы, включенные в 1 и 2 группы, особенно 1 и 2А. Вот как выглядит динамика оценки опасных для человека канцерогенов за 35 лет реализации программы МАИР (Монографии МАИР, т.т. 1-84).
Совершенно
очевиден прогресс в оценке канцерогенных
для человека факторов: за выбранный
нами период времени количество канцерогенных
агентов, включенных в 1 и 2А группы увеличилось
в 6 раз! Это чрезвычайно важно для профилактики
злокачественных новообразований, т.к.
теперь речь идет уже не о канцерогенах
вообще, а о совершенно конкретных факторах,
в отношении которых и должны разрабатываться
профилактические мероприятия.
Заключение экспертов МАИР носит информационный, рекомендательный, а потому не обязательный для государств характер. В связи с этим практически все экономически развитые страны принимали свои национальные перечни канцерогенных факторов, которые на их территории приобретали юридическую силу. Классификация канцерогенов в ряде случаев отличалась от принятой экспертами МАИР. Это затрудняло в некоторых случаях решение многих вопросов, в первую очередь практического характера.
Выявление канцерогенных
агентов, опасных для человека, так
сказать персонификация «неприятеля»,
несомненно, большое достижение мировой
науки – ведь теперь речь идет не
вообще о канцерогенных факторах,
а о совершенно конкретных соединениях, продуктах, процессах.
Существование такой конкретики, безусловно,
способствует разработке и проведению
эффективных профилактических мероприятий.
В последние десятилетия были предприняты попытки определить относительную роль отдельных факторов в заболеваемости и смертности населения от рака.
3. Классификация канцерогенных ве ществ.
Предложено классифицировать канцерогены по происхождению, химической структуре, степени участия в различных ст адиях развития рака, по степени доказанности их канцерогенной активности и т.д.
1.Происхождение канцерогенов.
Природные канцерогены - это вещества, содержание которых в среде не зависит от деятельности человека. Их вклад в онкозаболеваемость считается незначительным. Так, установлено, что ежесуточно на поверхность Земли выседает около 170 т метеоритной пыли, в составе которой обнаруживаются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
На планете в настоящее время д ействует около 520 вулканов, их ежегодный выброс составляет 3-6 млрд. т химических веществ (аэрозоли, пепел, лава, газы). С пеплом в атмосферу может поступить до 12-24 т только одного бенз(а)пирена, не считая других ПАУ.
Обнаружены и описаны природные источники таких канцерогенов как мышьяк, асбест, афлатоксины, радионуклиды и др. Так, значительное число злокачественных новообразований кожи наблюдается на юго-западном побережье острова Тайвань, где население потребляет воду с высоким содержанием мышьяка - до 1,8 мг/л (ПДК в России - 0,05 мг/л).
Иногда канцерогены естественно го происхождения могут накапли ваться в организмах живых существ и растениях и по пищевым цепям попадать в организм человека (токсины сине-зеленых водоросл ей, афлатоксины).
Канцерогены антропогенного происхождения появились тогда, когда люди научились пользоваться огнем (около 500 тыс. лет назад). По-видимому, первыми искусственными канцерогенами были продукты пиролиза белков. Накопление канцерогенов в биосфере возрастало параллельно интенсификации промышленного производства. Процесс ускорился в последние десятилетия ХХ века. Например, производство бензола, вызывающего у людей лейкозы, составляет ежегодно 12 млн. т. Полихлорированных бифенилов произведено к настоящему времени 1,2 млн. т. Несмотря на запрещение выпуска и использования ПХБ их концентрация во всех средах биосферы и биообъектах не снижается. Суммарное поступление этих токсикантов в окружающую среду достигает 35% от произведенной массы. Из этого количества лишь 4% подвергается естественной деградации.
2.Химическая структура.
К канцерогенам относятся вещества, имеющие совершенно различное химическое строение (рисунок 1). Среди них ПАУ и гетероцикличес кие соединения, ароматические азосоединения, ароматические аминосоединения, нитрозоамины и нитроамины, металлы, металлоиды и неорганические соли и др.
Рисунок 1. Структура некоторых канцерогенов, синтетических и естественного происхождения
3..Степень доказанности канцерогенной активности вещества.
Наиболее полный перечень веществ, исследованных на их канцерогенную активность, и соответственно их классификация принадлежит Межд ународному Агентству Изучения Рака (МАИР, Лион, Франция). В нем представлены данные по более чем 800 соединениям. Список непрерывно пополняется.
Первая группа включает вещества, производственные или иные факторы, для которых имеются безусловные доказательства опасности возникновения опухолей у человека, то есть как минимум убедительные эпидемиологические данные (список веществ 1-й группы приведен выше). В эту группу вошло более 60 факторов, причем не только отдельные соединения, применяющиеся в быту, медицине, сельском хозяйстве, промышленности, но и сами производственные условия.
Вторая группа включает те факторы, которые "вероятно" (т.е. с высокой степенью доказанности) или "возможно" (с меньшей степенью доказанности) канцерогенны для человека. Эта группа делится на 2 подгруппы: 2А - 51 фактор (акрилонитрил, формальдегид, диметилсульфат, нитрозодиэтиламин и др.) и 2Б - 192 фактора (кобальт, ДДТ, акриламид, нитропирены, ПХБ и др.).
Третья группа включает 446 химических веществ, которые сегодня, на основании имеющихся данных, не могут быть отнесены к факторам канцерогенного риска для человека.
Четвертая группа - агенты, для которых существуют убедительные доказательства отсутствия канцерогенной опасности для человека (до недавнего времени здесь числилось только одно вещество - капролактам).
Перечень МАИР постоянно изменяется в результате проведения все новых и новых исследований. Он носит рекомендательный, а не обязательный характер. На территории Российской Федерации действует иной спи
и т.д.................
Тератогены действуют в течение определенных критических периодов. Разные органы имеют различные критические периоды. Существует очень много тератогенов. Одни факторы вызывают генные мутации. Другие врожденныезаболевания обусловлены наличием лишних хромосом. К тератогенам можно отнести некоторые вирусы. У женщин, перенесших краснуху в первой трети беременности, в каждом из шести случаев рождались дети с катарактой, пороками сердца и глухотой. Чем раньше вирус краснухи поражает беременную женщину, тем больше риск, что пострадает зародыш.
Не меньшую опасность для здоровья представляютканцерогены , вызывающие злокачественные новообразования. Среди них кадмий, свинец, мышьяк, бенз(а)пирен и др.
Канцерогенами называются химические вещества, воздействие которых достоверно увеличивает частоту возникновения опухолей или сокращает период их развития у человека или животных. По химической природе различают природные канцерогенные вещества (например, афлатокснны) и возникшие в результате человеческой деятельности. Ко второй группе относятся вещества, производимые человеком (винилхлорид для выпуска поливинилхлорида (ПВХ) и вещества, возникающие как нежелательный побочный продукт (например, ПЛУ при неполном сгорании).
Многие вещества различной химической природы способны при воздействии на человека вызывать злокачественное перерождение клетки (канцерогенное, или бластомогенное, действие), нарушения развития плода (тератогенное или эмбриотоксическое действие), повреждения генетического кода (мутагенное действие).
Профессиональные злокачественные новообразования давно известны и наблюдались у работающих с печной сажей, каменноугольной смолой, парафином, минеральными маслами, анилиновыми красителями и др. Увеличение заболеваемости раком легких связывают с присутствием канцерогенных веществ, в особенности 3,4-бензипрена, в дыме промышленных предприятий и выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, загрязняющих атмосферный воздух.
Канцерогенная активность выявлена для многих веществ, имеющих различное химическое строение. Важнейшей группой канцерогенных веществ являются некоторые полициклические и ароматические углеводороды, а также углеводороды, содержащие группировку фенантрена. С наличием указанных группировок связаны свойства нефти и продуктов ее переработки, дизельного топлива, минеральных масел, мазутов, парафинов, а также смол (каменноугольной, сланцевой, бурого и древесного угля, скипидарной, газовой, доменной, табачной и др.), продуктов сжигания и гидролиза органического сырья, кубовых остатков органического синтеза, синтетических и полициклических ароматических углеводородов (3,4-бензпирен; 1,2,5,6-дибензантрацен; 20-метилхолантрен; 9,10-диметил;1,2-бензантрацен) и др.
Среди ароматических аминоазосоединений сильными канцерогенными свойствами обладают ортоаминоазотолуол, бензидин, хлорбензидин, 2-нафтиламин, аминодифенил, 2-2-азонафтиламин. Под влиянием этих канцерогенов может возникнуть рак печени и мочевого пузыря. 2-Нафтиламин (Р-нафтиламин) является основной причиной, так называемых анилиновых новообразований мочевыводящих путей, наблюдающихся у работающих в анилинокрасочной промышленности; 3-метиламиноазобензол являются наиболее сильным гепатоканцерогенными азокрасителями.
Профессиональный рак органов дыхания вызывают соединения хрома (особенно бихромат калия и хромовый ангидрид), мышьяка, никеля (чаще рак полости носа), железа (особенно окись железа), бериллия, кадмия, кобальта. Рак легких, а также мезотелиомы плевры и брюшины могут возникнуть под влиянием асбеста, особенно минерала крокидолита.
Избирательность локализации поражения под влиянием тех или иных бластомогенов, по-видимому, в значительной степени определяется их биологической судьбой в организме.
Различные агенты проявляют свои канцерогенные свойства на разных этапах контакта с организмом. Многие полициклические канцерогены вызывают рак на месте их первичного воздействия (кожа и органы дыхания). Другие вещества, например аминосоединения ароматического ряда, сами по себе не являются бластомогенами. В связи с этим на путях поступления их в организм новообразования не развиваются. Однако образующиеся в процессе превращения (главным образом в печени) метаболиты обладают сильными бластомогонными свойствами. Выделяясь с мочой и, вероятно, концентрируясь в ней, эти вещества вызывают опухоли не только печени, но и мочевого пузыря.
Для проявления действия канцерогенных веществ характерен латентный период различной длительности. Продолжительность последнего в известной степени определяется суммарной дозой. Господствует точка зрения, что ни одна доза канцерогена, даже самая минимальная, не проходит для организма бесследно, т. е. имеет место «беспороговость бластомогенного эффекта». Чем выше исходная концентрация, тем короче латентный период. Рак, вызванный минеральными маслами, чаще появляется после 12-15-летнего профессионального контакта. Смоляной и дегтярный рак кожи может возникнуть через 2,5-30 лет. Латентный период при «анилиновом» раке мочевого пузыря составляет от 4 до 48 лет, при этом больше чем в 50% случаев он равен 11-16 годам.
Большую роль в реализации бластомогенного эффекта играют различные «модифицирующие факторы», способствующие проникновению канцерогенов в организм и длительной задержке их в тканях. К ним относятся неканцерогенные загрязнения воздушной среды (в том числе различного вида пыль, особенно мелкодисперсная), повышающие растворимость канцерогенов или их адсорбирующие; нарушение защитной и дренирующей функций эпителия бронхов, задерживающее элиминацию канцерогенов, и др.
Предрасполагающими к профессиональному раку моментами являются механические и термические повреждения (например, описаны случаи острого смоляного рака кожи после ожога), хронические воспаления, рубцы и т. п., а также некоторые вредные привычки: курение, жевание табака, различных ароматических смол и паса.
Появлению профессионального рака обычно предшествуют преканцерозные заболевания. Так, к предраковым заболеваниям кожи относят дерматиты (папулезные, пустулезные), фотодерматиты, фолликулиты, гиперкератозы, бородавки, меланодермии; к предраковой патологии губы и полости рта - дискератоз, рецидивирующие язвочки, папилломы. Профессиональный рак, как известно, по своей морфологической картине и течению не отличается от непрофессиональных злокачественных новообразований.
По силе бластомогенной активности и реальной опасности для человека различают:
1) сильные канцерогенные вещества:
а) несомненно, вызывающие рак у человека и животных (3,4-бензпирен, бензидин, р-нафтиламин, 4-аминодифенил);
б) вещества, канцерогенный эффект которых установлен в эксперименте на животных в 80-100% случаев и в короткие сроки – 4-6 мес (некоторые полициклические ароматические углеводороды, амнно- и нитрозосоединения, флюорены, производные стильбена);
2) средние канцерогены - канцерогенная активность установлена в эксперименте у 20-30% животных во второй половине жизни;
3) слабые канцерогены - вызывают в эксперименте опухоли с несколько большей частотой, чем у контрольных животных; данные об их онкогенной активности противоречивы.
Тератогенное действие ядов проявляется способностью вызывать стойкие структурные, функциональные и биохимические изменения плода, приводящие к порокам развития или уродствам.
Тератогенный эффект может быть прямым (в результате проникновения через плацентарный барьер) и косвенным (обусловленным отравлением матери, приводящим к нарушению эмбриогенеза). Чувствительность плода к яду зависит от срока беременности. Наиболее уязвим плод в так называемые критические периоды, которые предшествуют определенным этапам эмбриогенеза (для человека - первые недели беременности).
Самопроизвольные выкидыши, преждевременные роды, мертворождения, нарушения развития плода и новорожденных выявлены у женщин, подвергающихся воздействию бензина, бензола, сероуглерода, ртути, свинца и ряда других промышленных ядов.
Сведения о мутагенном действии промышленных ядов на человека еще ограниченны. Генетическая опасность для потомства млекопитающих доказана лишь для немногих промышленных ядов (этиленимин, бензол, диметилнитрозамин, соединения ртути, свинца и некоторые другие). Нарушения генетического кода могут проявиться спустя длительное время, причем продолжительность этого периода может быть различной.
Имеется определенная корреляция между выраженностью канцерогенных, тератогенных и мутагенных свойств. Эта закономерность выявлена, например, в отношении веществ, обладающих алкилирующими свойствами (этиленимин, диазометан, иприт азотистый, некоторые нитрозосоединения и др.). Многие из них являются одновременно и аллергенами, например токсические продукты табачного производства.
Профилактика
Борьба с профессиональными злокачественными новообразованиями, а также с возможным тератогенным и мутагенным эффектом ядов проводится с помощью различных оздоровительных мероприятий, которые конкретно разрабатываются в зависимости от особенностей производства, современного уровня техники и природы канцерогенного агента.
Вопрос о регламентации бластомогенных веществ до настоящего времени остается теоретически и практически не решенным. С гигиенической точки зрения, идеальным решением вопроса является полное устранение канцерогенных веществ из воздуха производственной зоны и предотвращение всех видов контакта с ними работающих. Это относится в первую очередь к сильным канцерогенам. Поэтому там, где это представляется возможным, осуществляется замена в технологических процессах канцерогенных веществ на неканцерогенные (например, бензола другими растворителями; а-нафтиламин, содержащий примесь В-нафтиламина, в синтезе а-нафтола заменен на тетралин), в ряде случаев запрещается их производство.
В России запрещено производство р-нафтола, 3,3-дихлорбензидина. В ряде производств осуществляется деканцерогенизация канцерогенного агента (с помощью, например, токов высокой частоты) в сырье, субпродуктах или готовой продукции.
В связи с всевозрастающим применением различных химических соединений, в том числе и разнообразных синтетических продуктов в промышленности, в сельском хозяйстве, в быту, в качестве пищевых добавок и т. д., важное профилактическое значение имеет определение их канцерогенной активности.
Наряду с техническими и санитарно-гигиеническими мероприятиями, осуществляются лечебно-медицинские меры профилактики. Рекомендуется проводить тщательный отбор и учет контингентов работающих, так называемых групп риска, имеющих контакт с заведомо или потенциально канцерогенными агентами. Эти контингенты подвергаются периодическим медицинским осмотрам с участием онкологов и при необходимости - врачей других специальностей (дерматологов, урологов и др.). Большое значение в профилактике профессиональных новообразований имеет своевременное распознавание предраковой патологии. При выявлении последней необходимо проводить немедленное лечение и при необходимости - отстранение от работы, связанной с воздействием канцерогенных агентов. С учетом длительного латентного периода развития профессионального рака разработаны рекомендации по приему на работу в ряде производств лиц не моложе 40-45 лет.
Для предупреждения тератогенного и мутагенного эффекта важное значение имеет освобождение беременных женщин от контакта с токсическими веществами.
Химические мутагены – это вещества химической природы, способные индуцировать мутации:
- алкилирующие соединения (диметил- и диэтилсульфат, фотрин),
- аналоги азотистых оснований и нуклеиновых кислот (кофеин),
- красители (акридин желтый и оранжевый),
- азотистая кислота,
- пероксиды,
- пестициды,
- минеральные удобрения (нитраты).
Химические мутагены индуцируют генные и хромосомные мутации .
Химические мутагены делят на:
- мутагены прямого действия (соединения, реакционная способность которых достаточна для химической модификации ДНК, РНК и некоторых белков),
- мутагены непрямого действия (промутагены — вещества, которые сами по себе инертны, но превращаются в организме в мутагены, в основном в результате ферментативного окисления).
Мишенью действия мутагенов в клетке являются ДНК и некоторые белки. Ряд мутагенов вызывают мутации, не связываясь ковалентно с ДНК. В этом случае матричный синтез на ДНК протекает с ошибками. В синтезируемой нити ДНК оказывается на один нуклеотид больше или меньше обычного и возникают мутации.
Существуют мутагены, ингибирующие синтез предшественников ДНК . В результате происходит замедление или даже остановка синтеза ДНК. Мутагенные и канцерогенные свойства химических веществ тесно связаны между собой. Поэтому выявление возможных мутагенов в окружающей среде, испытание на мутагенность продуктов промышленного синтеза (красители, лекарственные средства, пестициды и др.) — важная задача современной генетики.
Установлено, что мутагенной активностью обладает несколько тысяч химических соединений . Однако в отличие от ионизирующего и ультрафиолетового излучений для химических мутагенов характерна специфичность действия, зависящая от природы объекта и стадии развития клетки. При взаимодействии химических мутагенов с компонентами наследственных структур (ДНК и белками) возникают первичные повреждения последних. В дальнейшем эти первичные повреждения ведут к возникновению мутаций.
- окислители и восстановители;
- алкилирующие агенты и пестициды;
- некоторые пищевые добавки;
- продукты переработки нефти и органические растворители;
- лекарственные препараты.
Мутации, как правило, вредны для организма. Поэтому новые химические вещества, с которыми может соприкасаться человек (лекарства, пищевые консерванты, красители для волос и др. косметика, средства бытовой химии, пестициды и др.), проверяют (тестируют) на мутагенную активность. Для этого разработаны стандартные методы и тест-объекты (микроорганизмы, культуры клеток животных и человека, некоторые растения и животные), позволяющие быстро определять чувствительность генетического аппарата к тем или иным агентам. Установлено, что многие мутагены являются одновременно и канцерогенами, т. е. веществами, вызывающими развитие злокачественных опухолей.
В связи с этим одна из важнейших задач охраны природы и обеспечения генетической безопасности человека – мониторинг окружающей среды и выявление загрязнителей, обладающих мутагенной и канцерогенной активностью. Вредное действие мутагенов на организм в ряде случаев может быть предотвращено или уменьшено применением химических факторов – антимутагенов.
Мутагены используют при искусственном (индуцированном) получении мутаций – мутагенезе, широко применяемом в генетических исследованиях и для создания исходного материала (набора перспективных мутантов) в селекции микроорганизмов, растений и животных.
Урок проводится в виде лабораторной работы. Класс делится на пять групп. Каждой группе достается проанализировать влияние мутагенов, применяемых человеком в разных областях жизни — в сельском хозяйстве, промышленности, медицине и т.д.Школьники работают с информацией в течение 10 минут, заполняют таблицу. Потом каждая группа выступает со своим сообщением и делает выводы по правильному использованию химических веществ.В конце урока проводится итоговый тест по теме Изменчивость.
Содержимое разработки
Биология 10 класс.
Тема урока: Наследственная изменчивость. Виды мутаций. Причины мутаций. Соматические и генетические мутации. Лабораторная работа «Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на организм».
Цели : раскрыть сущность понятия «изменчивость» как универсального свойства живой материи; сформировать представления об основных типах изменчивости, их формах и причинах возникновения. Систематизировать знания учащихся о мутационной изменчивости, её видах и причинах, формировать у учащихся умения по выявлению мутагенных факторов в окружающей среде, а также навыки самостоятельной работы с источниками информации.
Основные понятия : изменчивость, модификационная и наследственная форма изменчивости, комбинативная изменчивость, мутация, мутагенные факторы, генные мутации, хромосомные мутации, геномные мутации, соматические и генеративные мутации, мутации летальные, полулетальные, нейтральные и полезные.
Оборудование: компьютер, проектор, экран, видеоролик «Основные формы изменчивости»
Форма работы учащихс я: групповая и индивидуальная
1.Работа по усвоению новой темы.
Наследственная изменчивость: определение, виды, причины.
(Работа с учебником)
По степени влияния на генотип – генные (точечные), хромосомные, геномные; (Работа с учебником)
По типу клеток, в которых возникают, – соматические и генеративные;
По характеру воздействия – летальные, полулетальные, нейтральные, полезные. (Работа с учебником)
Причины мутаций. Мутагенные факторы.(Работа с учебником)
Лабораторная работа «Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на организм».
Цель работы : познакомиться с возможными источниками мутагенов в окружающей среде, оценить их влиянии на организм и составить примерные рекомендации по уменьшению влияния мутагенов на организм человека.
Экспериментальные исследования, проведенные в течение последних трех десятилетий, показали, что немалое число химических соединений обладает мутагенной активностью. Мутагены обнаружены среди лекарств, косметических средств, химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности; перечень их все время пополняется. Издаются справочники и каталоги мутагенов.
1. Мутагены производственной среды
Химические вещества на производстве составляют наиболее обширную группу антропогенных факторов внешней среды.
Наибольшее число исследований мутагенной активности веществ в клетках человека проведено для синтетических материалов и солей тяжелых металлов(свинца, цинка, кадмия, ртути, хрома, никеля, мышьяка, меди).
Мутагены производственного окружения могут попадать в организм разными путями: через легкие, кожу, пищеварительный тракт. Следовательно, доза получаемого вещества зависит не только от концентрации его в воздухе или на рабочем месте, но и от соблюдения правил личной гигиены.
Наибольшее внимание привлекли синтетические соединения, для которых выявлена способность индуцировать хромосомные аберрации (перестройки) и сестринские хроматидные обмены не только в организме человека. Такие соединения, как винилхлорид, хлоропрен, эпихлоргидрин, эпоксидные смолы и стирол, несомненно, оказывают мутагенное действие на соматические клетки.
Органические растворители (бензол, ксилол, толуол), соединения, применяемые в производстве резиновых изделий индуцируют цитогенетические изменения, особенно у курящих людей. У женщин, работающих в шинном и резинотехническом производствах, повышена частота хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови. То же относится и к плодам 8-, 12-недельного срока беременности, полученным при медицинских абортах у таких работниц.
2. Химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве
Большинство пестицидов являются синтетическими органическими веществами. Практически используется около 600 пестицидов. Они циркулируют в биосфере, мигрируют в естественных трофических цепях, накапливаясь в некоторых биоценозах и сельскохозяйственных продуктах.
Очень важны прогнозирование и предупреждение мутагенной опасности химических средств защиты растений. Причем речь идет о повышении мутационного процесса не только у человека, но и в растительном и животном мире. Человек контактирует с химическими веществами при их производстве, при их применении на сельскохозяйственных работах, получает небольшие их количества с пищевыми продуктами, водой из окружающей среды.
3. Лекарственные препараты
Наиболее выраженным мутагенным действием обладают цитостатики и антиметаболиты, используемые для лечения онкологических заболеваний и как иммунодепрессанты.
Мутагенной активностью обладает и ряд противоопухолевых антибиотиков (актиномицин Д, адриамицин, блеомицин и другие). Поскольку большинство пациентов, применяющих эти препараты, не имеют потомства, как показывают расчеты, генетический риск от этих препаратов для будущих поколений небольшой.
Некоторые лекарственные вещества вызывают в культуре клеток человека хромосомные аберрации в дозах, соответствующих реальным, с которыми контактирует человек. В эту группу можно отнести противосудорожные препараты (барбитураты), психотропные (клозепин), гормональные (эстродиол, прогестерон, оральные контрацептивы), смеси для наркоза (хлоридин, хлорпропанамид). Эти препараты индуцируют (в 2-3 раза выше спонтанного уровня) хромосомные аберрации у людей, регулярно принимающих или контактирующих с ними.
В отличие от цитостатиков, нет уверенности, что препараты указанных групп действуют на зародышевые клетки. Некоторые препараты, например, ацетилсалициловая кислота и амидопирин повышают частоту хромосомных аберраций, но только при больших дозах, применяемых при лечении ревматических болезней.
Существует группа препаратов, обладающих слабым мутагенным эффектом. Механизмы их действия на хромосомы неясны. К таким слабым мутагенам относят метилксантины (кофеин, теобромин, теофиллин, паракзантин, 1-, 3- и 7-метилксантины), психотропные средства (трифгорпромазин, мажептил, галоперидол), хлоралгидрат, антишистосомальные препараты (гикантонфлюорат, мирацил О), бактерицидные и дезинфицирующие средства (трипофлавин, гексаметилен-тетрамин, этиленоксид, левамизол, резорцинол, фуросемид). Несмотря на их слабое мутагенное действие, из-за их широкого применения необходимо вести тщательные наблюдения за генетическими эффектами этих соединений. Это касается не только больных, но и медицинского персонала, использующего препараты для дезинфекции, стерилизации, наркоза.
В связи с этим, нельзя принимать без совета с врачом незнакомые лекарственные препараты, особенно антибиотики, нельзя откладывать лечение хронических воспалительных заболеваний, это ослабляет ваш иммунитет и открывает дорогу мутагенам.
4. Компоненты пищи
Мутагенная активность пищи, приготовленной разными способами, различных пищевых продуктов изучалась в опытах на микроорганизмах и в экспериментах на культуре лимфоцитов периферической крови. Слабыми мутагенными свойствами обладают такие пищевые добавки, как сахарин, производноенитрофурана АР-2 (консервант), краситель флоксин и др.
К веществам пищи, обладающих мутагенной активностью, можно отнести нитрозамины, тяжелые металлы, микотоксины, алкалоиды, некоторые пищевые добавки, а также гетероциклические амины и аминоимидазоазарены, образующиеся в процессе кулинарной обработки мясных продуктов. В последнюю группу веществ входят так называемые пиролизатные мутагены, выделенные первоначально из жареных, богатых белками, продуктов.
Наличие в пище нитрозируемых соединений впервые было обнаружено в 1983 г. при изучении мутагенной активности соевого соуса и пасты из соевых бобов. Позже было показано наличие нитрозируемых предшественников в ряде свежих и маринованных овощей.
Для образования мутагенных соединений в желудке из поступающих вместе с овощами и другими продуктами необходимо наличие нитрозирующего компонента, в качестве которого выступают нитриты и нитраты. Основной источник нитратов и нитритов – это пищевые продукты.
Считают, что около 80% нитратов, поступающих в организм, – растительного происхождения. Из них около 70% содержится в овощах и картофеле, а 19% – в мясных продуктах. Немаловажным источником нитрита являются консервированные продукты.
В организм человека постоянно вместе с пищей поступают предшественники мутагенных и канцерогенных нитрозосоединений.
Можно порекомендовать употреблять больше натуральных продуктов, избегать мясных консервов, копченостей, сладостей, соков и газированной воды с синтетическими красителями. Есть больше капусты, зелени, круп, хлеба с отрубями. Если есть признаки дисбактериоза — принимать бифидумбактерин, лактобактерин и другие препараты с "полезными" бактериями. Они обеспечат вам надежную защиту от мутагенов. Если не в порядке печень — регулярно пить желчегонные сборы.
5. Компоненты табачного дыма
Результаты эпидемиологических исследований показали, что в этиологии рака легкого наибольшее значение имеет курение. Было сделано заключение о том, что 70-95% случаев возникновения рака легкого связано с табачным дымом, который является канцерогеном. Относительный риск возникновения рака легкого зависит от количества выкуриваемых сигарет, однако продолжительность курения является более существенным фактором, чем количество ежедневно выкуриваемых сигарет.
В настоящее время большое внимание уделяется изучению мутагенной активности табачного дыма и его компонентов, это связано с необходимостью реальной оценки генетической опасности табачного дыма.
Сигаретный дым в газовой фазе вызывал в лимфоцитах человека invitro, митотические рекомбинации и мутации дыхательной недостаточности в дрожжах. Сигаретный дым и его конденсаты индуцировали рецессивные, сцепленные с полом, летальные мутации у дрозофилы.
Таким образом, в исследованиях генетической активности табачного дыма были получены многочисленные данные о том, что табачный дым содержит генотоксичные соединения, способные индуцировать мутации в соматических клетках, что может привести к развитию опухолей, а также в половых клетках, что может быть причиной наследуемых дефектов.
6. Аэрозоли воздуха
Изучение мутагенности загрязнителей, содержащихся в задымленном (городском) и незадымленном (сельском) воздухе на лимфоцитах человека invitro показало, что 1 м 3 задымленного воздуха содержит больше мутагенных соединений, чем незадымленного. Кроме того, в задымленном воздухе обнаружены вещества, мутагенная активность которых зависит от метаболической активации.
Мутагенная активность компонентов аэрозолей воздуха зависит от его химического состава. Основными источниками загрязнений воздуха являются автотранспорт и теплоэлектростанции, выбросы металлургических и нефтеперерабатывающих заводов.
Экстракты загрязнителей воздуха вызывают хромосомные аберрации в культурах клеток человека и млекопитающих.
Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что аэрозоли воздуха, особенно в задымленных районах, представляют собой источники мутагенов, поступающих в организм человека через органы дыхания.
7. Мутагены в быту
Большое внимание уделяют проверке на мутагенность красителей для волос. Многие компоненты красок вызывают мутации у микроорганизмов, а некоторые — в культуре лимфоцитов.
Мутагенные вещества в продуктах питания, в средствах бытовой химии выявлять трудно из-за незначительных концентраций, с которыми контактирует человек в реальных условиях. Однако если они индуцируют мутации в зародышевых клетках, то это приведет со временем к заметным популяционным эффектам, поскольку каждый человек получает какую-то дозу пищевых и бытовых мутагенов. Было бы неправильно думать, что эта группа мутагенов появилась только сейчас. Очевидно, что мутагенные свойства пищи (например, афлатоксины) и бытовой среды (например, дым) были и на ранних стадиях развития современного человека. Однако в настоящее время в наш быт вводится много новых синтетических веществ, именно эти химические соединения должны быть безопасны.
Человеческие популяции уже отягощены значительным грузом вредных мутаций. Поэтому было бы ошибкой устанавливать для генетических изменений какой-либо допустимый уровень, тем более что еще не ясен вопрос о последствиях популяционных изменений в результате повышения мутационного процесса. Для большинства химических мутагенов (если не для всех) отсутствует порог действия, можно полагать, что предельно допустимой «генетически-повреждающей» концентрации для химических мутагенов, как и дозы физических факторов, существовать не должно.
В целом, нужно стараться меньше употреблять бытовой химии, с моющими средствами работать в перчатках.
При оценке опасности мутагенеза, возникающего под влиянием факторов внешней среды, необходимо учитывать существование естественных антимутагенов (например, в пище). В эту группу входят метаболиты растений и микроорганизмов – алкалоиды, микотоксины, антибиотики, флавоноиды.
По материалам Interneta .
1. Составьте таблицу «Источники мутагенов в окружающей среде и их влияние на организм человека»
Источники и примеры мутагенов в среде
Возможные последствия на организм человека
2. Используя текст, сделайте вывод о том насколько серьезно ваш организм подвергается воздействию мутагенов в окружающей среде и составьте рекомендации по уменьшению возможного влияния мутагенов на свой организм.
Закрепление. Выполнить «Тест»
1. Видами наследственной изменчивости являются:
б) комбинативная изменчивость;
в) фенотипическая изменчивость;
г) мутационная изменчивость.
2. Пределы модификационной изменчивости называются:
б) нормой реакции;
3. Наиболее широкую норму реакции среди указанных признаков имеют признаки:
а) молочность коров;
б) запас питательных веществ в семенах ржи;
в) окраска шерсти кроликов;
г) форма рогов у козы.
4. Причиной возникновения рекомбинантных хромосом является:
5. Причинами комбинативной изменчивости являются:
б) расхождение гомологичных хромосом по разным гаметам в процессе формирования половых клеток;
в) случайный характер встреч половых клеток в процессе оплодотворения;
Ответы: 1 – б, г; 2 – б; 3 – а, б, 4 – г; 5 – б, в, д.
Домашнее задание: выучить § 46;47;48, записи в тетради;
Мутагены - химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения - мутации. Впервые искусственные мутации получены в1925 годуГ. А. НадсеномиГ. С. Филипповымудрожжейдействием радиоактивного излучениярадия; в1927 годуГ. Мёллерполучил мутации удрозофилыдействиемрентгеновских лучей. Способностьхимических веществвызыватьмутации(действиемиоданадрозофилы) открытаИ. А. Рапопортом. У особей мух, развившихся из этихличинок, частотамутацийоказалась в несколько раз выше, чем у контрольныхнасекомых.
По происхождению (:) на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные - все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды.
По природе возникновения (:) на физические, химические и биологические:
Физические мутагены: 1ионизирующее излучение; 2радиоактивный распад; 3ультрафиолетовоеизлучение; 4чрезмерно высокая или низкая температура.
Химические мутагены: 1некоторые алкалоиды: колхицин- один из самых распространённых в селекции мутагенов. 2окислители и восстановители (нитраты,нитриты,активные формы кислорода); 3нитропроизводныемочевины — часто применяются в сельском хозяйстве;
этиленимин,этилметансульфонат,диметилсульфат, 1,4-бисдиазоацетилбутан (известный как ДАБ);
некоторые пестициды; некоторыепищевые добавки(например,ароматические углеводороды,цикламаты); продукты переработкинефти; органическиерастворители;
лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути,иммунодепрессанты).
Биологические мутагены: специфические последовательности ДНК-транспозоны; некоторые вирусы (вирускори,краснухи,гриппа); продукты обмена веществ(продуктыокисления липидов);
Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации
— это разные виды излучений: ионизирующее излучение, радиоактивный распад, ультрафиолетовое излучение.
Первичный их эффект в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК. УФ сильно поглощается тканями и вызывает мутации лишь в поверхностно расположенных клетках многоклеточных животных, однако на одноклеточных он действует эффективно. Ионизирующее излучение – это поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.
изотопы, которых радиоактивны. К таким элементам относятся все естественные элементы с атомным номером выше 83 (Bi). Вредное воздействие радиоактивных элементов определяется ионизирующим излучением, характер которого зависит от типа радиоактивного распада данного изотопа.
Существуют естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения и техногенные.
К загрязнению атмосферы радионуклидами приводят ядерные реакторы, работа тепловых электростанций, сжигающих каменный уголь. Он всегда содержит небольшие примеси урана, тория и продукты их распада. При сжигании топлива эти радионуклиды частично переходят в аэрозоли и попадают в атмосферу.
К загрязнению почвы радионуклидами может приводить использование фосфорных минеральных удобрений. Примеси урана и тория всегда есть в исходном сырье, которое используют при производстве этих удобрений. При переработке сырья радионуклиды частично переходят в удобрения, а из них и в почвы и передаются дальше по трофическим цепям.
Другими физическими мутагенами являются частицы разной природы, имеющие высокую энергию: это альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ и нейтронное излучение. В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два параметра: величина энергии воздействующей частицы и способность биологического материала поглощать эту энергию.
Повреждения ДНК могут быть двух типов: двунитевые и однонитевые разрывы.
Мутации может вызывать также высокая или низкая температура. В 1928 г. Меллер показал, что повышение температуры на 10 градусов по С повышает частоту мутаций у дрозофил в 2-3 раза. Очень низкие или очень высокие температуры нарушают деление клетки (возникают геномные мутации). Экстремальные температуры усиливают действие других мутагенов, поскольку снижают ферментативную активность репарационных систем.
Физические факторы вызывают те же мутации, которые возникают и при спонтанном мутагенезе.
К химическим мутагенам относятся многие химические соединения самого разнообразного строения. Наибольшую мутагенную активность проявляют различные алкилирующие соединения, а также нитрозосоединения, некоторые антибиотики, обладающие противоопухолевой активностью.
Химические мутагены делят на мутагены прямого действия (соединения, реакционная способность которых достаточна для химической модификации ДНК, РНК и некоторых белков), и мутагены непрямого действия (промутагены — вещества, которые сами по себе инертны, но превращаются в организме в мутагены, в основном в результате ферментативного окисления).
Мишенью действия мутагенов в клетке являются ДНК и некоторые белки. Ряд мутагенов вызывают мутации, не связываясь ковалентно с ДНК. В этом случае матричный синтез на ДНК протекает с ошибками. В синтезируемой нити ДНК оказывается на один нуклеотид больше или меньше обычного и возникают мутации.
Существуют мутагены, ингибирующие синтез предшественников ДНК. В результате происходит замедление или даже остановка синтеза ДНК. Мутагенные и канцерогенные свойства химических веществ тесно связаны между собой. Поэтому выявление возможных мутагенов в окружающей среде, испытание на мутагенность продуктов промышленного синтеза (красители, лекарственные средства, пестициды и др.) — важная задача современной генетики.
Установлено, что мутагенной активностью обладает несколько тысяч химических соединений. Однако в отличие от ионизирующего и ультрафиолетового излучений для химических мутагенов характерна специфичность действия, зависящая от природы объекта и стадии развития клетки. При взаимодействии химических мутагенов с компонентами наследственных структур (ДНК и белками) возникают первичные повреждения последних. В дальнейшем эти первичные повреждения ведут к возникновению мутаций.
К биологическим мутагенам относят ДНК- и РНК-содержащие вирусы, некоторые полипептиды и белки, например О-стрептолизин и ряд ферментов рестриктаз, а также препараты некоторых ДНК и определенные плазмиды.
Механизмы образования мутаций при действии различных биологических факторов не вполне ясны, однако агенты, содержащие нуклеиновые кислоты, могут вызывать нарушение процессов рекомбинации, что приводит к возникновению мутаций. Действие рестриктаз сводится к «разрезанию» цепей ДНК в месте (локусе) определенной последовательности нуклеотидов, специфичном для каждой рестриктазы.
Биологические мутагены: — специфические последовательности ДНК – транспозоны;
— некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа); — продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);
Транспозоны – один из классов мобильных элементов генома которые, встраиваясь в геном, могут вызывать мутации, в том числе и такие значительные как хромосомные перестройки.
Они играют важную роль в процессах переноса лекарственной устойчивости среди микроорганизмов, рекомбинации, и обмена генетическим материалом между различными видами как в природе так и в ходе генно-инженерных исследований.
Проблема заключается в том, что ускорение частоты мутаций ведет к увеличению числа особей с врожденными дефектами и вредными отклонениями, передающимися по наследству.Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не "переработанные" эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. Мутагены окружающей среды влияют на величины рекомбинаций наследственных молекул, являющихся также источником наследственных изменений.
