Высшие полициклические углеводороды являются производными переработки нефти, природных газов, каменного и бурого угля; также могут образовываться при неполном сгорании самых разнообразных органических материалов.
В основе полициклических углеводородов лежит пространственное объединение нескольких бензольных колец, в зависимости от которого данный тип соединений можно разделить на три группы: 1) линейные многоядерные углеводороды, 2) углеводороды с ангулярным (т.е. угловым) расположением бензольных ядер и 3) углеводороды с конденсированными бензольными, ядрами за счёт трёх и более углеродных атомов (Петров, Бальян, Трощенко, 1981).
Линейные многоядерные углеводороды. Образуются путём линейной конденсации бензольных ядер. Так, в ряду бензол - нафталин - антрацен благодаря циклической линейной конденсации колец бензола можно получить нафтацен, пентацен и гексацен.
Многоядерные углеводороды в настоящее время привлекают к себе всё большее внимание, так как являются распространённым сырьём в химической промышленности, и в то же время многие из них являются активными канцерогенными веществами.
Родоначальником группы канцерогенных полициклических углеводородов является бензантрацен (см.). Активен не сам бензантрацен, а его замещённые, особенно в мезо-положении. Наиболее распространёнными из активных канцерогенных соединений являются 10-метилбензантрацен, дибензантрацен, а особенно - бензпирен.
Бензпирен в настоящее время является одним из самых наиболее распространённых (к примеру, только в США ежегодно выпускается в атмосферу до 1300 т бензпирена) и опасных в канцерогенном отношении соединений, достаточно лишь 3-5 мг этого вещества, чтобы вызвать рак лёгких или кожи человека (Петров, Бальян, Трощенко, 1981). В связи с этим, чрезвычайно жёсткими являются требования к предельно допустимой концентрации (ПДК) бензпирена в атмосферном воздухе населённых пунктов всего 0,000001мг / м3 (Коробкин, Передельский, 2000).
Основными источниками бензопирена в атмосфере являются:
1) авто - и мототранспорт, механизмы, использующие органическое топливо;
2) сжигание (неполное сгорание) органических бытовых и производственных отходов;
3) нефтехимическая переработка, производство органического топлива;
4) табачный дым.
Для бензпирена, и для других канцерогенных полициклических углеводородов характерны такие свойства, как сильно выраженный ароматический характер и склонность к реакциям замещения. Попадая в воздух, а из воздуха - в почву и воду, эти вещества образуют активные комплексы, которые усваиваются растениями - продуцентами, и далее, по цепи питания - организмами - консументами, к числу которых относится и человек. В человеческом организме полициклические углеводороды, кроме прямого канцерогенного воздействия на клетки, также являются инициаторами образования новых химических комплексов, которые становятся уже внутриорганизменными источниками канцерогенных агентов, таких, как, например, холантрен.
Каков же механизм канцерогенного воздействия полициклических углеводородов на клетки человеческого организма?
В настоящее время уже получены многочисленные экспериментальные данные по этому вопросу (Голубев, Дильман, 1983; Благосклонный, 1985 -Дильман, 1986). Стало известно, что для возникновения онкозаболевания необходимо сочетание как минимум, трёх компонентов:
1) наличие в клеточном геноме специфических онкогенов, или протоонкогенов (участков цепи ДНК, переданных по наследству или изменивших свои свойства под действием вирусов, ионизирующих излучений или химических агентов); таких онкогенов известно более 20 (Дильман, 1986);
2) появление специфических белков, или онкобелков, кодируемых онкогенами;
3) наличие трансформирующего фактора роста (ТФР), или онкофактора - конечного действующего элемента, запускающего ту серию изменений, которая необходима для возникновения опухоли.
Именно в этой роли - трансформирующего фактора роста - и выступает бензпирен, и родственные ему полициклические углеводороды. После попадания на кожу или в лёгкие, эти вещества действуют на клетки подобно обычным гормонам - проникают в цитоплазму через рецепторы клеточных мембран. При этом создаётся впечатление, что никакой патологии не возникает: опухоли не появляются, а при микроскопическом исследовании клеток в них не обнаруживается каких-либо изменений. Однако, если после воздействия канцерогеном на эти клетки попадут какие-то нейтральные вещества, сами по себе рак никогда не вызывающие, то через определённый промежуток времени обнаруживаются опухоли (Дильман, 1986).
Исходя, из этих экспериментов в процессе злокачественной трансформации клетки были разграничены две стадии - стадия инициации, обуславливаемая повреждающим влиянием канцерогена на клеточный генетический аппарат, и стадия промоции (продвижения), которая обуславливается действием многочисленных, поступающих в организм из внешней среды (или синтезируемых в нём), нейтральных в канцерогенном отношении веществ, получивших наименование промоторов.
Согласно экспериментальным данным, скрытый период между канцерогенной инициацией и клиническим выявлением опухолевого процесса составляет в среднем около 10 лет; однако в настоящее время уже известны случаи возникновения рака у детей (иногда даже внутриутробно), а также в молодом возрасте после контакта с полициклическими углеводородами (в частности, с бензпиреном)
Микотоксины.
Микотоксины (от греч. mukes – гриб и toxicon - яд) – это вторичные метаболиты микроскопических плесневых грибов, обладающие выраженными токсическими свойствами. Они не являются эссенциальными для роста и развития продуцирующих их микроорганизмов.
В настоящее время из кормов и продуктов питания выделено около 250 видов плесневых грибов, большинство из которых продуцирует высокотоксичные метаболиты, в том числе около 120 микотоксинов. Предполагают, что с биологической точки зрения микотоксины выполняют в обмене веществ микроскопических грибов функции, направленные на выживание и конкурентоспособность в различных экологических нишах.
С гигиенической позиции – это особо опасные токсические вещества, загрязняющие корма и пищевые продукты. Высокая опасность микотоксинов выражается в том, что они обладают токсическим эффектом в чрезвычайно малых количествах и способы весьма интенсивно диффундировать в глубь продукта.
В настоящее время ещё сформулирована единая классификация и номенклатура микотоксинов. В одних случаях в основу группового деления микотоксинов положена их химическая структура, в других – характер действия, в третьих - видовая принадлежность грибов- продуктов.
6.1. Афлатоксины .
Афлатоксины представляют собой одну из наиболее опасных групп микотоксинов, обладающих сильными канцерогенными свойствами.
В настоящее время семейство афлатоксинов включает четыре основных представителя (Афлатоксины B1, B2, G1, G2) и ещё более10 соединений, являющихся производными или метаболитами основной (M1, M2, B2a, G2a, GM, P1, Q1 и др.).
По своей химической структуре Афлатоксины являются фурокумаринами.
Продуктами афлатоксинов является некоторые штаммы 2 видов микроскопических грибов: Aspegillus flavus (Link) и Asperillus parasiticus (Speare).
Афлатоксины обладают способностью сильно флуоресцировать при воздействии длинноволнового ультрафиолетового излучения. Это свойство лежит в основе всех физико-химических методов их обнаружения и количественного определения.
Афлатоксины слаборастворимы в воде (10-20 мкг/мл), нерастворимы в неполярных растворителях, но легко растворяются в растворителях средней полярности, таких как хлороформ, метанол и др.. В химически чистом виде они относительно нестабильны и чувствительны к действию воздуха и света, особенно к ультрафиолетовому облучению. Растворы афлатоксинов стабильны в хлороформе и бензоле в течение нескольких лет при хранении в темноте и на холоде.
Следует обратить внимание на то, что Афлатоксины практически не разрушаются в процессе обычной кулинарной и технологической обработки загрязненных пищевых продуктов.
Механизм действия афлатоксинов. Афлатоксины или их активные метаболиты действуют почти на все компоненты клетки. Афлатоксины нарушают проницаемость плазматических мембран. В ядрах они связываются с ДНК, ингибируют репликацию ДНК, ингибируют активность ДНК- зависимой РНК – полимеразы – фермента, осуществляющего синтез матричной РНК, и тем самым подавляют процесс транскрипции. В митохондриях афлатоксины вызывают повышение проницаемости мембран, блокирует синтез митохондриальных ДНК и белка, нарушают функционирование системы транспорта электронов, вызывая тем самым энергетический голод клетки. В эндоплазматическом ретикулуме под воздействием афлатоксинов наблюдаются патологические изменения: ингибируется белковый синтез, нарушается регуляции синтеза триглицеридов, фосфолипидов, холестерина. Афлатоксины оказывают прямое действие на лизосомы, что приводит к повреждению их мембран и высвобождению активных гидролитических ферментов, которые в свою очередь расщепляют клеточные компоненты.
Все вышеперечисленные нарушения приводят к так называемому метаболистическому хаосу и гибели клетки.
Трихотецены
В настоящее время известно более 40 трихотеценовых микотоксинов (ТТМТ).
В зависимости от структуры трихотеценового ядра ТТМТ делят на 4 группы: А, В, С, Д.
ТТМТ представляют собой бесцветные кристаллические химически стабильные соединения, плохо растворимые в воде. Микотоксины типа А растворимы в умеренно полярных растворителях (ацетон, этилацетат, хлороформ); типа В – в более полярных растворителях (метанол, этанол). В целом ТТМТ типа более токсичны, чем типа В, а соединения, относящиеся к типу Д, не смотря на наличие двух эпоксидных групп, малотоксичны. Они представлены токсинами Т-2 и дезоксиниваленолом.
Основные продуценты Т-2 токсина были выделены из кормов и продовольственного сырья, явившихся причиной алиментарных токсикозов у сельскохозяйственных животных и людей. К ним относятся: F. poae, F. acimination, F. sporotrichiodes, F. sulphureum, F.oxyspoum, F. tricinctum и F. solani.
Дезоксиниваленол (вомитоксин) продуцируется главным образом различными штаммами F. graminearum, F. culmorum, F. nivale.
Следует подчеркнуть, что один и тот же вид гриба – продуцента может синтезировать несколько ТТМТ.
Грибы рода Fusarium в естественных условиях интенсивно накапливают токсины при повышенной влажности ти пониженной температуре. Максимальный синтез токсина Т-2 наблюдается при 8-140С; температурный оптимум для вомитоксина 24-270С.
Наиболее подвержены заболеванию фузариоз пшеница, ячмень и другие колосовые культуры. Фузариозное зерно может быть использовано на продовольственные цели при содержании вомитоксина не более 1 мг/кг в сильной и твердой пшенице и до 0,5 мг/кг в мягкой пшенице. На кормовые цели зерно может быть использовано при ПДК вомитоксина не более 2 мг/кг.
ПДК Т-2 не должна превышать 0,1 мг/кг.
Микотоксины Alternaria
Микотоксины продуцируются микроскопическими грибами Alternaria. Токсигенные штаммы и продуцируемые ими токсины выявлены в основном в зерновых культурах, в семенах хлопчатника, цитрусовых, яблоках, томатах и продуктах их переработки.
По химической структуре микотоксины делятся на две группы: производные ксантона и антрахиноновые пигменты. Кроме того, из культур выделены два метаболита с неустановленной структурой - альтеротоксины 1 и 2. Наиболее токсичны представители первой группы.
6.4. Эрготоксины
Основные действующие вещества из плодовых тел (склероциев) микрогриба спорыньи. Это гриб поражает 150 видов дикорастущих и культурных злаков: рожь, пшеницу, овес, ячмень и др. Всего в склероциях содержится около 50 химических соединений, по химической природе разделяющихся на производные лизергиновой кислоты и флавоноидные алкалоиды. Отравление наступает при попадании в пищеварительную систему вместе с зерном, мукой, пшеничным хлебом. При содержании их в зерне по массе 2% возможно массовое отравление. В процессе термообработки продукта содержание склероциев падает. Аналогично снижение эрготоксинов снижается в процессе хранения муки. В продовольственном сырье примесь склероциев спорыньи не допускается.
Зеараленон
Продуцентом зеараленона являются микроскопические грибы роды Fusarium. Представляет собой белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, хорошо растворимое в этаноле, ацетоне, метаноле и бензоле. Зеараленон обладает сине- зеленой флюоресценцией в ультрафиолетовом цвете. Максимальное токсинообразование наблюдается на зерновых субстратах при температуре сначала 22-250С, а затем 150С. При влажности более 25 % токсинообразование снижается. Часто обнаруживается вместе с другими микотоксинами: афлотоксином, Т-2, и др. Обнаруживается в зерне, силосе, кукурузе, овсе, сорго, кунжуте, в кукурузном масле и крахмале, и др. ПДК – 1 мг/кг продукта, В продуктах детского и функционального питания его присутствие не допускается.