Кафедра медицинской биологии и генетики
Мутагены. Проблемы антимутагенеза.
Казань, 2005
Рассматриваемые вопросы
Введение
1. Факторы, повреждающие генетический аппарат человека
1.1. Физические мутагенные факторы
1.1.1. Ионизирующие излучения
Температурные воздействия
Химические мутагены
1.2.1. Промышленные вещества – мутагены
1.2.2. Вещества-мутагены, используемые в сельском хозяйстве
1.2.3. Бытовые мутагены
1.3.Биологические факторы мутагенеза
1.4. Мутагены внешней среды Республики Татарстан
1.5. Антимутагены - факторы защиты генома а защиты генома.
ВВЕДЕНИЕ
Учёные определили, что десять тысяч лет тому назад численность населения Земли составляла 5 миллионов человек, во времена Римской империи – 150 миллионов, к 1840 г. она достигла первого миллиарда. Пятый миллиард народился всего за 12 лет. А поскольку такое стремительное развитие человека идёт только за счёт использования ресурсов внешней среды, то общее потребление их за период в 10 тысяч лет возросло примерно в 100 раз [Фешбах М., Френдли А. 1992].
В настоящее время мы живём в период научно-технологической революции. Он характеризуется резким увеличением потребностей человека и удовлетворением их за счёт природной кладовой. За период жизни только одного поколения появились телевизоры, магнитофоны, сотовые телефоны, спутники, сверхзвуковые самолеты и т.д. Это привело к резким изменениям экологических условий в масштабе всей планеты, размах и характеристики которых не встречались в длительной эволюции человека. Парадоксальным является то, что из сырья, которое человек добывает у природы, в конечный продукт перерабатывается лишь 2 – 9 %, остальные 91 – 98 % представляют собой отбросы, значительная часть которых попадает во внешнюю среду, превращаясь в составную часть среды его обитания [Fishbein U., 1984].
Ежегодно в мире синтезируется более 200 химических соединений используемых в медицине, сельском хозяйстве, производстве, быту и т. д. В 1991 году на территории России было захоронено 1,6 млрд. тонн токсических промышленных отходов. С 1985 по 1991 годы произошло более 240 химических аварий с летальным поражением людей. Очевидно, что аналогичных случаев, сопровождающихся введением в среду потенциальных мутагенов несравненно больше [Варенин С.А., Поделякин Н.А, 1992]. Всё это приводит к тому, что в среде накапливаются чужеродные антропогенные факторы, с которыми человек не встречался на протяжении своей эволюции и, следовательно, не мог адаптироваться к ним. Поэтому в большинстве своём они являются опасными для его метаболизма. В случае их высокой концентрации в среде, защитные системы организма становятся не способны нейтрализовать их повреждающий эффект, и тогда развивается какая - либо патология, в том числе, связанная с дестабилизацией генома человека. К последней относятся опухолевые и наследственные заболевания, спонтанные аборты и врожденные пороки развития, нарушение антиоксидантных, энергетических и иммунных систем организма, сокращение продолжительности жизни [Бочков Н.П., Чеботарёв А.Н., 1989].
Пожалуй, впервые связь между вредными факторами среды и повреждением генетического аппарата обнаружил английский врач Потт. Ещё в прошлом веке работая над проблемой опухолевых заболеваний он столкнулся с поразительным фактом: – в стране оказалось достаточно много больных раком мошонки. Осмотр этих больных показал, что в основном это худенькие, небольшого роста мальчики. Странным оказалось то, что все они работали трубочистами. Несколько лет напряжённой работы врача показали следующее. В Англии широко использовались камины. Для сохранения тепла трубы в этих сооружениях были чрезвычайно узкие и не всегда прямые. Поэтому для их очистки от быстро накапливающейся сажи использовали худеньких мальчиков. Сидя верхом на пропущенной между ног верёвки они очищали стенки дымоходов от сажи. Верёвка и одежда были пропитаны сажей. Постоянные движения приводили к тому, что сажа с верёвки постоянно втиралась в кожу мошонки. А так как при сжигании органических веществ образуются сильные мутагены (бензпирен и другие), то при втирании они проникали в клетки мошонки, трансформируя их в злокачественные.
Развернувшиеся широкие исследования по канцерогенам показали, что из всех химических веществ, распространённых в среде обитания, около 10% обладают выраженными мутагенными свойствами. Почти 90% мутагенов внешней среды могут вызвать злокачественные новообразования, т.е. являются канцерогенами. По расчётам специалистов при сохранении существующих тенденций загрязнения среды, количество новых случаев рака в мире в 2000 году достигнет 10 миллионов. В СССР в 1970 году число новообразований достигло 400 тысяч, сейчас опухолевые заболевания диагностируются у каждого 5-го жителя. [Худолей В.В.,1997].
Факторы, повреждающие генетический аппарат человека
Находящиеся во внешней среде вещества могут использоваться организмом для своих нужд и не использоваться. Последние являются для человека чужеродными веществами и называются ксенобиотиками. К ним чаще всего относятся искусственно синтезированные соединения, не представляющие для метаболизма никакого интереса. Случайно проникая внутрь с пищей, водой, воздухом в лучшем случае они могут оказаться нейтральными и выделиться без каких-либо последствий, в худшем, могут привести к поломкам различных структур и физиологических систем [Литвицкий П.Ф., 1997]. Ксенобиотики, повреждающие генетический аппарат человека подразделяются на экзо- и эндомутагены. Экзомутагены - это мутагены среды обитания человека. Попадая в организм человека они подвергаются атаке различных ферментов, в результате чего могут превращаться в другие вещества – метаболиты, обладающие или не обладающие мутагенной активностью. Если экзомутаген, не имеющий мутагенной активности, приобретает её в результате метаболической трансформации, то такой мутаген называют косвенным, непрямым мутагеном или промутагеном. Ксенобиотик, показавший мутагенную активность без метаболической активации, называют прямым мутагеном. Эндомутагены – собственные продукты метаболизма образующиеся в результате обменных реакций в организме и представляющие угрозу для генетического аппарата человека. В настоящее время мутагены называют ещё кластогены.
Классификация мутагенов достаточно обширная. Их классифицируют в зависимости от химической структуры, механизма действия, происхождения и т.д. Мы используем классификацию мутагенов достаточно часто применяемую на практике. По этой классификации мутагены делят на три группы [Дубинин Н.П., Пашин Ю.В.; 1978]: физические, химические и биологические. На человека как правило действует комбинация мутагенных факторов.
1.1. Физические мутагенные факторы
Среди них различают:
1.Ионизирующие излучения
2.Температурные воздействия
3.Высокое давление
4.Вибрация
5.Электромагнитные волны высокой частоты.
Рассмотрим некоторые из них.
Ионизирующие излучения
В настоящее время радиационный фон Земли постоянно повышается за счёт следующих факторов:
а) Не прекращающихся испытаний ядерных, водородных и нейтронных бомб.
В 1963 г. был заключён договор между государствами, имеющими ядерное вооружение, о частичном запрещении испытаний ядерного оружия. Государства, не подписавшие соглашение, продолжают испытывать ядерное оружие, насыщая среду жизни человека новыми порциями радиоактивных соединений. При взрыве бомб в окружающую среду поступают стронций-90, цезий-137, углерод-14. Попадая в организм человека, они депонируются в костях, и поступая оттуда в кровь могут повредить наследственный аппарат половых и соматических клеток [Литвицкий П.Ф., 1997].
Испытания ядерных бомб может оказаться опасным не только для страны – испытательницы.
Одно время Китай, не подписавший соглашения о прекращении ядерных испытаний, производил ядерные взрывы на своем полигоне. Радиоактивные вещества поднимались в верхние слои атмосферы, которые перемещались по направлению к Канаде, где они выпадали в виде осадков. Правительство Канады не раз направляло ноту протеста Китаю. Беспокойство канадцев понятно. Эта страна продаёт зерно практически всем странам мира. Кто же будет закупать радиоактивное зерно? В настоящее время в Канаде разработана долгосрочная программа развития здравоохранения. В ней сделан особый упор на строительство новых онкологических клиник, подготовку врачей – онкологов, выпуску необходимого оборудования. Взрывы в Китае не остались без последствий. Через несколько лет в Канаде ожидается повышение онкологических заболеваний [Дубинин Н.П., Пашин Ю.В., 1978].
б) Продолжающейся практике использования ядерных взрывов в мирных целях.
Ядерные взрывы при проведении больших геологических работ намного дешевле обычных взрывных работ. Поэтому ядерные взрывы используют при разработке полезных ископаемых, строительстве дамб, водохранилищ [Дубинин Н.П., Пашин Ю.В., 1978].
В 80-х годах на страницах журналов и газет в СССР обсуждалась грандиозная по масштабам идея, выдвинутая несколькими крупнейшими институтами: - при помощи ядерных взрывов перебросить полноводные северные реки в Волгу, испытывающую дефицит воды. Хорошо, что идея так и осталась проектом. В противном случае помимо экологических бедствий нас могло ожидать повышение радиоактивного фона в районах взрыва [Фешбах М., Френдли А., 1992].
Американцы и сейчас планируют при помощи ядерных взрывов проложить новый канал, параллельный Панамскому. Возможно особое значение будут иметь ядерные взрывы для борьбы с особо опасными стихийными бедствиями.
в) Не прекращающийся рост числа АЭС.
В этом случае опасность представляет хранение радиоактивных отходов. Ранее их в специальных железно-бетонных ёмкостях сбрасывали в океане. Однако в настоящее время появляется всё больше фактов, свидетельствующих об утечке радиоактивных отходов из мест океанического затопления.
За последние несколько лет поступило несколько сообщений от океанических научно-исследовательских судов России и других стран о том, что в некоторых местах океана обнаружены пласты радиоактивной воды на разных глубинах. Эти пласты перемещаются. Серьёзную тревогу вызывает то, что рыба, отловленная в этих радиоактивных водах, имеет повышенную радиоактивность и не пригодна для употребления. Предполагается, что некоторые контейнеры с радиоактивными отходами, лежащие на дне океана в необычных условиях (высокое давление, водная солевая среда) стали разрушаться. Смертельная радиация вырвалась наружу.
В настоящее время захоронение отходов производят в соляных копях.
г) Внедрение изотопных методов в лечение и рентгенодиагностику в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.
Эти методы позволяют автоматически и дистанционно контролировать современные технологические процессы в металлургической, автомобильной и с/х производстве.
В медицине рентгенодиагностика общеизвестна. Применение кобальтовых и цезиевых “пушек” спасло или продлило жизнь не одной тысяче людей.
Но, несмотря на все положительные моменты, изотопы и рентгеновские лучи представляют угрозу для наследственного аппарата человека.
д) Экстремальными выбросами во внешнюю среду радиоактивных компонентов, обусловленных катастрофами на АЭС, утерей, кражами источников радиации и радиоактивным специальным загрязнением внешней среды в связи с террористическими актами. Наиболее близкий для нас пример — авария на Чернобыльской АЭС.
В 1 ч. 23 мин. ночи в субботу, 26 апреля 1986г. в результате 2-х взрывов на 4 блоке Чернобыльской АЭС произошёл выброс в атмосферу радиоактивного вещества. Его количество превышало то, что было выброшено в Хиросиме и Нагасаки. 30 млн. кюри рассеяно на территории охватывающей Швецию, Германию, Польшу, Австрию, Грецию и Югославию. 20 млн. выпали на территорию Белоруссии, Украины, Запада России до Ленинграда. После взрыва никакой информации от правительства в прессу не поступало. 28 апреля шведы обнаружили у себя резкое повышение радиоактивности. Они и подняли тревогу, заставив признать факт аварии на Чернобыльской АЭС. Разумеется, вклад аварии на ЧАЭС в естественный радиоактивный фон огромен.
По подсчётам учёных примерно 25% от общего числа естественных мутаций обусловлено энергией естественного фона радиации. Понятно, что удвоение энергии радиации в среде может существенно повлиять на здоровье нынешнего и будущего поколения.