Информационный блок

К физическим мутагенам относятся: ионизирующее излучение (альфа-, бета-, гамма-, нейтронное, рентгеновское), коротковолновое ультрафиолетовое излучение, СВЧ-излучение, действие экстремальных температур, электромагнитных полей, источниками которых, в том числе, являются и бытовые приборы (компьютеры, мобильные телефоны и т.д.).

Действие ионизирующего излучения основано на ионизации компонентов цитоплазмы клетки и ее ядерного матрикса. При ионизации возникают высокоактивные химические вещества (например, свободные радикалы), которые различным образом действуют на клеточные структуры. Известны следующие механизмы мутагенного воздействия ионизирующего излучения.

1. Непосредственное воздействие частиц с высокой энергией на ДНК, которое приводит к ее разрывам: одиночным (под воздействием гамма-квантов, рентгеновских лучей) или множественных (под воздействием альфа-частиц, нейтронного излучения). Это универсальный механизм возникновения хромосомных перестроек на всех стадиях клеточного цикла, но он действует очень грубо – обычно клетки теряют способность к нормальному делению и погибают. К разрывам ДНК приводит и ультрафиолетовое облучение.

2. Опосредованное воздействие ионизирующих факторов связано с нарушением структуры ферментов, контролирующих репликацию, репарацию и рекомбинацию ДНК. Этот механизм наиболее эффективно действует в синтетическом периоде интерфазы. При больших дозах мутагенов клетки погибают. Поскольку раковые клетки делятся непрерывно, то облучение является универсальным средством подавления развития метастазов при онкологических заболеваниях – непрерывно делящиеся раковые клетки более уязвимы, чем медленно пролиферирующие или непролиферирующие нормальные клетки.

Опосредованное воздействие ионизирующих факторов индуцирует самые разнообразные генные и хромосомные мутации. При опосредованном действии ионизирующих факторов их мутагенный эффект может быть снижен с помощью специальных веществ – радиопротекторов. К радиопротекторам относятся различные антиоксиданты, взаимодействующие с продуктами ионизации. В то же время, мутагенный эффект может быть усилен, например, высокая температура повышает мутагенный эффект радиации.

Радиационный фон Земли повышается за счет испытаний ядерного оружия; использования ядерных взрывов в мирных целях; роста числа АЭС (проблема утилизации радиоактивных отходов); внедрения изотопных методов в лечение и рентгенодиагностику в медицине, промышленности и сельском хозяйстве; экстремальных выбросов во внешнюю среду радиоактивных компонентов (катастрофы на АЭС, утери, кражи источников радиации, радиоактивное загрязнение внешней среды в ходе терактов).

Известно, что примерно 25% от общего числа естественных мутаций обусловлено энергией естественного фона радиации. Удвоение энергии радиации в среде может существенно повлиять на здоровье нынешнего и будущих поколений.

Особенности мутагенного действия ультрафиолетовых лучей. ДНК интенсивно поглощает жесткий ультрафиолет с длиной волны ≈ 254 нм. Основным результатом этого процесса является образование нуклеотидных димеров: два нуклеотида, расположенных рядом в одной цепи ДНК, «замыкаются» сами на себя, образуя пары «тимин–тимин» или «тимин–цитозин». При репликации ДНК напротив такой пары в достраивающейся цепи могут стать два любых нуклеотида, т.е. принцип комплементарности не выполняется. Ультрафиолетовый свет – это сравнительно мягкий мутаген, поэтому его широко используют в селекции растений, облучая проростки, или для получения искусственного загара в солярии. Однако, применяя ультрафиолетовое излучение, нужно помнить о правильном выборе дозы облучения для предотвращения возникновения мутаций.

Особенности мутагенного действия экстремальных температур. Собственный мутагенный эффект экстремальных температур не доказан. Однако очень низкие или очень высокие температуры нарушают деление клетки (возникают геномные мутации). Экстремальные температуры усиливают действие других мутагенов, поскольку снижают ферментативную активность репарационных систем.

Электромагнитные излучения, даже очень слабые, источниками которых являются компьютеры и мобильные телефоны, тоже обладают мутагенным действием. Исследование действия сотовых телефонов на здоровье человека началось в 1999 г. Доказано, что излучение от них повышает риск развития рака мозга, глаз, слюнных желез, яичка (при ношении телефона на поясе брюк), провоцирует лимфомы и лейкемии. Дети, подростки и молодежь являются наиболее уязвимыми, поскольку их организм еще формируется и эти возрастные группы наиболее часто пользуются мобильным телефоном. Помимо онкологических заболеваний ношение мобильного телефона на поясе может привести к уменьшению плотности костей и развитию остеопороза.

В повседневной жизни нас окружает много факторов различной природы, которые могут оказывать мутагенный эффект (бытовые электрические приборы, лекарства, бытовая химия, косметика). Особую опасность представляют мутагены, содержащиеся в пищевых продуктах и воде.

Мутагенные соединения поступают в организм человека прямым путем (некоторые безалкогольные напитки и др.) или пройдя через пищевую цепь. Основные пути загрязнения продуктов питания и продовольственного сырья:

1) использование неразрешенных красителей или превышение их дозы;

2) применение нетрадиционных технологий производства продуктов питания (химический или микробиологический синтез);

3) загрязнение сельскохозяйственных культур пестицидами и животных препаратами ветеринарии;

4) нарушение гигиенических правил использования удобрений, твердых и жидких отходов промышленности и животноводства, оросительных, коммунальных и других сточных вод;

5) использование в животноводстве и птицеводстве неразрешенных пищевых добавок, консервантов, стимуляторов роста, профилактических и лечебных медикаментов или применения разрешенных добавок в повышенных дозах;

6) миграция в продукты питания токсических веществ из пищевого оборудования, посуды, инвентаря и упаковок; использование неразрешенных полимерных, резиновых и металлических материалов;

7) образование в пищевых продуктах эндогенных токсических соединений в процессе теплового воздействия, кипячения, жарения, облучения и других способов технологической обработки;

8) несоблюдение санитарных требований в технологии производства и хранения пищевых продуктов, что приводит к образованию бактериальных токсинов (микотоксины, ботулотоксины и т.д.);

9) поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов, из окружающей среды – атмосферного воздуха, почвы, воды.

В частности, технология консервирования продуктов приводит человека к непосредственному контакту с мутагенами (формалин, пропилен, нитрат натрия). В своей совокупности современная мировая консервная промышленность представляет существенный источник мутагенов для человека в связи со слабым государственным санитарным контролем во многих странах. До недавнего времени в Японии в качестве консерванта широко использовался АF-2 (транс-2/фурин-3-/5-нитро-2-/фурил/-акриламид), подавляющий рост бактерий в соевом молоке и рыбных сосисках. Однако, на тест-системах (бактерий, культуры клеток человека) было установлено, что этот консервант вызывает широкий спектр мутаций. В Японии и США запрещено использование АF-2 в пищевой и фармацевтической промышленности.

В мясной промышленности широко использовался нитрат натрия, который обладал хорошими консервирующими свойствами и придавал мясу свежий, сочный, розовый цвет. Активное использование этого консерванта остановили генетики, обнаружившие у него способность повреждать геном соматических и половых клеток.

Пищевые добавки – вещества природного или искусственного происхождения, используемые для усовершенствования технологий получения продуктов питания, сохранения или придания им необходимых свойств, увеличения сроков хранения. Существует единая система обозначения пищевых добавок («Codex Alimentarius») – индекс «Е» (европейский) с цифрами. Например, тартразин придает продукту желтый и оранжевый цвет; глютамат натрия усиливает запах и вкус; хинин - входит в состав тоника; синтетические ароматизаторы. Доказано, что глютамат натрия может провоцировать симптомокомплекс, называемый «синдром китайского ресторана». Он развивается через 15-20 минут после употребления в пищу продуктов с большим содержанием глютамата натрия в качестве консерванта. Этот синдром описан впервые в 1969 г, его симптомами являются ощущение жжения в затылочной области шеи, груди и предплечий, чувство тяжести в груди.

В России и Белоруссии запрещены: краситель цитрусовый красный (Е121), красный амарант (Е123) и консервант формальдегид (Е240).

Рекомбинантный гормон роста (бычий соматотропин) с 1993 г. применяется для увеличения удоев, может содержаться в коровьем молоке. Его использование у коров ведет к увеличению в организме животных инсулин-подобного фактора-1 (IGF-1), который имеет такую же первичную структуру, как и человеческий пептид. В присутствии казеина молока IGF-1 не подвергается разрушению при пастеризации. При поступлении в организм человека коровий IGF-1, а также собственный, образованный в тонком кишечнике, может вызывать рост опухолей в результате торможения апоптоза; повышать чувствительность тканей молочной железы к действию ионизирующей радиации; обладает эстрагенподобным действием; способен индуцировать акромегалию.

Весьма актуальными являются вопросы радио-стерилизации пищевых продуктов, при которой они не только предохраняются от преждевременной порчи, но и обезвреживаются (мясо кур от сальмонелл и т.п.). Корнеплоды после радиационной обработки даже в условиях тепла и влажности длительное время не подвергаются гниению и не прорастают. В США использовалось кратковременное мощное излучение кобальта-60 для обработки некоторых мясных продуктов, если нельзя использовать холодильные установки. Однако в результате облучения высокими дозами в продуктах могут появиться эпоксиды, пероксиды, гидроксиалкилпероксиды и др., которые являются мутагенами.

Некоторые мутагены образуются при приготовлении пищи. При жарении мяса и рыбы образуются такие вещества в результате пиролиза триптофана и некоторых других органических соединений. Известна так называемая «реакции Малларда»: при термической обработке возникают связи между карбонильными группами восстановленных сахаров и аминогруппами аминов, пептидов и белков. Эти соединения придают пище аромат, определенный вкус и специфическую окраску, но при этом возникают побочные токсические и мутагенные продукты. Мутагенным эффектом обладают и полициклические ароматические углеводы – в первую очередь, бензпирен. Он образуется при копчении продуктов или приготовлении пищи на гриле, если жир попадает на раскаленный древесный уголь.

Необработанные термически продукты также могут содержать мутагены. Так, они найдены в некоторых видах бобовых, неочищенном хлопковом масле, чёрном перце, грибах и некоторых других продуктах. Например, в США обнаружили одинаковые врожденные дефекты у новорожденного ребенка, выводка щенят и козлят. Исследования показали, что в период беременности женщина и собака употребляли молоко, полученное от домашних коз, которых кормили люпином. Анализ люпина показал наличие в нем мутагенов. В настоящее время используются новые сорта люпина, в которых мутагенов практически нет.

В последнее время особое внимание обращают на мутагенность питьевой воды. Вода, используемая для питья, содержит небольшое количество органической примеси. При обеззараживании воды к ней добавляют хлор. В результате реакции хлора с органическими веществами образуются хлорорганические соединения, обладающие мутагенной активностью (например, тригалометаны).

Лекарства стали необходимым компонентом нашей среды обитания. Большое распространение в лечебной практике получили антибиотики. Однако биомицин, стрептомицин обладают сильными мутагенными свойствами. Но даже антибиотики со слабыми мутагенными свойствами могут принести значительный вред при длительном употреблении, как при этом возникает суммарный мутагенный эффект.

Наиболее выраженным мутагенным действием обладают цитостатики и антиметаболиты, используемые для лечения злокачественных новообразований и как иммунодепрессанты. Многие цитостатики вызывают зависимое от дозы повышение частоты хромосомных аберраций и сестринских хроматидных обменов в лимфоцитах человека in vitro и in vivo. Даже у медицинского персонала онкологических отделений, не соблюдающего мер предосторожности при расфасовке цитостатиков, может быть небольшой мутагенный риск.

Наибольшую группу цитостатиков с мутагенным действием составляют препараты алкилирующего действия (производные этиленимина, дихлордиэтиламина, нитрозомочевины). Они непосредственно повреждают ДНК в процессе репликации. Некоторые из них (тиофосфамид, дегранол и др.) оказывают прямое мутагенное действие, для других (циклофосфамид) требуется метаболическая активация.

Противоопухолевые антибиотики (актиномицин О, адриамицин) индуцируют хромосомные аберрации в клетках человека в зависимости от дозы. Механизм мутагенного действия некоторых из них связан с внедрением их в ДНК в процессе синтеза.

Цитостатические препараты, действующие как ингибиторы веретена (винбластин и винкристин), вызывают анеуплоидию и полиплоидию чаще, чем хромосомные аберрации. Четкой дозовой зависимости для этих препаратов не установлено. Несмотря на мутагенный эффект, эти препараты широко применяются в лечебной практике по жизненным показаниям. Поскольку большинство пациентов, применяющие их, не имеют потомства, генетический риск от этих препаратов для будущих поколений небольшой.

Многие лекарства вызывают в культуре клеток человека хромосомные аберрации в дозах, используемых для лечения, но не показывают четкой дозовой зависимости. Эти препараты индуцируют (в 2-3 раза выше спонтанного уровня) хромосомные аберрации у «контактирующих» с ними индивидов. В эту группу относят противосудорожные препараты (барбитураты), психотропные, гормональные (эстрадиол, прогестерон, оральные контрацептивы), смеси для наркоза, противовоспалительные средства (бутадион, ацетилсалициловая кислота, амидопирин). Например, ацетилсалициловая кислота (аспирин) и амидопирин повышают частоту хромосомных аберраций, но только при больших дозах, применяемых при лечении ревматических болезней.

Иногда более тщательная проверка снимает «мутагенное клеймо» с препарата, как это произошло с изониазидом и диэтиламидом лизергиновой кислоты.

Существует группа препаратов, обладающих слабым мутагенным эффектом. Механизмы их действия на хромосомы неясны. Не исключается опосредованное действие через изменение метаболизма каких-то соединений, являющихся ускорителями спонтанного мутагенеза. К таким слабым мутагенам относят метилксантины (кофеин, теобромин), психотропные средства (галоперидол), бактерицидные и дезинфицирующие средства (трипофлавин, этиленоксид, левамизол, фуросемид). Широкое применение этих лекарств требует тщательного наблюдения за их генетическими эффектами не только у больных, но и медицинского персонала, использующего препараты для дезинфекции, стерилизации, наркоза.

Известна роль алкоголя в возникновении рака рта, глотки и носоглотки. Процент возникновения рака этой локализации обычно высокий у содержателей баров, официантов и всех работающих с алкоголем. Однако остается не ясным сам ли алкоголь провоцировал возникновение опухолей или это были другие компоненты алкогольных напитков. Доказанным является факт, что у пьющих и курящих лиц риск заболеть на 50 % больше, чем у только пьющих или только курящих. Это подтверждается многочисленными исследованиями, что алкоголь усиливает мутагенную и канцерогенную опасность различных соединений. До сих пор имеются противоречивые данные по поводу мутагенности кофеина. Исследователи согласны в одном, большие дозы кофеина обладают мутагенным и канцерогенным действием.

Установлено, что большинство коммерческих красителей волос имеют значительный мутагенный потенциал. Опасность усугубляется тем, что кожа головы представляет собой идеальную всасывающую поверхность. Поэтому при обесцвечивании волос, например, перекисью водорода, значительная часть этих мутагенов попадает в организм, индуцируя различные повреждения в генетическом аппарате клеток. Следовательно, женщинам детородного возраста лучше не использовать это чрезвычайно опасное соединение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

1. Понятие физических мутагенов. Типы мутагенов.

1. Характеристика воздействия физических мутагенов на клетку.

2. Понятие радиопротекторов.

3. Радиационный фон Земли. Причины повышения радиационного фона.

4. Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей. Примеры

5. Мутагенное действие экстремальных температур. Примеры

6. Мутагенное действие электромагнитного излучения. Примеры

7. Пути загрязненияпродуктов питания и продовольственного сырья.

8. Использование химических веществ в пищевой промышленности. Примеры.

9. Пищевые добавки. Примеры. Запрещённые пищевые добавки.

10. Бычий соматотропин. Применение.

11. Значение стерилизации. Её применение в пищевой промышленности.

12. Мутагены, образующиеся при приготовлении пищи.

13. Мутагены в необработанных продуктах и воде.

14. Антибиотики. Цитостатики и антиметаболиты. Характеристика. Примеры. Мутагенный эффект.

15. Лекарства с мутагенным эффектом, зависящим от дозы. Примеры.

16. Препараты со слабым мутагенным эффектом. Примеры. Применение.

17. Мутагенный эффект алкоголя.