Между людьми часто существуют большие различия в интенсивности реакции на токсичные химические вещества и различия в восприимчивости человека на протяжении всей жизни. Это может быть связано с рядом факторов, способных влиять на скорость всасывания, распределение в организме, биотрансформацию и/или скорость экскреции конкретного химического вещества. Помимо известных наследственных факторов, связь которых с повышенной восприимчивостью человека к токсичности химических веществ явно доказана (см. «Генетические детерминанты токсического ответа»), к другим факторам относятся: конституциональные характеристики, связанные с возрастом и полом; ранее существовавшие болезненные состояния или снижение функции органов (ненаследственное, т.е. приобретенное); пищевые привычки, курение, употребление алкоголя и прием лекарств; сопутствующее воздействие биотоксинов (различных микроорганизмов) и физических факторов (радиация, влажность, экстремально низкие или высокие температуры или барометрическое давление, особенно характерное для парциального давления газа), а также сопутствующие физические нагрузки или психологические стрессовые ситуации; предыдущее профессиональное и / или экологическое воздействие определенного химического вещества и, в частности, сопутствующее воздействие других химических веществ, не обязательно токсичные (например, эссенциальные металлы). Возможный вклад вышеупомянутых факторов в повышение или снижение восприимчивости к неблагоприятным последствиям для здоровья, а также механизмы их действия специфичны для конкретного химического вещества. Поэтому здесь будут представлены только наиболее распространенные факторы, основные механизмы и несколько характерных примеров, в то время как конкретную информацию о каждом конкретном химическом веществе можно найти в другом месте этой книги. Энциклопедия.
В зависимости от стадии, на которой действуют эти факторы (поглощение, распределение, биотрансформация или выделение того или иного химического вещества), механизмы можно грубо классифицировать по двум основным последствиям взаимодействия: (1) изменение количества химического вещества в орган-мишень, то есть в месте(ах) его воздействия на организм (токсикокинетические взаимодействия), или (2) изменение интенсивности специфического ответа на количество химического вещества в органе-мишени (токсикодинамические взаимодействия) . Наиболее распространенные механизмы любого типа взаимодействия связаны с конкуренцией с другими химическими веществами за связывание с теми же соединениями, участвующими в их транспорте в организме (например, со специфическими белками сыворотки) и/или с одним и тем же путем биотрансформации (например, специфические ферменты), что приводит к изменению скорости или последовательности между начальной реакцией и конечным неблагоприятным воздействием на здоровье. Однако как токсикокинетические, так и токсикодинамические взаимодействия могут влиять на индивидуальную восприимчивость к конкретному химическому веществу. Влияние нескольких сопутствующих факторов может привести либо к: аддитивные эффекты- интенсивность комбинированного эффекта равна сумме эффектов, производимых каждым фактором в отдельности, (б) синергетические эффекты- интенсивность комбинированного эффекта больше, чем сумма эффектов, производимых каждым фактором в отдельности, или (c) антагонистические эффекты- интенсивность комбинированного воздействия меньше, чем сумма эффектов, производимых каждым фактором в отдельности.
Количество конкретного токсического химического вещества или характерного метаболита в месте (местах) его воздействия на организм человека можно более или менее оценить с помощью биологического мониторинга, то есть путем выбора правильного биологического образца и оптимальных учитывать биологические периоды полураспада конкретного химического вещества как в критическом органе, так и в измеряемом биологическом компартменте. Однако достоверная информация о других возможных факторах, которые могут влиять на индивидуальную восприимчивость человека, как правило, отсутствует, и, следовательно, большая часть знаний о влиянии различных факторов основана на экспериментальных данных на животных.
Следует подчеркнуть, что в некоторых случаях между людьми и другими млекопитающими существуют относительно большие различия в интенсивности реакции на эквивалентный уровень и/или продолжительность воздействия многих токсичных химических веществ; например, люди, по-видимому, значительно более чувствительны к неблагоприятному воздействию на здоровье некоторых токсичных металлов, чем крысы (обычно используемые в экспериментальных исследованиях на животных). Некоторые из этих различий можно объяснить тем фактом, что пути транспортировки, распределения и биотрансформации различных химических веществ в значительной степени зависят от тонких изменений рН ткани и окислительно-восстановительного равновесия в организме (как и активность различных ферментов), и что окислительно-восстановительная система человека значительно отличается от крысиной.
Это, очевидно, относится к важным антиоксидантам, таким как витамин С и глутатион (GSH), которые необходимы для поддержания окислительно-восстановительного равновесия и играют защитную роль от неблагоприятного воздействия свободных радикалов, полученных из кислорода или ксенобиотиков, которые участвуют в различных патологических состояний (Kehrer 1993). Люди не могут самостоятельно синтезировать витамин С, в отличие от крыс, и уровни, а также скорость оборота эритроцитарного GSH у людей значительно ниже, чем у крыс. У людей также отсутствуют некоторые защитные антиоксидантные ферменты по сравнению с крысами или другими млекопитающими (например, считается, что GSH-пероксидаза малоактивна в сперме человека). Эти примеры иллюстрируют потенциально большую уязвимость к окислительному стрессу у людей (особенно в чувствительных клетках, например, явно большая уязвимость сперматозоидов человека к токсическим воздействиям, чем у крыс), что может привести к другой реакции или большей восприимчивости к влиянию различных факторов у человека по сравнению с другими млекопитающими (Telišman 1995).
Влияние возраста
По сравнению со взрослыми очень маленькие дети часто более восприимчивы к химической токсичности из-за их относительно больших объемов вдыхания и скорости всасывания в желудочно-кишечном тракте из-за большей проницаемости кишечного эпителия, а также из-за незрелых ферментных систем детоксикации и относительно меньшей скорости экскреции токсичных химических веществ. . Центральная нервная система оказывается особенно восприимчивой на ранней стадии развития к нейротоксичности различных химических веществ, например свинца и метилртути. С другой стороны, пожилые люди могут быть восприимчивы из-за химического воздействия в анамнезе и повышенных запасов некоторых ксенобиотиков в организме или ранее существовавшего нарушения функции органов-мишеней и/или соответствующих ферментов, что приводит к снижению скорости детоксикации и экскреции. Каждый из этих факторов может способствовать ослаблению защитных сил организма — уменьшению резервных возможностей, вызывая повышенную восприимчивость к последующему воздействию других опасностей. Например, ферменты цитохрома Р450 (участвующие в путях биотрансформации почти всех токсичных химических веществ) могут быть либо индуцированы, либо иметь пониженную активность из-за влияния различных факторов в течение жизни (включая пищевые привычки, курение, употребление алкоголя, прием лекарств и т. воздействие ксенобиотиков окружающей среды).
Влияние секса
Гендерные различия в восприимчивости были описаны для большого количества токсичных химических веществ (приблизительно 200), и такие различия обнаружены у многих видов млекопитающих. Похоже, что мужчины, как правило, более восприимчивы к почечным токсинам, а женщины — к токсинам печени. Причины различной реакции между мужчинами и женщинами были связаны с различиями в различных физиологических процессах (например, женщины способны к дополнительному выделению некоторых токсичных химических веществ через менструальную кровопотерю, грудное молоко и/или попадание в плод, но они испытывают дополнительный стресс во время беременности, родов и кормления грудью), активность ферментов, механизмы генетического восстановления, гормональные факторы или наличие относительно больших жировых отложений у женщин, что приводит к большему накоплению некоторых липофильных токсичных химических веществ, таких как органические растворители и некоторые лекарства. .
Влияние пищевых привычек
Диетические привычки оказывают большое влияние на восприимчивость к химической токсичности, главным образом потому, что адекватное питание необходимо для функционирования системы химической защиты организма и поддержания хорошего здоровья. Адекватное потребление незаменимых металлов (включая металлоиды) и белков, особенно серосодержащих аминокислот, необходимо для биосинтеза различных ферментов детоксикации и обеспечения глицина и глутатиона для реакций конъюгации с эндогенными и экзогенными соединениями. Липиды, особенно фосфолипиды, и липотропы (доноры метильных групп) необходимы для синтеза биологических мембран. Углеводы обеспечивают энергию, необходимую для различных процессов детоксикации, и обеспечивают глюкуроновую кислоту для конъюгации токсичных химических веществ и их метаболитов. Селен (незаменимый металлоид), глутатион и витамины, такие как витамин С (водорастворимый), витамин Е и витамин А (жирорастворимый), играют важную роль в качестве антиоксидантов (например, в контроле перекисного окисления липидов и поддержании целостности клеточных мембран). и поглотители свободных радикалов для защиты от токсичных химических веществ. Кроме того, различные пищевые компоненты (содержание белка и клетчатки, минералы, фосфаты, лимонная кислота и т. д.), а также количество потребляемой пищи могут сильно влиять на скорость всасывания в желудочно-кишечном тракте многих токсичных химических веществ (например, на среднюю скорость всасывания растворимых веществ). солей свинца, принимаемых во время еды, составляет примерно 60% по сравнению с примерно XNUMX% у испытуемых натощак). Однако сама диета может быть дополнительным источником индивидуального воздействия различных токсичных химических веществ (например, значительно повышенное ежедневное потребление и накопление мышьяка, ртути, кадмия и/или свинца у субъектов, потребляющих зараженные морепродукты).
Влияние курения
Привычка курить может влиять на индивидуальную восприимчивость ко многим токсичным химическим веществам из-за разнообразия возможных взаимодействий с участием большого количества соединений, присутствующих в сигаретном дыме (особенно полициклических ароматических углеводородов, монооксида углерода, бензола, никотина, акролеина, некоторых пестицидов, кадмия и т. , в меньшей степени свинец и другие токсичные металлы и др.), некоторые из которых способны накапливаться в организме человека в течение всей жизни, включая внутриутробный период (например, свинец и кадмий). Взаимодействия происходят главным образом потому, что различные токсичные химические вещества конкурируют за одни и те же сайты связывания для транспорта и распределения в организме и/или за один и тот же путь биотрансформации с участием определенных ферментов. Например, некоторые компоненты сигаретного дыма могут индуцировать ферменты цитохрома Р450, тогда как другие могут подавлять их активность и, таким образом, влиять на общие пути биотрансформации многих других токсичных химических веществ, таких как органические растворители и некоторые лекарства. Интенсивное курение сигарет в течение длительного периода может значительно снизить защитные механизмы организма, снижая резервные возможности справляться с неблагоприятным влиянием других факторов образа жизни.
Влияние алкоголя
Потребление алкоголя (этанола) может влиять на восприимчивость ко многим токсичным химическим веществам несколькими способами. Он может влиять на скорость всасывания и распределение определенных химических веществ в организме — например, повышать скорость всасывания свинца в желудочно-кишечном тракте или снижать скорость всасывания паров ртути в легких путем ингибирования окисления, необходимого для задержки вдыхаемых паров ртути. Этанол также может влиять на восприимчивость к различным химическим веществам за счет кратковременных изменений рН ткани и увеличения окислительно-восстановительного потенциала в результате метаболизма этанола, поскольку окисление этанола до ацетальдегида и окисление ацетальдегида до ацетата приводит к образованию эквивалента восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) и водород (Н+). Поскольку сродство как незаменимых, так и токсичных металлов и металлоидов к связыванию с различными соединениями и тканями зависит от pH и изменений окислительно-восстановительного потенциала (Telišman 1995), даже умеренное потребление этанола может привести к ряду последствий, таких как: 1) перераспределение длительно накопленного свинца в организме человека в пользу биологически активной фракции свинца; свинца на распределение в организме других незаменимых металлов и металлоидов, таких как кальций, железо, медь и селен, (2) увеличение экскреции цинка с мочой и так далее. Эффект возможных вышеупомянутых событий может быть усилен тем фактом, что алкогольные напитки могут содержать значительное количество свинца из сосудов или при переработке (Prpic-Majic et al., 3; Telišman et al., 1984; 1984).
Другой распространенной причиной изменений чувствительности, связанных с этанолом, является то, что многие токсичные химические вещества, например, различные органические растворители, имеют один и тот же путь биотрансформации с участием ферментов цитохрома Р450. В зависимости от интенсивности воздействия органических растворителей, а также количества и частоты употребления этанола (т. е. острого или хронического употребления алкоголя) этанол может либо снижать, либо увеличивать скорость биотрансформации различных органических растворителей и, таким образом, влиять на их токсичность (Sato 1991). .
Влияние лекарств
Распространенное использование различных лекарств может влиять на восприимчивость к токсическим химическим веществам, главным образом потому, что многие лекарства связываются с белками сыворотки и, таким образом, влияют на транспорт, распределение или скорость выведения различных токсичных химических веществ, или потому, что многие лекарства способны индуцировать соответствующие ферменты детоксикации или подавлять их активность. (например, ферменты цитохрома Р450), тем самым влияя на токсичность химических веществ с одним и тем же путем биотрансформации. Характерным для любого из механизмов является повышенная экскреция с мочой трихлоруксусной кислоты (метаболит некоторых хлорированных углеводородов) при применении салицилата, сульфонамида или фенилбутазона и повышенная гепато-нефротоксичность четыреххлористого углерода при применении фенобарбитала. Кроме того, некоторые лекарства содержат значительное количество потенциально токсичных химических веществ, например антациды, содержащие алюминий, или препараты, применяемые для терапевтического лечения гиперфосфатемии, возникающей при хронической почечной недостаточности.
Влияние сопутствующего воздействия других химических веществ
Изменения восприимчивости к неблагоприятным последствиям для здоровья при взаимодействии различных химических веществ (т. е. возможные аддитивные, синергические или антагонистические эффекты) изучались почти исключительно на экспериментальных животных, в основном на крысах. Соответствующие эпидемиологические и клинические исследования отсутствуют. Это вызывает особую озабоченность, учитывая относительно большую интенсивность реакции или разнообразие неблагоприятных последствий для здоровья человека от нескольких токсичных химических веществ по сравнению с крысами и другими млекопитающими. Помимо опубликованных данных в области фармакологии, большинство данных относится только к комбинациям двух различных химических веществ в определенных группах, таких как различные пестициды, органические растворители или незаменимые и/или токсичные металлы и металлоиды.
Совместное воздействие различных органических растворителей может приводить к различным аддитивным, синергическим или антагонистическим эффектам (в зависимости от комбинации определенных органических растворителей, их интенсивности и продолжительности воздействия), в основном за счет способности влиять на биотрансформацию друг друга (Sato 1991).
Другим характерным примером являются взаимодействия как незаменимых, так и/или токсичных металлов и металлоидов, так как они вовлечены в возможное влияние возраста (например, пожизненное накопление в организме свинца и кадмия из окружающей среды), пола (например, распространенный дефицит железа у женщин). ), пищевые привычки (например, повышенное потребление с пищей токсичных металлов и металлоидов и/или недостаточное потребление с пищей основных металлов и металлоидов), привычка к курению и употребление алкоголя (например, дополнительное воздействие кадмия, свинца и других токсичных металлов) и использование лекарств (например, однократная доза антацида может привести к 50-кратному увеличению среднего суточного потребления алюминия с пищей). Возможность различных аддитивных, синергических или антагонистических эффектов воздействия различных металлов и металлоидов на человека можно проиллюстрировать на основных примерах, относящихся к основным токсическим элементам (см. друг с другом (например, хорошо известный антагонистический эффект меди на скорость всасывания в желудочно-кишечном тракте, а также на метаболизм цинка и наоборот). Основной причиной всех этих взаимодействий является конкуренция различных металлов и металлоидов за один и тот же сайт связывания (особенно сульфгидрильную группу, -SH) в различных ферментах, металлопротеинах (особенно металлотионеине) и тканях (например, клеточных мембранах и органных барьерах). Эти взаимодействия могут играть важную роль в развитии ряда хронических заболеваний, опосредованных действием свободных радикалов и окислительного стресса (Telišman 1).
Таблица 1. Основные эффекты возможных множественных взаимодействий основных токсичных и/или эссенциальных металлов и металлоидов у млекопитающих
| Токсичный металл или металлоид | Основные эффекты взаимодействия с другим металлом или металлоидом |
| Алюминий (Al) | Снижает скорость всасывания Са и ухудшает метаболизм Са; дефицит Са в рационе увеличивает скорость всасывания Al. Нарушает обмен фосфатов. Данные о взаимодействиях с Fe, Zn и Cu неоднозначны (т. е. возможная роль другого металла как посредника). |
| Мышьяк (As) | Влияет на распределение Cu (повышение Cu в почках и снижение Cu в печени, сыворотке и моче). Нарушает метаболизм Fe (повышение Fe в печени с сопутствующим снижением гематокрита). Zn снижает скорость поглощения неорганического мышьяка и снижает его токсичность. Se снижает токсичность As и наоборот. |
| Кадмий (Cd) | Снижает скорость всасывания Са и ухудшает метаболизм Са; дефицит Ca в рационе увеличивает скорость поглощения Cd. Нарушает обмен фосфатов, т. е. увеличивает выведение фосфатов с мочой. Нарушает метаболизм Fe; дефицит Fe в рационе увеличивает скорость поглощения Cd. Влияет на распределение Zn; Zn снижает токсичность Cd, тогда как его влияние на скорость поглощения Cd неоднозначно. Se снижает токсичность Cd. Mn снижает токсичность Cd при низком уровне воздействия Cd. Данные о взаимодействии с Cu неоднозначны (т. е. возможная роль Zn или другого металла как посредника). Высокий уровень содержания Pb, Ni, Sr, Mg или Cr(III) в пище может снизить скорость поглощения Cd. |
| Меркурий (Hg) | Влияет на распределение Cu (увеличение Cu в печени). Zn снижает скорость поглощения неорганической ртути и снижает токсичность ртути. Se снижает токсичность Hg. Cd увеличивает концентрацию Hg в почках, но в то же время снижает токсичность Hg в почках (влияние Cd-индуцированного синтеза металлотионеина). |
| Свинец (Pb) | Нарушает метаболизм Са; дефицит Са в рационе увеличивает скорость поглощения неорганического Pb и увеличивает токсичность Pb. Нарушает метаболизм Fe; дефицит Fe в рационе увеличивает токсичность Pb, тогда как его влияние на скорость поглощения Pb неоднозначно. Нарушает метаболизм Zn и увеличивает экскрецию Zn с мочой; Недостаток Zn в рационе увеличивает скорость поглощения неорганического Pb и увеличивает токсичность Pb. Se снижает токсичность Pb. Данные о взаимодействии с Cu и Mg неоднозначны (т. е. возможная роль Zn или другого металла как посредника). |
Примечание. Данные в основном относятся к экспериментальным исследованиям на крысах, в то время как соответствующие клинические и эпидемиологические данные (особенно в отношении количественных зависимостей доза-реакция) обычно отсутствуют (Elsenhans et al., 1991; Fergusson, 1990; Telišman et al., 1993).