Лекция: Загрязнения веществами, применяемыми в растениеводстве
Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу загрязнителей входят пестициды (бактериоциды, фунгициды, инсектициды, гербициды и др.), удобрения, регуляторы роста растений, средства против прорастания, средства, ускоряющие созревание плодов. Рассмотрим основные из них.
Пестициды.Пестициды — вещества различной химической природы, применяемые в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от сорняков, вредителей и болезней, т. е. химические средства защиты растений. Мировое производство пестицидов (в пересчете на активные вещества) составляет более 2 млн т в год, причем эта цифра непрерывно растет. В настоящее время в мировой практике используют около 10 тыс. наименований пестицидных препаратов на основе 1500
действующих веществ, которые относятся к различным химическим группам. Наиболее распространены следующие: хлорорганические, фосфорорганические, карбаматы (производные карбаминовой кислоты), ртутьорганические, синтетические пиретроиды и медьсодержащие фунгициды.
С гигиенических позиций принята следующая классификация пестицидов:
—по токсичности при однократном поступлении через желудочно-ки-
шечный тракт пестициды делятся на сильнодействующие ядовитые
вещества (ЛД50 до 50 мг/кг), высокотоксичные (ЛД50 от 50 до 200 мг/кг),
среднетоксичные (ЛД50 от 200 до 1000 мг/кг), малотоксичные (ЛД50
более 1000 мг/кг);
—по кумулятивным свойствам пестициды делятся на вещества, облада-
ющие сверхкумуляцией (коэффициент кумуляции1 меньше 1), выра-
женной кумуляцией (коэффициент кумуляции от 1 до 3), умеренной
кумуляцией (коэффициент кумуляции от 3 до 5), слабовыраженной
кумуляцией (коэффициент кумуляции больше 5);
—по стойкости пестициды делятся на очень стойкие (время разложения
на нетоксичные компоненты свыше 2 лет), стойкие (от 0,5 до 1 года),
умеренно стойкие (от 1 до 6 месяцев), малостойкие (1 месяц).
Нарушения гигиенических норм хранения, транспортировки и применения пестицидов, низкая культура работы с ними приводят к их накоплению в кормах, продовольственном сырье и пищевых продуктах, а способность аккумулироваться и передаваться по пищевым цепям — к их широкому распространению и негативному влиянию на здоровье человека. Применение пестицидов и их роль в борьбе с различными вредителями в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, их влиянии на окружающую среду и здоровье человека вызывают неоднозначные оценки различных специалистов.
Интересна судьба открытого в 1939 г. швейцарцем Паулем Мюллером инсектицида [2,2,2-трихлор-1,1-бис(пара-хлорфенил)этана], — (С1С6Н4)2СНСС13, известного как ДДТ. Препарат токсичен, ЛД50 — 200 мг/кг, ПДК в воздухе — 0,1 мг/м3, ПДК в воде — 0,1 мг/л; допустимые остатки в почве — 1,0 мг/кг, в овощах и фруктах — 0,5 мг/кг, в других продуктах не допускается.
ДДТ сыграл огромную роль в борьбе с малярией, и в 1948 г. Пауль Мюллер был удостоин Нобелевской премии в области медицины за свое открытие. Однако уже начиная с 1950 г. начали поступать сообщения о токсических свойствах ДДТ и реальной угрозе с его стороны для здоро-
1 Коэффициент кумуляции — отношение суммарной дозы препарата при многократном введении к дозе, вызывающей гибель животного при однократном введении.
вья человека. Благодаря своей стойкости и летучести (период обращения вокруг Земли составлял всего 3-4 недели), ДДТ оказался одним из первых глобальных загрязнителей. Он был обнаружен на всех континентах, в том числе и в Антарктиде. Его способность аккумулироваться и передаваться по пищевым цепям привела к тому, что он был обнаружен в жировом слое пингвинов и в грудном молоке женщин. Все это способствовало тому, что уже в 60-х гг. в большинстве стран препарат был запрещен (в СССР с 1970 г.).
В настоящее время споры о применении или же полном запрете пестицидов продолжаются. Ученые разных областей науки (химики, аграрии, медики) — каждый со своих позиций, приводят убедительные доводы как за, так и против. Очевидно, что лишь общие усилия помогут найти правильное решение этой сложнейшей проблемы.
С 1986 г. в нашей стране действует автоматизированный мониторинг, обеспечивающий информацию об уровнях пестицидов и других хлорорга-нических соединений в продуктах питания. В частности, при мониторинге определяются остаточные количества 154 пестицидов, относящиеся к 45 группам в 262 видах пищевых продуктах, принадлежащих к 23 классам. Результаты мониторинга последних лет показывают возрастание общего содержания пестицидов в продуктах растительного и животного происхождения. Особенно это касается таких продуктов, как картофель, репчатый лук, капуста, помидоры, огурцы, морковь, свекла, яблоки, виноград, пшеница, ячмень, рыба прудов и водохранилищ, молоко. В них обнаруживается наиболее широкий спектр пестицидов. Причем повышение допустимого уровня содержания пестицидов в 5 и более раз следует понимать как экстремальное загрязнение, а оно наблюдается, к сожалению, в широком ассортименте продуктов питания.
Данные мониторинга свидетельствуют о реальной опасности комбинированного воздействия на организм человека множества высоко токсичных пестицидов; позволяют оценить степень такой нагрузки и определить необходимость первоочередных мер по испытанию и профилактике.
Очевидно, что полностью отказаться от применения пестицидов невозможно, поэтому очень важен контроль за производством и применением пестицидов со стороны различных ведомств и организаций, а также информация населения о неблагоприятном воздействии этих соединений на организм человека. Однако в решении проблемы, связанной с негативным влиянием пестицидов на организм человека, существуют свои объективные трудности. Пестициды, поступающие в организм с пищевыми продуктами, подвергаются биотрансформации, и это затрудняет их обнаружение и осложняет раскрытие механизмов воздействия на человека. Кроме того, промежуточные продукты биотрансформации
ксенобиотиков бывают более токсичны, чем первоначальный ксенобиотик, и, в связи с этим, огромное значение приобретает опасность отдаленных последствий.
Нитраты, нитриты, нитрозамины.Нитраты широко распространены в природе, они являются нормальными метаболитами любого живого организма, как растительного, так и животного, даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов.
Почему же говорят об опасности нитратов? При потреблении в повышенном количестве нитраты (NO3 -) в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (NO2-). Механизм токсического действия нитритов в организме заключается в их взаимодействии с гемоглобином крови и в образовании метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород. 1 мг нитрита натрия (NaNO2) может перевести в метгемоглобин около 2000 мг гемоглобина.
Согласно данным ФАО/ВОЗ, ДСД нитрита составляет 0,2 мг/кг массы тела, исключая грудных детей. Острая интоксикация отмечается при одноразовой дозе с 200-300 мг, летальный исход при 300-2500 мг. Токсичность нитритов будет зависеть от пищевого рациона, индивидуальных особенностей организма, в частности от активности фермента мет-гемоглобинредуктазы, способного восстанавливать метгемоглобин в гемоглобин. Хроническое воздействие нитритов приводит к снижению в организме витаминов А, Е, С, В,, В6, что в свою очередь сказывается на снижении устойчивости организма к воздействию различных негативных факторов, в том числе и онкогенных. Нитраты, как отмечалось выше, сами по себе не обладают выраженной токсичностью, однако одноразовый прием 1—4 г нитратов вызывает у людей острое отравление, а доза 8-14 г может оказаться смертельной. ДСД, в пересчете на нитрат ион, составляет 5 мг/кг массы тела, ПДК нитратов в питьевой воде — 45 мг/л.
Кроме того, из нитритов в присутствии различных аминов могут образовываться N-нитрозамины.
В зависимости от природы радикала могут образовываться разнообразные нитрозоамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мута-
генным, тератогенным действием, причем канцерогенное действие этих соединений определяющее.
Нитрозоамины могут образовываться в окружающей среде, так, с суточным рационом человек получает примерно 1 мкг нитрозосоеди-нений, с питьевой водой — 0,01 мкг, с вдыхаемым воздухом — 0,3 мкг, но эти значения могут значительно колебаться в зависимости от степени загрязнения окружающей среды. В результате технологической обработки сырья, полуфабрикатов (интенсивная термическая обработка, копчение, соление, длительное хранение и т. п.), образуется широкий спектр нитрозосоединений. Кроме этого, нитрозоамины образуются в организме человека в результате эндогенного синтеза из предшественников (нитраты, нитриты).
Наибольшее распространение получили такие нитрозосоедине-ния как N-нитрозодиметиламин (НДМА), N-нитрозодиэтиламин (НДЭА), N-нитрозодипропиламин (НДПА), N-нитрозодибутиламин (НДБА), N-нитрозопиперидин (НПиП), N-нитрозопирролидин (НПиР).
Основными источниками поступления нитратов и нитритов в организм человека являются, в первую очередь, растительные продукты. И поскольку нитраты, как отмечалось выше, являются нормальным продуктом обмена азота в растениях, нетрудно предположить, что их содержание зависит от следующих факторов:
—индивидуальные особенности растений; существуют так называемые
«растения накопители нитратов», это, в первую очередь, листовые ово-
щи, а также корнеплоды, например свекла и др.;
—степень зрелости плодов; недозрелые овощи, картофель, а также ово-
щи ранних сроков созревания могут содержать нитратов больше, чем
достигшие нормальной уборочной зрелости;
—возрастающее и часто бесконтрольное применение азотистых удобре-
ний (имеется в виду неправильная дозировка и сроки внесения удоб-
рений);
—использование некоторых гербицидов, например 2,4-D (дихлор-
феноксиуксусная кислота), и дефицит молибдена в почве наруша-
ют обмен веществ в растениях, что приводит к накоплению нит-
ратов.
Помимо растений, источниками нитратов и нитритов для человека являются мясные продукты, а также колбасы, рыба, сыры, в которые добавляют нитрит натрия или калия в качестве пищевой добавки — как консервант или для сохранения привычной окраски мясопродуктов, т. к. образующийся при этом NO-миоглобин сохраняет красную окраску даже после тепловой денатурации, что существенно улучшает внешний вид и товарные качества мясопродуктов.
Ниже представлены данные института питания РАМН [Рыбальский М. Г., Савицкий А. И. и др., 1994] по содержанию нитратов (мг/кг) в продовольственном сырье и пищевых продуктах:
Овощи Соки консервированные:
Свекла… 39-7771 плодово-ягодные… 0-56
Репа… 82-5429 плодово-овощные… 29-64
овощные… 10—108
Редис… 41-4527
Редька… 98-2731 Фрукты и ягоды
Капуста свежая:… Яблоки… 2,7-55,0
ранняя… 509-1010 Груши… 1,5-6,5
поздняя… 14—3467 Слива… 2,5—3,1
Картофель… 4-1218 Хурма… 2,9-4,3
Морковь… 15-900 Облепиха… 1,9-2,5
Огурцы: Клюква… 2,5-3,3
закрытый грунт… 67-765 Черника… 2,6-4,0
открытый грунт… 48-258 Брусника… 3,1-4,5
Кабачки… 291-672Рябина черноплодная… 2,6-3,0
Перец сладкий… 10—517
Томаты… 3-365 Молочные продукты
Баклажаны… 42-284 Молоко
пастеризованное… 1,1—14,0
Капуста квашеная… 46—320
Кисломолочные
Огурцы соленые… 83-120 продукты… 0,5-6,0
Лук репчатый… 0-150 Творожные изделия… 1,5-6,5
Укроп… 30-4074 Молокосухое>цельное… 1,0-35
Петрушка… 388-2022 Сыры… 15_20
Лук перо… 71-1486
Сельдереи… 701-968Мясные продукты
Шпинат ………………… 621-241
Кинза… 520-1240 Говядина свежая ………….0-4,0
Щавель …………………… 53-875Сосиски… 2,5-3,9
Дыня ……………………… 3-120 Колбаса «Докторская»… 2,4-5,8
Арбуз… 6-94 Свинина …………………1,4-5,4
Тыква… 14-410 Мясо куриное …………… 2,1—4,0
Рыба свежая:
речная… 3—43
морская… 14-21
Зерно:
мягкой пшеницы… 1,2—15
твердой пшеницы… 1,1-8,4 Макароны… 1,5-7,7
Мука пшеничная… 2,5—19,0 Хлеб:
свежий… 1,9-6,7
Консервы овощемясные… 47-320 высушенный… 0,9-8,1
Для предотвращения образования N-нитрозосоединений в организме человека реально лишь снизить содержание нитратов и нитритов, т. к. спектр нитрозируемых аминов и амидов слишком обширен. Существенное снижение синтеза нитрозосоединений может быть достигнуто путем добавления к пищевым продуктам аскорбиновой или изоаскорбиновой кислоты или их натриевых солей.
Регуляторы роста растений.Регуляторы роста растений (РРР) — это соединения различной химической природы, оказывающие влияние на процессы роста и развития растений и применяемые в сельском хозяйстве с целью увеличения урожайности, улучшения качества растениеводческой продукции, облегчения уборки урожая, а в некоторых случаях для увеличения сроков хранения растительных продуктов.
К этой группе можно отнести и некоторые гербициды (например, 2,4-D), которые в зависимости от концентрации могут проявлять и стимулирующее действие.
Регуляторы роста растений можно разделить на две группы: природные и синтетические.
Природные РРР — это естественные компоненты растительных организмов, которые выполняют функцию фитогормонов: ауксины, гиберрелины, цитокинины, абсциссовая кислота, эндогенный этилен и др. В процессе эволюции в организме человека выработались соответствующие механизмы биотрансформации, и поэтому природные РРР не представляют какой-либо опасности для организма человека.
Синтетические РРР — это соединения, являющиеся с физиологической точки зрения аналогами эндогенных фитогормонов, либо соединения, способные влиять на гормональный статус растений. Их получают химическим или микробиологическим путем. Наиболее важные РРР, выпускаемые промышленно под различными коммерческими названиями, в своей основе являются производными арил- или арилокси-алифатических карбоновых кислот, индола, пиримидина, пиридазина, пирадола. Например, широко используются препараты — производные сульфанилмочевины.
Синтетические РРР, в отличие от природных, оказывают негативное влияние на организм человека как ксенобиотики. Однако степень опасности большинства РРР до конца не изучена, предполагается возможность их отрицательного влияния на внутриклеточный обмен за счет образования токсичных промежуточных соединений. Кроме того, некоторые синтетические РРР сами могут проявлять токсические свойства. Они обладают повышенной стойкостью в окружающей среде и сельскохозяйственной продукции, где обнаруживаются в остаточных количествах. Это, в свою очередь, увеличивает их потенциальную опасность для здоровья человека.