Нитрозосоединения

Большое внимание уделяется нитратам и нитритам еще и потому, что они при определенных условиях превращаются в организме человека в N-нитрозосоединения (НС), обладающие канцерогенными, мутагенными, тератогенными и эмбриотоксическими свойствами.

Важность НС как объекта токсикологии стала очевидной в 1950-е годы, когда было показано, что ниметилнитрозамин – промышленный растворитель – способен вызывать повреждение печени у работников. Были зарегистрированы множественные случаи отравления животных, в частности овец, пищей, содержащей большое количество НС. Вскоре были получены доказательства, что НС являются мощными канцерогенами для животных: 90 % из 300 изученных соединений проявляли канцерогенные свойства. Все протестированные виды, включая лабораторных животных и обезьян, оказались восприимчивыми к НС, что явилось предпосылкой для тщательного изучения последних.

Все N-нитрозосоединения имеют нитрозогруппу, к которой могут присоединяться различные радикалы: алкильный, арильный, ациклический и др., включая эфирные, ароматические, амидогруппы и т.д.

N-нитрозосоединения – твердые вещества или жидкости, обладающие высокой реакционной способностью. Они хорошо растворимы в органических растворителях и умеренно в воде, отличаются высокой летучестью, относительно стабильны и способны находиться длительное время в окружающей среде без существенных изменений. НС используются в различных отраслях промышленности, представлены во множестве потребительских товаров (напитки, косметика, табачные изделия).

Наиболее распространены:

• N-нитрозодиметиламин (НДМА),

• N-нитрозодиэтиламин (НДЭА),

• N-нитрозодипропиламин (НДПА),

• N-нитрозодибутиламин (НДБА),

• N-нитрозопиперидин (НПиП),

• N-нитрозопирролидин (НПиР).

Канцерогенное действие этих соединений является определяющим и зависит от дозы и времени их влияния на организм, следует учитывать кумулятивный эффект НС.

Для предотвращения образования в организме человека N-нитрозосоединений следует полностью исключить из пищевых продуктов амины и амиды, а также приводящие к их возникновению нитраты и нитриты. К сожалению, реально возможно лишь снижение содержания нитратов и нитритов в пищевом сырье и продуктах питания.

Нитрозирование протекает при рН 2…3, а в присутствии катализаторов – и при более низком значении рН, которое, как правило, поддерживается в желудке человека. Такими катализаторами являются ионы галогенов, тиоцианат (роданид). В желудке нитраты взаимодействуют с нитратами, содержащимися, например, в мясе, с образованием нитрозаминов и нитрозамидов. У людей с пониженной кислотностью желудочного сока образуется большое количество нитрозаминов, чаще вызывая развитие рака желудка.

Однако нитрозамины образуются не только в желудочно-кишечном тракте, но и вне живого организма. Доказано их наличие в различном сырье и продуктах питания, в воздухе.

С суточным рационом человек получает ориентировочно 1 мкг НС, с питьевой водой – 0,01 мкг, с вдыхаемым воздухом – 0,3 мкг. Содержание N-нитрозосоединений в пищевых продуктах представлено в табл. 9.

Содержание N-нитрозосоединений в растениеводческой продукции изменяется в зависимости от степени загрязнения окружающей среды. Однако половину всех N-нитрозосоединений человек получает с солено-копчеными мясными и рыбными продуктами (табл. 10, 11). Увеличение продолжительности хранения продуктов питания приводит к увеличению содержания нитрозаминов. Например, на 30-е сутки хранения наблюдается превышение гигиенических норм содержания нитрозаминов в мясной варено-копченой продукции на 30…40 %.

При исследовании пищевых продуктов, употребляемых человеком, НС были выявлены в колбасе копченой, жареном беконе, ветчине, копченой сельди, сыре, молоке, муке, пшенице, грибах. По частоте их обнаружения на первое место можно поставить рыбопродукты, мясные изделия, солод и пиво – до 100 %; в молочных продуктах, напитках, соках, растительной продукции она достигает 71…81 %. Наиболее благополучными в этом отношении оказались свежее мясо, мясные и рыбные консервы.

Таблица 9

Содержание N-нитрозосоединений в пищевых продуктах

Продукты	Содержание, мкг/кг	Продукты	Содержание, мкг/кг
Овощи свежие Овощи вареные Редька черная Свекла свежая Свекла хранившаяся Шпинат хранившийся Консервы овощные разные Соленья овощные Фрукты консервированные Фрукты свежие Говядина и свинина Колбасы: ливерная вареные полукопченые копченые Сосиски Бекон жареный Консервы баночные мясн.: свинина тушеная говядина тушеная Бобы соевые	0 0 1 1,5 5,9 20 1,0…4,4 5,0…63 2 0,8 0 8,8 1,7…8,3 9,7…18,9 13…14 81 249 2,5 1…3 6	Масло растительное Маргарин Пиво разное Вина разные Молоко, сливки свежие Молоко сухое Кисломолочные продукты Творог Сыры разные Сырки плавленые Зерно, мука разная Рыба свежемороженая Рыба жареная разная Рыба горячего копчения Сельдь соленая Рыба солено-вяленая Рыба сушеная Икра черная Консервы баночные рыбные: в томатном соусе в масле	50 14 1,0…68 0…9 0 0,7 0 0 0…6,3 0…4,4 0 12…15 1,5…42 3,5…12,5 400 131 18,5 10 6…26 7…31

Таблица 10

Допустимые уровни содержания N-нитрозаминов

в продовольственном сырье и пищевых продуктах

(суммарное содержание НДМА и НДЭА)

Группа продуктов	мг/кг, не более
Мясо и мясные продукты (кроме копченых) Копченые мясные продукты Рыба и рыбопродукты Зерновые, зернобобовые, крупы, мука, хлебобулочные и макаронные изделия Пивоваренный солод Пиво, вино, водка, другие спиртные напитки	0,002 0,004 0,003 0,002 0,015 0,003

Таблица 11

Временные гигиенические нормативы для НПиП

Группа продуктов	мг/кг, не более
Мясо, вареные колбасные изделия, мясные консервы Копченые и солено-вяленые мясные продукты Рыбные продукты	0,001 0,003 0,003

Концентрация НС в продуктах питания существенно различается. Самое высокое содержание НС было обнаружено в солонине и ветчине, значительное количество – в высокобелковых, кулинарно обработанных рыбных и мясных продуктах. В больших количествах нитрозамины обнаруживаются в полукопченых колбасах, некоторых видах вареных, а также в сырокопченых колбасных изделиях. Это связано с использованием при копчении дыма, в состав которого входят окислы азота, что способствует синтезу нитрозаминов в продуктах. Так, в копченой рыбе нитрозаминов выявлено больше, чем в свежей. При анализе продуктов из свинины наибольшее количество НС было установлено в корейках, особенно в сырокопченых, окороках и шкварках.

В свежей рыбе нитрозаминов мало, но их количество возрастает при заражении рыб личинками описторхов. Содержание НДМА у свежей рыбы составляет около 2 мкг/кг; у мороженой рыбы оно выше и особенно возрастает при хранении, но практически не растет при добавке антиокислителей: ионола, аскорбиновой кислоты, смеси витаминов, аминокислот. При переработке рыбы, в частности при кончении, содержание нитрозаминов увеличивается: у копченой рыбы НДМА 23 мкг/кг и НДЭА 10,6 мкг/кг. При обработке рыбы коптильной жидкостью содержание нитрозаминов уменьшается. В рыбных консервах нитрозаминов мало (НДМА + НДЭА не более 2 мкг/кг). При хранении консервов в течение 2 лет их содержание увеличивается незначительно.

Содержание НС в отечественных продуктах питания находится на более низком уровне по сравнению с импортными. Например, сосиски отечественного производства содержат 8,3 мкг/кг нитрозосоединений, а импортные – 181,0 мкг/кг.

Нитрозамины в больших количествах образуются в процессе обработки табака и во время курения путем N-нитрозации вторичных и третичных аминов, поскольку некоторые сорта табака содержат до 500 мг нитратов на 100 г сухого вещества. В табачном дыме содержатся летучие, нелетучие и табакспецифичные N-нитрозамины (ТСНА). Они образуются из никотина и других алкалоидов табака, содержащихся в небольшом количестве. Из всех видов нитрозаминов в табачном дыме содержится больше всего ТСНА. Примерно 25…45 % всего количества содержащихся в сигаретном дыме ТСНА переходит туда из табака, а остальная часть образуется посредством пиросинтеза во время курения. Наиболее важным единичным фактором, влияющим на количество выделяемых с сигаретным дымом нитрозаминов при курении, является уровень содержания нитрата в табаке, поэтому дым от курения высушенного на открытом воздухе табака значительно богаче нитрозаминами. Употребление сигарет, изготовленных из табачных смесей, в состав которых входят стебли и жилки листа, т.е. содержащие наибольшее количество нитрата части, может значительно повысить уровень НС в сигаретном дыме.

При вдыхании дыма от одной сигареты в организм поступает до 600 мкг окислов азота и до 2 мг никотина. Образующиеся из никотина N-нитрозамины – N^’-нитрозонорникотин (ННН) и 4-[метилнитрозамино]-1-[3-пиридил]-1-бутанон (НМПБ) – самые сильные из содержащихся в табачном дыме канцерогенов, вызывающие возникновение карциномы у лабораторных животных (мышей, крыс, сирийских золотых хомячков). Возможно, наиболее важным результатом наблюдений является то, что НМПБ вызывает развитие доброкачественных и злокачественных опухолей у лабораторных животных не только в области верхних дыхательных путей, но и в легких. Таким образом, никотин – это не только хорошо известный компонент табака, но и предшественник сильного канцерогена НМПБ.

Повышенному образованию нитрозаминов в организме человека может способствовать употребление таких лекарств, как анальгин, тетрациклин, теофедрин, анаприлин и некоторых других.

Среди нитрозосоединений выделяют два класса веществ с различными свойствами – нитрозамины и нитрозамиды. Около 80 % исследованных нитрозаминов и все нитрозамиды оказались канцерогенами и мутагенами, а в опытах на животных доказано еще тератогенное и эмбриотоксическое действие нитрозамидов. Отмечена определенная органоспецифичность опухолей, вызываемых этими соединениями: нитрозамины чаще всего приводят к раку печени, пищевода, дыхательной системы, почек, а нитрозамиды – к раку периферической и центральной нервной системы, органов пищеварительного тракта. В экспериментах на животных показано, что имеется прямая связь между возникновением опухолей и количеством поступивших в организм НС, причем низкие однократные дозы при их повторном поступлении суммируются и становятся опасными. Кроме того, эти вещества разрушают витамины А и группы В, нарушают функцию щитовидной железы.

В табл. 12 приведены данные о токсичности N-нитрозаминов.

НС вызывают необратимые изменения ДНК – мутации. Конечно, не все мутации приводят к развитию рака. Например, доказано, что N-нитрозометилмочевина и N-нитрозоэтилмочевина оказывают на ДНК действие, приводящее к аномалиям и порокам развития живого организма: недоразвитию конечностей, в ряде случаев слабому развитию центральных органов.

Мутации в генах, контролирующих репродуктивные механизмы клетки, служат примером изменений, с которых начинается злокачественное перерождение. Эту первую стадию канцерогенеза называют инициацией.

Вторая стадия – пренеоплазия или предраковый процесс – представляет собой латентный период. До настоящего времени неизвестно, что происходит во время этого долгого, внешне спокойного периода, но есть данные о том, что многие клетки возвращаются в нормальное состояние, Возможно, что в этой регенерации ДНК поврежденных клеток участвуют витамины и ряд ферментов.

Таблица 12

Токсичность некоторых N-нитрозаминов

Название	Формула	Молекуляр-ная масса, М	ЛД50 для крыс при введении в желудок, г/кг
N-нитрозодиметиламин	(CH3)2N-NO	74,08	0,04
N-нитрозометилэтиламин	CH3(C2H5)2N-NO	88,11	0,09
N-нитрозодиэтиламин	(C2H5)2N-NO	102,14	0,28
N-нитрозодипропиламин	(C3H7)2N-NO	130,19	0,48
N-нитрозоэтилбутиламин	C2H5(C4H9)N-NO	130,11	0,38
N-нитрозодибутиламин	(C4H9)2N-NO	158,25	1,2
N-нитрозо-N-метил- циклогексиламин	CH3(C6H11)N-NO	142,20	0,08 самцы 0,18 самки
N-нитрозодиэтаноламин	(HOCH2CH2)2N-NO	194,10	7,5
N’,N’-динитрозо-N,N’- диметилэтилендиамин	[CH2N(CH3)NO]2	118,14	0,13
N-нитрозометилмочевина	CH3(NO)NCONH2	103,08	0,11
N-нитрозометилуретан	CH3(NO)NCOOC2H5	132,12	0,24
N-нитрозометилбензил- амин	CH3(C6H5CH2)N-NO	150,18	0,018
N,N’-динитрозо-N,N’- дибутилфенилендиамин	ON(C4H9)NC6H4N(C4H9)NO	278,36	2,6
N-нитрозодифениламин	(C6H5)2N-NO	198,23	3,9 (мыши)
N-нитрозопирролидин	C6H8N-NO	100,13	0,9
N-нитрозопиперидин	(CH2)5N-NO	114,15	0,2
N-нитрозоморфолин	O(CH2CH2)2N-NO	116,12	0,32

Клетки, у которых ДНК не возвратилась в нормальное состояние, переходят к третьей стадии – опухолевой трансформации. У них появляются признаки раковых клеток, они начинают интенсивно делиться.

Много исследований направлено на поиск веществ, способствующих нормализации состояния клеток в предраковый период и устраняющих действие канцерогена.

Некоторые вещества, не являющиеся канцерогенами, способны вызывать развитие рака при сочетании с другими веществами, получившими название промоторов. Промоторы активизируют раковый процесс в клетках, находящихся в латентной стадии. Синтетические заменители сахара – сахарин и цикламат натрия – представляют собой такие промоторы.

Канцерогенное действие НС усиливают вещества, называемые коканцерогенами. Так, экспериментально показано, что при одновременном введении в рацион хомяков диэтилнитрозамина и полициклических углеводородов наблюдалось интенсивное опухолеобразование. При раздельном применении этих соединений в такой концентрации образование опухолей было медленным или не наблюдалось вовсе.

Установлено, что реакция нитрозирования в организме человека подавляется L-аскорбиновой кислотой, токоферолами (витамин Е), полифенолами, танином, пектиновыми веществами. Отсюда следует, что постоянное потребление витамина С снижает риск заболевания раком благодаря подавлению образования канцерогенных нитрозаминов: при соотношении витамина С к нитратам 2:1 и более нитрозамины не образуются. Кроме того, поступление в организм клетчатки и пектиновых веществ подавляет всасывание нитрозаминов в толстой кишке.

Таким образом, нельзя недооценивать опасность воздействия НС на организм человека, поэтому необходимо минимизировать эндогенное образование этих соединений в пищеварительном тракте. Одним из важнейших мероприятий в этом направлении является уменьшение содержания нитратов и нитритов в продуктах питания.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

БИОДЕГРАДАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ

Ксенобиотики – чужеродные для организмов соединения (пестициды, ПАВ, красители, лекарственные вещества и пр.), которые практически не включаются в элементные циклы углерода, азота, серы или фосфора.

Метаболизм ксенобиотиков в организме

Биотрансформация – энзиматическое (ферментативное) пре­образование молекул. Биологический смысл биотрансформации – превращение химического вещества в форму, удобную для выведения из организма, и тем самым, сокращение времени его действия. Многие ксенобиотики, попав в организм, подвергаются биотрансформации и выделяются в виде метаболитов.

Метаболическая детоксикация – это процесс утраты токсикантом токсичности в результате биотрансформации.

В метаболизме ксенобиотиков участвуют около 30 ферментов.

Метаболизм ксенобиотиков проходит в две фазы.

I фаза – в результате окислительно-восстановительного или гидролитического превращения молекула ксенобиотика обогащается полярными функциональными группами. Образуются реакционно-способные промежуточные продукты метаболизма, более растворимые в воде.

II фаза – проходят синтетические процессы конъюгации промежуточных продуктов метаболизма с эндогенными молекулами, в результате чего образуются полярные соединения, которые выводятся из организма с помощью специальных механизмов экскреции.

Разнообразие каталитических свойств ферментов биотрансформации и их низкая субстратная специфичность позволяет организму метаболизировать вещества самого разного строения. Следствием химической модификации молекулы ксенобиотика могут стать:

1) ослабление токсичности;

2) усиление токсичности;

3) изменение характера токсического действия;

4) инициация токсического процесса.