|
ТОКСИКОЛОГІЯ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН УДК 615.28 ВПЛИВ СИНТЕТИЧНИХ ДЕТЕРГЕНТІВ НА ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ РЕЧОВИНИ ОРГАНІЗМУІ.В. Мудрий, д.м.н., А.П. Гринько, к.х.н. Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя, Україна Синтетичні поверхнево-активні речовини (ПАР) або детергенти (від латинського слова detergere — очищати) є основною сировиною для виробництва синтетичних миючих засобів (СМЗ). ПАР одержують з продуктів переробки нафти. Вони являють собою органічні високомолекулярні сполуки, які знижують поверхневий натяг рідин та адсорбуються на межі розподілу фаз. Вищезазначене стосувалося першої групи ПАР — синтетичних. Але існує й інша їх група — це поверхнево-активні речовини біологічного походження, які утворюються в живих об'єктах і приймають участь у різноманітних функціях клітини і всього організму. Це ендогенні біологічні ПАР. До них слід віднести легеневі сурфактанти, ліпіди, фосфоліпіди, жирні кислоти та їх солі, інші біологічно активні речовини (стероїдні гормони, цереброзіди, кардіоліпін, тощо). Ендогенні ПАР — це речовини в більшості неіоногенного походження, які знаходяться в шкірі, слизових оболонках, жовчі та її компонентах, на поверхні легенів. Класифікація поверхнево активних речовин наведена на рис. 1 [15]. Для фізіологічних та медико-біологічних досліджень найбільший інтерес представляють поверхнево-активні речовини на межі розділу фаз вода-ліпід, оскільки в організмі існує межа ліпідного біошару клітинних мембран, що відіграє роль бар'єра для водорозчинних молекул, води, плазми крові, тканинної рідини або протоплазми [6]. На підставі попередніх робіт [1, 12], ми вважаємо, що для вивчення ролі ендогенних ПАР у фізіологічних процесах можна використовувати наступні методичні та аналітичні підходи: Досліди, проведені в Чернівецькому державному університеті [6], виявили схожість між ендогенними ПАР різних біосубстратів, екстрактів органів та тканин. Визначено високий вміст ПАР в екстрактах головного мозку та печінки. ПАР крові утворюють моношари. ПАР шлункового соку утворюють також моношари, для яких характерна закономірна залежність тиску від площі. Властивості моношарів шлункового соку суттєво залежать від способу збудження шлункової секреції. Визначено також моношари ПАР сечі. У здорових людей ПАР сечі утворюють моношари, для яких характерні підвищення тиску під час стиснення і гістерезис при розширенні. Підвищення тиску та порушення явищ гістерезису виявляють моношари ПАР сечі хворих на нефрити. Особливо різко підвищується рівень тиску моношарів сечі хворих нефритами з надлишком водневих іонів (буферний розчин рН 5,0). Моношари ПАР сечі здорових осіб (рН 5,0-8,0) таких властивостей не виявляють [5]. Досліджені моношари комплексу ПАР жовчі людини [5]. При дослідженні хворих безкам'яними та особливо калькульозними холециститами виявляються менші показники тиску моношарів, менше виразні гістерезис та кут нахилу кривих; особливо значні зміни фіксуються у хворих цирозами печінки. Ендогенні ПАР містяться в різних тканинах та біологічних рідинах, виявляють при цьому видові відмінності, а також суттєво змінюються при різноманітних станах організму [5, 15]. Ендогенні ПАР синтезуються в клітинах та виконують низку життєво-важливих функцій організму (рис. 2). Дослідження з виключенням ендогенних ПАР з організму торкаються, головним чином, жовчних кислот. Результати робіт цього напрямку підкреслюють важливу роль холанових кислот не тільки в діяльності шлунково-кишкового тракту, а також для функціонування серцево-судинної, видільної, ендокринної, нервово-м'язової систем. Холанові кислоти відіграють значну роль в регуляції обмінних процесів, активації низки ферментів, обумовлюють стан нервової системи. Все це дозволяє розглядати їх як фізіологічно активні речовини організму [5]. Значні ефекти спостерігаються при додатковому введенні в організм ендогенних ПАР — жовчних кислот. В дослідженнях на ізольованих органах та in virto встановлено виразний вплив ендогенних ПАР на фізіологічні процеси. В малих концентраціях вони стимулюють мембранний гідроліз крохмалю a-амілазою тонкої кишки, підвищують резистентність еритроцитів до гемолітичної дії окисленої олейнової кислоти та механічних впливів, підвищують поверхневий дзета-потенціал еритроцитів. Під впливом невеликих концентрацій жовчних кислот підсилюється транспорт води через багатошарові епітеліальні мембрани. Відмічено схожість в дії холанових кислот та синтетичних ПАР [5, 6]. Дослідження на молекулярному рівні прояснили деякі механізми впливу ендогенних ПАР на функції організму, його системи, органи та клітини. Можна констатувати, що в основі фізіологічної дії ендогенних ПАР лежить їх висока здатність до міжмолекулярної взаємодії з ліпідами та білками. Вивчення модельних трійних, четверних водовмісних систем та жовчних кислот, фосфоліпідів, холестерину показало, що взаємодія їх має міцелярний характер і обумовлена гідрофобними силами [16]. Дані літератури [17] свідчать, що саме міцелярна взаємодія поверхневих активних кислот та фосфоліпідів (головним чином лецитина) з холестерином відіграють основну роль в забезпеченні колоїдного стану жовчі та в попередженні утворення конкрементів. Разом з тим, ендогенні ПАР — жовчні та жирні кислоти, гліцерини — також здатні до утворення міцел, які відіграєть важливу роль в процесах транспорту продуктів гідролізу, поживних речовин через мембрани епітеліоцитів та кишкову стінку. Існує думка [9], що процес активації ферментів ендогенними поверхнево-активними речовинами здійснюється як через гідрофобні зв'язки, так і шляхом міцелярної взаємодії. В процесі активації жовчними кислотами панкреатичної ліпази має значення адсорбція поверхнево-активних молекул ферменту на гідрофобній поверхні та відповідна орієнтація молекул на межі розподілу фаз. Разом з тим, утворення міцел, що включають жовчні кислоти та моногліцерини, полегшують включення міжфазної поверхні емульсії цих продуктів, здатних пригнічувати ліполіз [17]. Жовчні кислоти, подібно синтетичним детергентам, можуть привести до модифікації білків, в результаті чого ферменти стають більш гідрофобними та краще взаємодіють із субстратом. Отже, ендогенні ПАР виконують низку життєво важливих функцій. Так, наявність моношару молекул ПАР (сурфактантів) на поверхні альвеоли зменшує сили, що направлені на їх спадіння, і попереджують від ателектазів. ПАР також приймають участь в очищенні альвеолярних поверхней від чужорідних часток та зберіганні загального гомеостазу організму. Суттєву роль ендогенні ПАР відіграють в процесі емульгування жирів, активації перистальтики шлунково-кишкового тракту, регуляції всмоктування поживних речовин [15]. Доведено, що неіоногенні детергенти в малих концентраціях чинять позитивний вплив на ендогенні ПАР шлунково-кишкового тракту у випадках їх дефіциту або порушення синтезу [5, 15]. Дані літератури [3, 8, 13] свідчать про можливе пероральне надходження синтетичних ПАР та проникнення їх в організм людини через непошкоджену шкіру. Швидкість надходження детергентів в організм залежить від фізико-хімічних властивостей, концентрації та тривалості контакту з ними. Слід зазначити, що в побутових умовах при використанні синтетичних засобів, засобів особистої гігієни, парфумерно-косметичних речовин організм людини може зазнавати комплексної та комбінованої дії детергентів [4, 12]. Тому на лабораторних тваринах вивчено вплив детергентів при різних шляхах надходження в організм на вміст аніонних ПАР в сироватці крові, печінці та головному мозку. Екзогенний аніонний детергент сульфонол підвищує рівень ендогенних аніонних ПАР в органах та системах [4]. Неіоногенний детергент сінтамід-5 при перкутанно-пероральному надходженні та за умов комплексно-комбінованої дії одночасно з сульфонолом знижує рівень ендогенних аніонних ПАР в сироватці крові та печінці. Механізм такого впливу авторами не вивчався. З моменту відкриття (50-ті роки минулого століття) сурфактантів легенів наші знання про їх природу, функцію, ультраструктуру розширились та поглибились, одержали значну завершеність [6, 15, 17]. Зараз немає підстав сумніватися, що феномен зниження поверхневого натягу на межі фаз повітря-рідина в легенях в основному забезпечують фосфоліпіди, переважно це лецитин (фосфатидилхолін). Початок шляху кисню з атмосферного повітря до кінцевого споживача — внутришньоклітинних органел у всіх наземних тварин та людини обов'язково проходить через розділ фаз повітря-рідина. Поверхня цього розділу в легенях покрита шаром ендогенних ПАР товщиною 50-200 нм, які здійснюють перший контакт між молекулою кисню та рідким середовищем організму. Лише пройшовши через вистеляючий комплекс ПАР (сурфактантів) молекула кисню наближається до цитоплазматичної мембрани альвеолярного епітелію, перетинає малу альвеолярну клітину та клітину епітелію, надходить в плазму крові та еритроцит [15]. Отже, сурфактанти є першим елементом аерогематичного бар'єру, що здійснює адсорбцію всієї кількості кисню, необхідного організму. Дослідження швидкості транспорту кисню через сурфактантну систему легенів показали, що в деяких випадках ця структура здатна гальмувати, в інших — активізувати швидкість масопереносу через розділ фаз. Це дозволило припустити, що сурфактанти легенів приймають участь в регуляції масопереносу кисню по градієнту концентрацій [2]. Синтетичні ПАР відносяться, в основному, до 3-го та 4-го класу небезпеки (ГОСТ 12.1.007-76), тобто є помірно- та малотоксичними речовинами та чинять подразнюючу дію на шкіру та слизову оболонку органів дихання та очей [12]. Остання властивість особливо характерна для порошковидних (сипучих) СМЗ, основними компонентами яких є детергенти. Підвищеним несприятливим фактором виробничого середовища на підприємствах по випуску миючих порошків є пил (аерозоль) сировини та готового продукту, концентрація яких коливається в широких межах — від 7 до 64 мг/м3 і вище [10]. Більшість авторів [10, 11, 14] прийшли до висновку, що аерозолі детергентів, тривало діючи на слизову оболонку дихальних шляхів, викликають дистрофічні та вазомоторні захворювання. Аерозолі синтетичних ПАР діють на сурфактанти слизової оболонки верхніх дихальних шляхів і викликають у працюючих з невеликим стажем (до 1 року) переважно катаральні прояви, які зі збільшенням стажу переходять в суб- та атрофічні зміни і призводять до розвитку вазомоторних порушень. При цьому утворюються умови для проникнення пилових часток в бронхіальне дерево та розвиток подальшої патології дихальної системи. Подразнююча дія аерозолей детергентів підтверджується різким підсиленням десквамації плоского та циліндричного епітелію. Аніонні детергенти сульфонол хлорний та первинний алкілсульфат натрію є токсичними сполуками для ендогенних ПАР слизової оболонки верхніх дихальних шляхів, але перший в більшій мірі. Ця різниця обумовлена структурою їх молекул. Якщо сульфонол хлорний в концентраціях 1000 та 500 мг/дм3 після 24-годинної дії збільшує електропровідність слизової оболонки верхніх дихальних шляхів в 2 рази, то первинний алкілсульфат натрію — в 1,5-1,75 разів. Дія неіоногенних детергентів на електропровідність слизової оболонки верхніх дихальних шляхів лабораторних тварин виражена в меншій мірі, ніж аніонних [3]. Одержані дані, які свідчать про значні зміни електричних властивостей поверхні еритроцитів під впливом детергентів. Аніонні та неіоногенні детергенти чинять однакову дію — підвищують поверхневий потенціал мембрани еритроцитів. На прикладі сурфактантної системи легенів можна розглянути вплив детергентів на виникнення легеневої патології. Незначні (слідові) концентрації детергентів у повітрі знижують в'язкість слизового покрову трахеї та бронхів. Подразнюючі концентрації (від 0,5 до 10 мг/м3) викликають гіперсекрецію бронхіальних залоз, пригнічують синтез сурфактантів. При цьому може спостерігатись порушення функції зовнішнього дихання. Збільшення вмісту аерозолей синтетичних ПАР у повітрі може стати причиною появи локальних некрозів, погіршення еластичності легенів, порушення транспорту кисню через аерогематичний бар'єр. Це може призвести до гемодинамічних зрушень та появи перших ознак гіпоксії. Летальні концентрації (тисячі міліграмів на 1 м3) детергентів призводить до порушення гістоструктури легенів та прискореної появи ознак гіпоксії. Враховуючи те, що синтетичні ПАР є основними компонентами більшості препаратів побутової хімії, особистої гігієни та косметично-парфумерних засобів, вони потребують проведення санітарно-гігієнічної експертизи та токсиколого-гігієнічної оцінки на безпечність для здоров'я людини перед впровадженням у виробництво та широке використання населенням у побуті. Література |