Влияние нитрозодиметиламина на живые организмы

УДК 616:616.94
ВЛИЯНИЕ НИТРОЗОДИМЕТИЛАМИНА НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Алейник Александра Юрьевна
Студентка ЕНУ им.Л.Н.Гумилева, г. Астана
Научный руководитель – к.б.н., Бейсенова Р.Р.
В настоящее время одной из самых существенных проблем загрязнения
окружающей природной среды является загрязнение продуктами сгорания ракетного
топлива. Ракетно-космическая деятельность развивается быстрыми темпами, как в
техническом отношении, так и в отношении расширения территорий воздействия.
«Космические корабли будут летать все дальше и дальше вглубь Вселенной. Мы мечтаем
достичь планет нашей солнечной системы с тем, чтобы ступить ногой на поверхность
загадочных небесных тел» - это слова основоположника практической космонавтики,
ученого Академии Наук СССР С.Королева. Зародилось это высказывание в 60-х гг.
прошлого столетия, и к настоящему времени намерение человечества осваивать космос
только увеличилось. Это в первую очередь способствует росту влияния ракетно-космической
деятельности на окружающую среду, что ведет человека к повышенной ответственности за
такое воздействие. Главной задачей стоит считать выявление последствий воздействия
данной отрасли промышленности на живые организмы и поиск безвредных источников
энергии. Целью своей работы считаю изучение влияния нитрозодиметиламина на живые
организмы и определение его влияния на основные физиологические процессы в организме.
Самым распространенным ракетным топливом является жидкое топливо – гептил.
Гептил, или нитрозодиметилгидразин (НДМГ), является высокотоксичным веществом с
канцерогенными и мутагенными особенностями воздействия. Особую опасность
представляют аварийные ситуации с выбросом в окружающую среду многотонного
ракетного топлива в виде гептила. Такое обстоятельство приводит к загрязнению, как
атмосферного воздуха, так и самой территории, над которой произошла авария. Основным
182
фактором загрязнения среды гептилом является его высокая скорость преобразований в
более токсичные соединения, особенно в почвенном покрове. Одним из таких продуктов и
является нитрозодиметиламин.
Химическое
название
нитрозодиметиламина
–
(IUPAC)
N-метил-Nнитрозометанамин. Молекулярная формула С2Н6ОN2. Агрегатное состояние: жидкое.
Хорошо растворим в воде, спирте, эфире и других органических растворителях. Обладает
умеренной реакционной способностью за счет нитрозоаминной группы. Вступает в реакцию
окисления и восстановления. При осторожном окислении нитрозогруппа окисляется до
нитрогруппы. В зависимости от восстанавливающего агента реакция может протекать с
образованием несимметричного диметилгидразина, диметилгидразина, диметиламина,
аммиака, формальдегида и др.; слабые восстановители превращают НДМА в
соответствующий гидразин, а сильные – в исходный вторичный амин. Молекула НДМА
легко расщепляется под воздействием неорганических кислот и ультрафиолетового
облучения на исходный амин и азотистую кислоту [1].
При длительном воздействии различных токсических веществ в концентрации не
вызывающих внешне обнаруживаемого эффекта, выявляются скрытые изменения ряда
физиологических, нейрогуморальных и биохимических показателей функции отдельных
органов и систем [2].
Гептил и его производные, чрезвычайно токсичные соединения по отношению к
различным видам животных и растительных организмов. Патогенез поражений
производными гептила сложный и реализуется путем повреждения биохимических реакции
почти во всех видах обмена веществ. Среди множества биохимических процессов,
повреждаемых гептилом, можно выделить круг реакции, имеющих непосредственную связь
с возникновением и развитием ведущих патогенетических эффектов отравления. Это –
энзимы, катализирующие процессы окисления, переаминирования, дезаминирования и
фосфорилирования [3]. НДМА губительно действуют на семена, морские водоросли,
одноклеточные и простейшие организмы. У млекопитающих вызывает судороги. В
животный организм производные гептила могут проникать любыми путями: при вдыхании
паров продукта, через кожу, через пищеварительный тракт. Они легко проникают и
фиксируются в организме человека, вызывая как немедленные, так и отдалѐнные
отрицательные последствия для здоровья. При длительном воздействии даже малых доз
гептила на популяцию людей развивается отчѐтливая картина поражения. Особенно
страдают дети, для которых характерен иммунодефицит, гипертония, спазмы сосудов,
головные боли, судорожные припадки и т.д. Отравление гептилом ведѐт к деструкции
сперматозоидов, недоразвитию зародыша, тяжѐлым врождѐнным уродствам. Этот
химический агент в первую очередь вызывает поражения нервной системы, нередки тяжѐлые
психические расстройства. Отмечаются некрозы печени, желтухи (проблема жѐлтых детей),
что связано с метаболитом гептила – гидразином. Следствием воздействия гептила может
стать развитие химически спровоцированного сахарного диабета, повреждение иммунной
системы, нарушение эритропоэза. Последнее ведет к раку крови [4].
Клиническая картина отравления НДМА зависит от пути поступления его в
организм, дозы и длительности воздействия. Она настолько полиморфна (от легкой тошноты
и головокружения до тяжелых бронхоспазмов, нейротоксикоза и поражения печени) и
настолько неспецифична, что трудно доказать, чем именно вызваны наблюдаемые явления
[5].
Большое значение в картине токсического действия производных гептила играет их
влияние на различные стороны обмена веществ. Установлено, что в патогенезе отравлений
основными звеньями являются нарушения углеводного и жирового обмена. Наблюдается
нарастание жира в крови, хотя отдельным авторам этого установить не удалось, изменение
количества ацетоновых тел, возрастание рН плазмы крови и наступление алкалоза, что
свидетельствует о глубоких изменениях в обменных процессах. Отмечается жировое
перерождение паренхиматозных органов (печень, селезенка, почки, легкие), причем жировая
183
дистрофия сопровождается обеднением органов гликогеном и фосфолипидами при
повышенном уровне триглицеридов жирных кислот и холестерина. Существенные
изменения наблюдаются при использовании производных гидразина и в отношении
углеводного обмена. Гептил тормозит глюкогенез, вызывает гипергликемию и подъем
уровня лактата и пирувата в крови. Установлено, что под влиянием производных гидразина
снижается концентрация гликогена в печени и увеличивается концентрация в мозгу.
Имеются указания на то, что под влиянием производных гептила снижается проницаемость
клеточных мембран для глюкозы.
Острое отравление НДМА у животных характеризуется возбуждением,
расстройством дыхания, тоническими и клоническими судорогами, во время которых часть
животных погибает. В остром периоде вне приступов судорог — вялость, неподвижность
животных, признаки раздражения слизистых оболочек, затрудненное редкое дыхание,
значительные колебания уровня артериального давления, резкие функциональные сдвиги со
стороны ЦНС. Наблюдаются выраженные нарушения функций печени (антитоксической,
экскреторной, углеводной и белковообразовательной). В сыворотке крови определяется
гиперферментемия, а также резкие колебания уровня трансаминаз. Угнетается тканевое
дыхание в головном мозге, миокарде, печени. Нарушается окисление углеводов и
аминокислот и как следствие замедляется синтез белков и распад углеводов в тканях. В
периферической крови — умеренный внутрисосудистый гемолиз, ретикулоцитоз.
Наблюдается гиперплазия и гемосидероз селезенки. В костном мозге —
эритронормобластическая реакция, активация процессов пролиферации, ускоренное
созревание и вымывание новообразованных эритроцитов в периферическую кровь [6].
Патоморфологическая картина острого отравления у животных характеризуется
нарушениями крово - и ликворообращения в головном мозге, дистрофическими и
некробиотическими изменениями нейронов, распространенными изменениями сосудистой
системы (дистония стенок сосудов внутренних органов, повышение их проницаемости). В
печени возникает белковая и жировая дистрофия. В миокарде и почках наблюдаются
дистрофические изменения и нарушения гемодинамики. В пульпе селезенки повышается
количество железосодержащего пигмента.
В периферической крови определяется тенденция к полиглобулии (начальная стадия
гиперкомпенсированного скрытого гемолиза). В костном мозге наблюдается некоторое
усиление миелопоэза с преимущественной активацией эритропоэза [7].
Нитрозодиметиламин обладает кумулятивными свойствами и при однократном
3
ингаляционном воздействии в концентрации 60-300 мг/м для человека считается
смертельным.
Клиническая картина при остром отравлении нитрозодиметиламином сходна при
различных путях поступления в организм и проявляется резкой слабостью, нарушением
деятельности сердечнососудистой и дыхательной систем, терморегуляции. Характерны
тяжелые изменения белкового, углеводного и др. видов обмена. Умеренная протеинурия,
цилиндрурия, глюкозурия, в периферической крови – транзиторная лейкопения с
последующим лейкоцитозом, тромбоцитопения, тенденция к анемии. В печени цитохром Р450 переводится в неактивную форму Р-420. Морфологически проявляются явления тяжелой
белковой и жировой дистрофии гепатоцитов с некробиозом и развитием центробулярных
некрозов, угнетение белковообразовательной и углеводной функции, нарушение
нуклеинового обмена, в поздние сроки – развитие фиброза печени и хронического гепатита
[7]. Результаты некоторых авторов говорят, что окислительные и гепатотоксические
эффекты НДМА больше проявляются при умеренных дозах токсиканта и повторных
введениях, чем в одноразовой большей дозе. В почках – острый токсический некроз с
нефротическим компонентом, мембранозный или серозный гломерулонефрит. В миокарде –
выраженные циркуляторные расстройства, признаки белковой дистрофии. Во всех
внутренних органах – явления повышенной сосудистой проницаемости [8].
184
При хроническом отравлении характерны симптомы прогрессирующей
недостаточности печени (нарушения белкового, углеводного, пигментного обменов) и в
меньшей степени почек, а также снижение ряда гематологических показателей.
Морфологически наблюдается хронический гепатит, завершающийся циррозом,
хронический нефрозонефрит, иногда мембранозный гломерулонефрит [8].
Нитрозодиметиламин обладает выраженной эмбриотоксичностью, которая в
большей степени проявляется при попадании в организм крыс-самок в первую половину
беременности и проявляется в гибели части эмбрионов на ранних этапах эмбрионального
развития, гибели части новорожденных животных в ранний период развития, в
морфологических и гистоэнзиматических изменениях в печени плодов и новорожденных.
Основным местом биотрансформации нитрозаминов является эндоплазматический
ретикулум печени. Вызывая повреждение эндоплазматического ретикулума клеток, они
ингибируют синтез белка в печени, что и определяет гепатотоксичность.
Неоднократно в печати поднималась проблема алтайского феномена — «желтые
дети», рождение которых связывают с токсическим воздействием гептила на беременных
женщин, у которых развивалась анемия. Летом 1989 года в двух удаленных друг от друга
районах РФ — Локтевском и Тальменском — стали регистрироваться с нарастающей
частотой желтухи новорожденных. Известно, что в печени новорожденного ребенка
начинается естественный процесс распада гемоглобина в очагах эмбрионального
кроветворения. Он усиливается в связи с миграцией в печень макрофагов из костного мозга.
В результате этого в желчи появляется билирубин — продукт распада гемоглобина. У детей
с патологической желтухой он появляется в количествах, намного превышающих норму. У
здорового ребенка печень естественным образом выводит билирубин, который поступает в
желудочно-кишечный тракт, где частично всасывается в кровь. При заболевании
патологической желтухой желчевыводящая функция печени нарушается. Билирубин
непосредственно поступает в кровь и затем откладывается в подкожной жировой ткани,
окрашивая кожу в яркий желтый цвет. При тяжелом течении заболевания билирубин
откладывается в мозговых центрах, разрушая клетки мозга.
Проблема рождения «желтых детей» связана не только с воздействием гептила в
местах пролива топлива при запуске ракет. Надо учитывать и территории, прилежащие к
заводам, где изготавливают топливо, а также места аварий при запуске ракет и
транспортировки топлива. В Восточной Сибири производство гептила осуществлялось на
нефтехимическом комбинате в г. Ангарске. Здоровью жителей Ангарска выбросами гептила
и его производного — нитрозодиметиламина нанесен большой вред [5].
В организации медико-экологических исследований важную роль играет точный
выбор индикаторов/маркеров, способных дать оценку тех или иных взаимосвязей между
биологической системой и потенциально опасными факторами окружающей среды, а также
судить об особенностях взаимодействия загрязнителей природы как с отдельным человеком,
так и с группой риска или популяцией, а в последующем — о вероятности развития
патологических изменений в организме. Сегодня существует достаточно схем
систематизации медико-биологических маркеров, однако наиболее точной из них является
предложенная А.П. Щербо и А.В. Кисилевым. Согласно последней, изменение содержания
нитрозодиметиламина в объектах окружающей среды и биологических жидкостях организма
можно рассматривать с позиции маркера/индикатора, способного охарактеризовать как
качество упомянутых объектов (содержание и степень загрязнения НДМА), так и уровень
здоровья конкретного человека или группы в целом (оценка канцерогенного риска в
результате загрязнения воздуха, продуктов питания, воды и т.д.). В группе таких маркеров
выделяют неспецифические (оценка воздуха на содержание NOх, SOх, COх и т.д.) и
специфические, определяющие источник загрязнения и патологические изменения, которые
они способны вызвать. Обоснование роли НДМА как маркера/индикатора состояния
окружающей среды объясняется наличием тех или иных предпосылок, свидетельствующих о
канцерогенном действии нитрозодиметиламина и его влиянии на онкологическую
185
заболеваемость населения. Так, острая интоксикация при воздействии НДМА у человека и
животных протекает однотипно с проявлением токсического гепатита и развитием в
последующем цирроза печени; имеется ряд сообщений о вероятной этиологической роли
НДМА в возникновении рака желудка, пищевода, гортани, кишечника, печени, мочевого
пузыря.
Слабый запах гептила, одного из наиболее изученных и применяемых производных
гидразина, улавливается человеком на уровне 0,01 мг/м3, концентрация 0,05–0,08 мг/м3
воспринимается как сильный аммиачный запах, чувствительные лица могут ощутить
концентрацию 0,003 мг/м3. Переносимой для человека в течении 10 мин считается
концентрация 240 мг/м3, для 30 мин — 120 мг/м3, для 60 мин — 70 мг/м3. При поступлении
в организм в дозе 10–20 мг/кг возможно развитие отравлений легкой степени. Описаны
случаи острого отравления при пребывании в атмосфере, загрязненной до 2,6 мг/м3, в
течении 1–2,5 ч. Острые отравления у человека встречаются преимущественно на
производствах (72%), часто сочетаясь с воздействием нитрозодиметиламина (9%), азотной
кислотой (42%). Основной путь попадания гептила в организм в производственных условиях
—ингаляционный (92%), в трети случаев отмечено попадание на кожу. У пораженных
наблюдается скрытый период, который длится от 30 мин до 24 ч и более. Около 85%
отравлений относятся к легким, летальность при которых составляет 2%, а при средних и
тяжелых — 15% [9].
Легкая степень отравления у пораженных проявляется через несколько часов (суток)
после пребывания в атмосфере гептила. Возникают тошнота, рвота, боли в животе, озноб,
головные боли. Появляются бессонница, теряется аппетит, в отдельных случаях отмечается
увеличение печени, у некоторых пораженных возникает понос. Явление раздражения
слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз выражены умеренно. Отмечается
наклонность к тахикардии, артериальной гипертензии. Длительность заболевания редко
превышает 5—6 суток.
Средняя степень отравления характеризуется токсической энцефалопатией,
гепатитом и нефропатией. Выраженная адинамия, слабость сопровождаются сильными
головными болями, рвотой, поносами, ознобом, повышением температуры тела, болями в
мышцах. С 4–5-х суток появляется желтуха, массивные кровотечения из десен. В крови
регистрируется диспротеинемия, увеличивается содержание билирубина, выявляются
нарушения функции печени. Выздоровление затягивается до 3–4 недель. Тяжелая степень
отравления проявляется кроме перечисленных признаков, судорожным синдромом,
выраженными расстройствами кровообращения, постепенным развитием недостаточности
печени и почек. Симптомы тяжелого отравления развиваются с 4–5 суток [2].
Итак, нитрозодиметиламин, являясь сильным канцерогеном, оказывает как
политропное, так и выраженное органотропное действие, отличается значительной
гепатотаксичностью и гепатоканцерогенностью. Канцерогенный эффект проявляется как при
длительном, так и при однократном воздействии, при различных путях поступления –
перорально, ингаляционно, накожно, внутривенно. Кроме того, НДМА при хронических и
острых отравлениях воздействует на центральную нервную и сердечнососудистую системы,
изменяет основные биохимические показатели крови, и обладает высокой
эмбриотоксичностью.
Литература
1. Справочник по токсикологии и гигиеническим нормативам. (ПДК) потенциальноопасных химических веществ. – Москва: Издательство АТ, 1999. – С.71-73, 71.
2. Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В.О., Оникиенко Ф.А. Проблемы нормы
токсикологии. М., «Медицина» – 1991. – с. – 16-18.
3. Гембицкий Е.В., Клинцевич Г.Н. Влияние неблагоприятных факторов военного
труда на состояние здоровья военнослужащих. Военно-медицинский журнал. – 1983. №40. –
с. – 24-25.
186
4. Петров В.М., Остапенко Н.С., Бойцова Л.В. и другие. Исследование миграции
несимметричного диметилгидразина и продуктов его распада в почвах. // Экологическая
химия. 2000г. №2. Стр.
5. Панин Л.Е. Медико-социальные и экологические проблемы использования ракет
на жидком топливе (гептил) / с. 124-131
6. Аршинов В.Ю., Шуляковская Т.С., Рыкова А.Н., Саприн А.Н. Роль
бутилгидрокситолуола
в
метаболической
инактивации
диэтилнитрозоамина.
Исследование денитрозирующей активности микросом / Доклады АН СССР. - 1984.- 102
с.
7. Сапин М.Р., Юрина Н.А., Этинген Л.Е. Лимфатический узел (структура и
функция). – Москва: Медицина, 1978. – 266 с.
8. Ергожин Е.Е., Соломин В.А., Ляпунов В.В. Химико-экологический мониторинг
объектов окружающей среды – одно из основных направлений изучения экологических
аспектов влияния космодрома «Байконур» // Вестник КарГУ. – 2001. – №1 (21). – С. 93-96.
9. Лебедев Г.Г.,Мусийчук Ю.И.,Клевцов В.И. Клиника-диагностика и неотложная
помощь при острых отравлениях. КЖРТ.- М.: Медицина.1984.- С.122.