7.3. Биологическая среда

Биологическая среда состоит из набора физиологических функций организма, которые могут изменяться под действием загрязняющих веществ. Организм использует определенные биохимические процессы для переваривания, превращения и экскреции веществ, содержащихся в возду­хе, пище и воде. Токсическое действие ксенобиотика будет зависеть от ряда механизмов. К ним относятся:

• поглощение ксенобиотика;

• распределение его внутри организма;

• метаболизм ксенобиотика;

• органная восприимчивость.

На каждый из этих этапов влияет та стадия, на которой находится развитие ребенка.

Инкорпорация ксенобиотиков у ребенка происходит известными четырьмя способами: через плаценту, кожу, ор­ганы дыхания или пищеварительный тракт. Особенности поступления через каждый из этих путей также зависят от стадии развития ребенка.

В течение эмбриональной стадии плацента — главный путь поступления необходимых, а также чужеродных для плода веществ. Некоторые соединения свободно проника­ют через плаценту. Сюда относятся соединения с низкой молекулярной массой, жирорастворимые компоненты и специфические соединения типа кальция. Например, оксид углерода — токсичное соединение с низкой молекулярной массой, вызывает образование карбоксигемоглобина. По­скольку оксид углерода имеет более высокое сродство к фе-тальному гемоглобину (НЬ-Р) плода, концентрация карбок­сигемоглобина будет выше у эмбриона, чем у матери.

Жирорастворимые, или липофильные, соединения типа полициклических ароматических углеводородов (обнаружи­ваемые в табачном дыме), ПХБ, эндокринные эффекторы, а также этанол и никотин свободно проходят через плаценту и могут вызывать токсические эффекты у эмбриона.

В процессе развития ребенка кожа подвергается значи­тельным изменениям, которые затрагивают ее барьерные свойства. Поглощение через кожу особенно важно для жи­рорастворимых соединений, так как кожа человека во мно­гом состоит из этих компонентов.

Наружный слой кожи эмбриона характеризуется недос­татком барьерного, кератинсодержащего, внешнего слоя дермы. Образование кератина начинается на 3—5-е сут после рождения, поэтому кожа новорожденного характеризуется особыми свойствами, и проникновение ксенобиотиков че­рез кожу — причина многих заболеваний новорожденных. Например, гипотиреоидное состояние может быть вызвано применением растворов йода, используемых для обработки кожи при различных манипуляциях. Нейротоксичность мо­жет быть обусловлена растворами гексахлорофена, который применяется при купании новорожденных. Гипербилируби-немия может иметь место после применения фенолдезин-фицирующих растворов.

Дополнительный фактор в проникновении ксенобиоти­ков через кожу новорожденных по сравнению со старшими детьми и взрослыми — большее отношение поверхности те­ла к объему организма. Это означает, что для одной и той же действующей поверхности кожи ребенок инкорпорирует в несколько раз больше токсических веществ, чем взрослый.

Во время пренатального развития зародыш совершает дыхательные движения. Некоторые ксенобиотики, находя­щиеся в амниотической жидкости, могут контактировать с дыхательным трактом.

От рождения до юности легкие продолжают развиваться, увеличивается количество альвеол, возрастает размер актив­ной поверхности. Таким образом, некоторые химические со­единения могут в большем количестве попадать внутрь ор­ганизма.

Желудочно-кишечный тракт на всех стадиях развития ребенка подвержен воздействию токсинов окружающей сре­ды. Плод, как было указано выше, активно заглатывает амниотическую жидкость и те чужеродные химические сое­динения, которые находятся в ней, например некоторые пестициды, а также компоненты табачного дыма.

Непосредственно после рождения ребенка кислотность желудка относительно высока и достигает нормальных уровней к нескольким месяцам жизни. Это различие в кис­лотности способно заметно влиять на поглощение ксеноби­отиков (например, нитратов; см. гл. 13).

Специфические потребности новорожденного и малень­кого ребенка коррелируют с увеличенными пищевыми пот­ребностями. Так как у ребенка происходит интенсивный рост костей скелета, организм требует поступления больше­го количества кальция. Однако подобное повышенное по­глощение может создавать и проблемы. Радиоактивный стронций, свинец будут поглощаться вместо кальция, при­чем в большей степени, чем у взрослых. Например, взрос­лый инкорпорирует только 10% присутствующего в пище­вых продуктах свинца, одно-, двухлетний ребенок — до 50% этого металла.

Распределение ксенобиотиков в организме также зави­сит от стадии развития ребенка. Например, в мозговой тка­ни свинец накапливается в большей степени у младенца, чем у взрослого. Более того, свинец накапливается интен­сивнее в костной системе детей, и его инкорпорация удва­ивается в период между младенчеством и десятью годами.

Метаболизм ксенобиотика, как было указано выше, мо­жет приводить к его дезактивации или, напротив, к актива­ции. Метаболизм чужеродных соединений также зависит от стадии развития ребенка. Это объясняется различной актив­ностью ферментов.

Активность системы детоксикации определяется генети­ческими особенностями индивидуума, поэтому некоторые люди более восприимчивы к неблагоприятным химическим факторам.

В ряде случаев несовершенство способов детоксикации может играть положительную роль. У взрослого высокие концентрации ацетоаминофена (действующее вещество — парацетамол) способны вызывать повреждение печени в связи с тем, что этот лекарственный препарат в процессе де­токсикации распадается на компоненты, ядовитые для пече­ни. Однако у маленьких детей этого не происходит. Дети, рожденные от матерей, употреблявших ацетоаменофен, бу­дут также иметь в крови высокие уровни данного препара­та. Однако он не сможет вызывать повреждения печени. Причина этого явления заключается в том, что у ребенка ме­таболические пути детоксикации лекарства еще не разви­лись в достаточной степени, и его разрушения не проис­ходит.

Дети отличаются от взрослых еще и тем, что их органы претерпевают рост и созревание, т.е. процесс, на который могут неблагоприятно воздействовать ксенобиотики. При­меры подобного воздействия: неправильное эмбриональное развитие, торможение роста, снижение коэффициента умственного развития (показатель интеллекта 10), ранняя половая зрелость, уменьшенная жизненная емкость легких (ЖЕЛ) и др.

Известно три типа роста органов человеческого организ­ма: за счет увеличения количества клеток, их массы, а также за счет увеличения объема межклеточного матрикса. В це­лом, первый из типов завершается к шести месяцам внутри­утробного развития тканей, которые не подвергаются не­прерывной смене при жизни (например, кожа). После этого рост происходит за счет двух других упомянутых меха­низмов.

Клетки подвергаются в процессе становления взрослого организма дифференцировке и дислокации.

• Дифференцировка. Она запускается и регулируется гор­монами. При этом присутствие эффекторов эндокринной системы может изменять данный процесс. Поскольку ряд систем организма детей, включая репродуктивную, продол­жает дифференцироваться, химическое соединение, подра­жающее действию гормонов, может оказывать негативное воздействие на развитие этих систем. Хлорированные ин­сектициды — пример такого механизма.

• Дислокация. Известно, что нейроны формируются в центральных отделах мозга, а затем мигрируют в другие об­ласти ЦНС. Химические соединения типа этанола могут мо­дифицировать этот процесс. Пренатальное воздействие эта­нола сопровождается торможением миграции и является причиной недоразвития мозга.

Более того, некоторые органы продолжают развиваться в течение нескольких лет жизни, например мозговая ткань и легкие. Такой длительный период роста и развития увеличи­вает их уязвимость. К примеру, ткань мозга у взрослых пос­ле лучевой терапии подвергается обратимым побочным изменениям. У детей лучевая терапия полностью исключе­на из-за глубоких и отрицательных эффектов ионизирующе­го излучения на развивающуюся центральную нервную систему.

Другой пример уникальной уязвимости детей — токси­ческие воздействия на ткань мозга. Пограничная концент­рация свинца в крови детей составляет 0,48 мкМ/л. Более высокие концентрации вызывают снижение коэффициен­та интеллекта (10). В то же время допустимый предел воз­действия свинца на профессионалов в 6 раз выше.