Канцерогенность веществ

Круговорот канцерогенных веществ и их встречаемость в окружающей среде

Таким образом, наибольшее количество канцерогенных ПАУ попадает в окружающую нас среду как нежелательный побочный продукт сжигания ископаемого топлива. Поскольку эти вещества в большинстве случаев связаны с частичками пыли и сажи, то они и перемещаются вместе с ними. Так как провести химический анализ и определение всех ПАУ в таких образцах чрезвычайно сложно, то в качестве единого «маркера» выбрали бензо[а]-пирен, который чаще всего обнаруживается в разных пробах и концентрация которого рассматривается (очень приблизительно) как мера канцерогенности данного образца.

На поверхности почвы содержание БаП составляет 0,2-3,9 мкг на 100 г; на глубине 3-4 м – только 0,1 мкг. Взвешенную в воздухе пыль осаждает в первую очередь дождь. В дождевой воде установлено 0,004 мкг БаП на 1 л. И хотя ПАУ слаборастворимы в воде, дождь до определенной степени вымывает их из асфальтового покрытия автомобильных дорог и «обогащает» ими почву. Из нее БаП попадает в растения: например, в 100 г сушеного салата обнаружено 0,4-4,5 мкг вещества.

Из растений БаП попадает также в мясо (0,7 мкг на 100 г сушеной говядины); при приготовлении (жарении) его содержание еще более увеличивается (около 0,8 мкг на 100 г мяса). Таким образом, канцерогенные ПАУ повсеместно распространены в окружающей нас среде. Бензо[а]пирен обнаружен даже в морских растениях (около 300 ч. н. б.) и устрицах (0,3-2,6). В море эти вещества попадают либо с пылью и дымом с суши, либо в немалой мере – из моторных масел судов и нефти, которой загрязняется вода при авариях танкеров. В Нью-Йоркском заливе общее содержание углеводородов в морской воде составило 1-5 мг на 1 л. Автомобильный транспорт также в большей мере способствует загрязнению окружающей среды. Например, анализ показал, что только в смазочных маслах содержится 125 различных ПАУ и их производных; причем целый ряд из них имеет канцерогенные свойства.

При сжигании 1 л легкого дизельного автомобильного топлива образуется около 0,5 г твердых частичек. Они содержат 10-40% веществ, растворимых в органических растворителях и содержащих около 100 разных ПАУ. Многие из них оказались канцерогенными.

Канцерогенность

При анализе веществ, вызывающих рак, нас интересует собственно не их химический состав, а прежде всего определение их канцерогенности. В большинстве случаев, однако, канцерогенность какой-либо среды, например городского воздуха, бывает немного выше, чем предполагаемая только при измерении концентрации в ней БаП. Так, пыль из воздуха Лос-Анджелеса оказалась способной вызывать мутацию клеток, которая многократно превосходила ожидаемую на основе содержания в ней БаП.

Вполне определенно проявилась также мутагенность каменноугольной золы, в которой обнаружены прямые и косвенные мутагены. Наивысшая их концентрация наблюдалась при нагревании и охлаждении печи, т. е. при низких температурах сгорания. Возникающий при сварке дым также канцерогенен, главным образом из-за содержания никеля и шестивалентного хрома, которые в большинстве случаев п форме оксидов попадают в атмосферу при обработке легированных сталей. Канцерогенны также дым коксовых заводов, пыль, образующаяся при разливке чугуна в формы, а также используемые при асфальтировании дорог битум и асфальт.

Советские исследователи Боговский и Винкман в ходе многолетних исследований доказали канцерогенность большинства тяжелых соединений, образующихся при нефтепереработке. Смазывание кожи подопытных мышей различными фракциями битума, минеральных масел и иных нефтепродуктов приводило к возникновению злокачественных опухолей кожи. Частота образования их хорошо согласовывалась с содержанием БаП в отдельных проверяемых веществах.

Однако выяснено, что количество ПАУ в окружающей среде может также уменьшаться, в первую очередь в результате их разложения под действием солнечного света. Особенно эффективно ультрафиолетовое излучение. Но такое разложение ароматических углеводородов – процесс очень медленный.

Строение канцерогенных молекул

Интересно, что все вещества, относящиеся к группе доказанных канцерогенов, например ПАУ, N-нитрозосоединения или ароматические амины, не обнаруживают одинаковое и выраженное это свойство. В группе ПАУ с большим числом разных веществ, часто отличающихся друг от друга только различным расположением молекул, имеются такие, которые практически вообще неканцерогенны (например, антрацен), слабоканцерогенны или выраженно канцерогенны. При этом достаточно и сравнительно небольшого изменения строения для того, чтобы определенное соединение превратилось из пассивного в очень активное вещество, вызывающее возникновение рака.

Что же является причиной таких различий в канцерогенном действии в зависимости от строения молекул? Предполагают, что те структуры, которые образуют в почти плоской молекуле ПАУ так называемые «заливы» («bay region»), обычно канцерогенны, а те, которые такой структуры не образуют, этим свойством не обладают.

С точки зрения электронной теории в молекулах ПАУ, вызывающих рак, имеются области, находящиеся примерно напротив «заливов», в которых наблюдается высокая плотность пи-электронов (область обозначается обычно как «K-region»). С ней связана химическая реактивность этих частей молекулы. Образующиеся связи с кислородом именно в этой реактивной К-области молекулы (эпоксидные и дигидродиольные производные) считаются очень канцерогенными. Дело в том, что указанные кислородные производные ПАУ – это «ультимативные канцерогены», которые могут вступать в реакцию с ДНК в ядре клетки и превращать се таким образом в раковую.