Введение

Класс органических соединений, загрязняющих окружающую среду

Полихлорированные дибензодиоксины (PCDD), или просто диоксины, – это группа долгоживущих полигалогенированных органических соединений, которые преимущественно антропогенного происхождения и вносят вклад в токсичное, стойкое органическое загрязнение окружающей среды. Их часто, хотя и неточно, называют диоксинами для упрощения, поскольку каждая молекула PCDD содержит дибензо-1,4-диоксиновую скелетную структуру, с 1,4-диоксином в качестве центрального кольца. Соединения семейства PCDD биоаккумулируются в организмах человека и диких животных благодаря своим липофильным свойствам и могут вызывать нарушения развития и рак. Поскольку диоксины могут сохраняться в окружающей среде более 100 лет, основная часть загрязнения PCDD на сегодняшний день является не результатом недавних выбросов, а кумулятивным эффектом синтетических процессов, проводимых с начала XX века, включая производство, связанное с хлорорганикой, сжигание содержащих хлор веществ, таких как поливинилхлорид (ПВХ), и хлорное отбеливание бумаги. Лесные пожары и вулканические извержения также указываются как переносимые по воздуху источники, однако их вклад в текущие уровни накопления PCDD незначителен по сравнению с другими. Случаи отравления диоксинами, вызванные промышленными выбросами и авариями, были впервые зафиксированы еще в середине XIX века во время промышленной революции. Термин "диоксины" также может относиться к другим хлорированным соединениям с аналогичным действием (см. Диоксины и диоксиноподобные соединения).

Историческая перспектива

Низкие концентрации диоксинов существовали в природе до начала индустриализации в результате естественного горения и геологических процессов. Диоксины стали непреднамеренно образовываться как побочные продукты с 1848 года, с началом работы заводов, использующих процесс Леблана, в Германии. Впоследствии диоксины были обнаружены в Таймс-Бич (Миссури), Лав-Канал (Нью-Йорк) и Севезо (Италия). В последнее время диоксины вновь привлекли внимание общественности в связи с отравлением президента Украины Виктора Ющенко в 2004 году, кризисом с моцареллой в Неаполе, кризисом в ирландском свиноводстве в 2008 году и инцидентом с кормами для животных в Германии в 2010 году.

Источники диоксинов

Инвентаризация источников диоксиноподобных соединений, составленная Агентством по охране окружающей среды США, возможно, является наиболее полным обзором источников и выбросов диоксинов, однако значительные исследования проводятся и в других странах. Профессиональное воздействие представляет собой проблему для некоторых работников химической промышленности, особенно для тех, кто исторически занимался производством хлорофенолов или хлорофеноксикислотных гербицидов, либо применением химических веществ, в частности гербицидов. Во многих развитых странах действуют нормативы по выбросам, которые значительно сократили их объемы. Выбросы диоксинов от мусоросжигательных установок снизились более чем на 90% благодаря новым требованиям к контролю выбросов. В настоящее время мусоросжигание в развитых странах вносит очень незначительный вклад в общие выбросы диоксинов. Диоксины также образуются в реакциях, не связанных с горением, например, при хлорном отбеливании волокон для производства бумаги или текстиля, а также в процессе производства хлорированных фенолов, особенно при недостаточном контроле температуры реакции. К таким соединениям относятся пентахлорфенол, используемый в качестве древесного консерванта, а также гербициды, такие как 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (или 2,4-D) и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-T). Более высокая степень хлорирования требует более высоких температур реакции и приводит к увеличению образования диоксинов. Диоксины также могут образовываться в результате фотохимического разложения распространенного антимикробного соединения триклозана.

Источники потребления человеком

[[Файл: Диоксинная диаграмма.png|thumb|400px|Диаграмма, иллюстрирующая, какое количество диоксина потребляет среднестатистический американец в день. (Примечание: пг = пикограмм, или одна триллионная часть грамма, или 10−12 г). Дети получают значительную нагрузку диоксинами от матерей, а грудное вскармливание увеличивает эту нагрузку на организм ребенка. Воздействие диоксинов также может происходить при контакте с древесиной, обработанной пентахлорофенолом (Penta), поскольку пентахлорофенол часто содержит диоксины в качестве примеси. Суточная доза диоксинов у детей во время грудного вскармливания часто во много раз превышает дозу для взрослых, если рассчитывать на вес тела. Именно поэтому консультативная группа ВОЗ оценила допустимое суточное потребление, чтобы предотвратить накопление вредных веществ в организме женщины до первой беременности. У детей, находящихся на грудном вскармливании, обычно более высокий уровень диоксинов в организме, чем у детей, не получающих грудное молоко. ВОЗ по-прежнему рекомендует грудное вскармливание из-за его других преимуществ. Во многих странах содержание диоксинов в грудном молоке снизилось даже на 90% за последние два десятилетия. Диоксины присутствуют в сигаретном дыме. Агентство по охране окружающей среды США (US EPA) в своей работе "Переоценка диоксинов" (1995) отметило, что диоксины в сигаретном дыме "недостаточно изучены". В том же документе US EPA признало, что диоксины в сигаретах имеют "антропогенное" происхождение (созданы человеком, "в природе не встречаются").

Метаболизм

Диоксины всасываются преимущественно с пищей через потребление жиров, поскольку именно в них они накапливаются у животных и людей. У человека высокохлорированные диоксины откладываются в жировой ткани и медленно метаболизируются и выводятся из организма. Оценочный период полувыведения высокохлорированных диоксинов (с 4–8 атомами хлора) у человека составляет от 4,9 до 13,1 года. Считается, что устойчивость конкретного диоксинового конгемера в организме животного обусловлена его структурой. Диоксины, лишенные боковых (2, 3, 7 и 8) хлоров, и содержащие, таким образом, атомы водорода на соседних атомах углерода, могут легче окисляться цитохромами P450. Окисленные диоксины затем легче выводятся из организма, чем накапливаются на длительный срок.

Диоксиновое исследование

Анализы, используемые для определения относительной токсичности этих соединений, имеют общие элементы, которые отличаются от методов, применяемых для более традиционных аналитических измерений. Для диоксинов и родственных им соединений предпочтительными методами являются высокоразрешающая газовая хроматография/масс-спектрометрия (HRGC/HRMS). Концентрации определяются путем измерения отношения концентрации аналита к концентрации соответствующего изотопно-меченого внутреннего стандарта. Кроме того, в настоящее время для идентификации диоксинов и диоксиноподобных соединений все чаще используются новые биоанализы, такие как DR CALUX. Преимущество этих биоанализов перед HRGC/HRMS заключается в возможности анализа большего количества образцов с меньшими затратами, а также в способности обнаруживать все соединения, взаимодействующие с Ah-рецептором, который отвечает за канцерогенное действие.