Введение

Экологические токсины и развитие плода – это влияние различных токсичных веществ из окружающей среды на развитие плода. В данной статье рассматриваются потенциальные неблагоприятные последствия воздействия экологических токсинов на пренатальное развитие как эмбриона, так и плода, а также осложнения беременности. Человеческий эмбрион или плод особенно восприимчив к неблагоприятным факторам в среде матери. Неблагоприятные условия развития плода часто приводят к различным степеням задержки развития, как физической, так и умственной, у растущего ребенка. Хотя некоторые факторы обусловлены генетическими особенностями отца, значительная их часть напрямую связана с воздействием на мать экологических токсинов. Различные токсины представляют серьезную опасность для плода в период развития. Исследование 2011 года показало, что практически все беременные женщины в США несут в своем организме множество химических веществ, включая некоторые, запрещенные с 1970-х годов. Исследователи обнаружили полихлорированные бифенилы, хлорорганические пестициды, перфторированные соединения, фенолы, полибромированные дифениловые эфиры, фталаты, полициклические ароматические углеводороды, перхлорированные ПБДЭ – соединения, используемые в качестве антипиренов, и дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) – пестицид, запрещенный в Соединенных Штатах в 1972 году – в организме 99–100% протестированных беременных женщин. Среди других экологических эстрогенов бисфенол А (BPA) был выявлен у 96% опрошенных женщин. Концентрация некоторых из этих химических веществ соответствовала уровням, связанным с негативными последствиями для детей в других исследованиях, и предполагается, что воздействие нескольких химических веществ может оказывать более сильное влияние, чем воздействие одного вещества.

Эффекты

Экологические токсиканты могут быть описаны отдельно в зависимости от вызываемых ими эффектов, таких как структурные аномалии, нарушение роста, функциональные дефициты, врожденные новообразования или даже гибель плода.

Преждевременные роды

Каждый десятый ребенок в США рождается недоношенным, и примерно у 5% из них наблюдается низкий вес при рождении. Недоношенность, определяемая как рождение до 37 недель беременности, является одной из основных причин младенческой смертности и заболеваемости в детстве. Воздействие на организм токсичных веществ, таких как свинец, табачный дым и ДДТ, связано с повышенным риском выкидыша, низкого веса при рождении или недоношенности.

Расстройства нервного развития

Нейропластические эффекты загрязнения могут приводить к нейроразвитийным расстройствам. Многие случаи аутизма связаны с определенными географическими областями, что позволяет предположить, что некий фактор окружающей среды в сочетании с предрасположенным генотипом способствует развитию аутизма у восприимчивых людей. Однако эти выводы относительно аутизма вызывают споры: многие исследователи полагают, что рост заболеваемости в определенных регионах обусловлен более точными методами скрининга и диагностики, а не воздействием факторов окружающей среды.

Токсиканты и их воздействие

Особенно вредными веществами являются свинец (который накапливается в костях матери), сигаретный дым, алкоголь, ртуть (нейротоксин, попадающий в организм с рыбой), углекислый газ и ионизирующее излучение.

Табачный дым

Воздействие табачного дыма на плод во время беременности может вызывать широкий спектр поведенческих, неврологических и физических проблем. Неблагоприятные последствия включают мертворождение, нарушение функции плаценты, преждевременные роды, снижение средней массы тела при рождении, врожденные физические дефекты (например, волчья пасть), снижение функции легких и повышенный риск младенческой смертности. Ртуть содержится во многих видах рыб, но в основном накапливается в крупных видах. Хорошо задокументированный случай массового отравления ртутью и последующих осложнений развития плода произошел в 1950-х годах в заливе Минамата, Япония. Метилртуть, используемая расположенным поблизости промышленным предприятием для производства пластмасс, сбрасывалась в воды залива Минамата, где регулярно потреблялась местными жителями, для которых рыба из залива была основным продуктом питания. Вскоре многие из тех, кто употреблял в пищу мясо, содержащее ртуть, начали испытывать негативные последствия отравления; однако особенно сильно ртуть воздействовала на беременных женщин и их плоды, что приводило к высокому уровню выкидышей. Выжившие младенцы, подвергшиеся воздействию ртути внутриутробно, демонстрировали крайне высокий уровень физических и интеллектуальных нарушений, а также физических аномалий, вызванных воздействием токсина на ключевых этапах физического развития плода. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и Агентство по охране окружающей среды (EPA) рекомендуют беременным женщинам избегать употребления рыбы-меч, акулы, королевской макрели и рыбы-плитки, а также ограничить потребление альбакора (белого тунца) до 6 унций (около 170 грамм) или меньше в неделю. Воздействие ртути во время беременности также может вызывать дефекты конечностей.

Кадмий

Кадмий – тяжелый металл, который Агентство по охране окружающей среды США классифицирует как вероятный канцероген для человека. Люди часто подвергаются воздействию кадмия из различных промышленных и сельскохозяйственных источников, при этом основным путем воздействия считается питание. Показано, что этот тяжелый металл оказывает повреждающее воздействие на почки, кости и нервную систему. Беременные женщины подвергаются повышенному риску проблем со здоровьем из-за кадмия, поскольку во время беременности увеличивается всасывание металла. Кадмий также может представлять опасность для здоровья плода, некоторые последствия которой могут быть необратимыми, поскольку он нарушает функцию плаценты и развитие плода. Имеются данные об изменениях веса при рождении, связанных с высоким уровнем воздействия кадмия, особенно у девочек. Хотя исследования показывают, что даже относительно низкие уровни воздействия кадмия могут влиять на исход беременности, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих эффектов, установления обновленных норм ограничения воздействия и поиска способов снижения воздействия, особенно в период беременности.

Диоксин

Диоксины и диоксиноподобные соединения долго сохраняются в окружающей среде и широко распространены, поэтому в организме каждого человека содержится некоторое количество диоксинов. Воздействие диоксинов и диоксиноподобных соединений на плод внутриутробно связано с незначительными нарушениями развития. Последствия для ребенка в более позднем возрасте включают изменения функции печени, уровня гормонов щитовидной железы, количества лейкоцитов и снижение успеваемости в тестах на обучаемость и интеллект.

Загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха может негативно повлиять на беременность, приводя к увеличению частоты преждевременных родов, ограничению роста и проблемам с сердцем и легкими у новорожденного. Такие соединения, как угарный газ, диоксид серы и диоксид азота, потенциально могут нанести серьезный вред при вдыхании беременной женщиной. Низкий вес при рождении, преждевременные роды, внутриутробная задержка роста и врожденные аномалии были связаны с воздействием загрязнения воздуха на плод. Хотя загрязнение встречается повсеместно, существуют конкретные источники, известные выделением токсичных веществ, которых, по возможности, следует избегать тем, кто стремится минимизировать воздействие токсинов. К этим источникам относятся, в частности: сталелитейные заводы, предприятия по очистке сточных и питьевых вод, мусоросжигательные заводы, автомобильные заводы, нефтеперерабатывающие заводы и химические производства. Твердые частицы (PM) представляют собой смесь загрязняющих частиц, остающихся в воздухе, и варьируются в зависимости от региона. Эти частицы очень малы, их размер колеблется от PM10 до PM2,5, что позволяет им легко проникать в легкие. Показано, что твердые частицы связаны с острыми сердечно-респираторными заболеваниями и смертностью. Внутриутробный рост подвержен влиянию твердых частиц, что приводит к неблагоприятным последствиям для развития плода, таким как недостаточный или замедленный рост плода, а также к увеличению заболеваемости и смертности плода. Исследование 2012 года показало, что воздействие PM2,5 различается в зависимости от расы/этнической принадлежности, возраста и социально-экономического статуса, что приводит к более выраженным негативным последствиям для здоровья у определенных групп населения из-за загрязнения окружающей среды, особенно в отношении твердых частиц.

Бензоны

Воздействие бензола на матерей связано с пороками развития мозга плода, особенно дефектами нервной трубки. В одном исследовании воздействие BTEX (бензола, толуола, этилбензола, ксилолов) в течение первого триместра беременности чётко продемонстрировало отрицательную связь с бипариетальным диаметром мозга между 20 и 32 неделями беременности. У женщин с высоким уровнем воздействия толуола частота выкидышей была в три-пять раз выше, чем у женщин с низким уровнем воздействия, а у женщин, подвергающихся профессиональному воздействию бензола, наблюдалась повышенная частота выкидышей. Профессиональное воздействие толуола и формальдегида на отцов также связывалось с выкидышами у их партнёров. Нормальное развитие строго контролируется гормонами, и нарушение этого контроля под воздействием химических веществ, созданных человеком, может необратимо изменить ход развития. Озон в окружающей среде негативно влияет на концентрацию сперматозоидов у мужчин, а химические вещества, связанные с операциями по добыче углеводородов (например, бензол, толуол, формальдегид, этиленгликоль и озон), оказывают негативное воздействие на качество спермы, особенно на снижение количества сперматозоидов. Исследование 2011 года выявило связь между дефектами нервной трубки и воздействием бензола на матерей, вещества, связанного с добычей природного газа. Исследование показало, что матери, проживающие в округах штата Техас с более высоким содержанием бензола в окружающей среде, с большей вероятностью рождали детей с дефектами нервной трубки, такими как спина бифида, чем матери, проживающие в районах с более низким содержанием бензола.

Другое

Было также установлено, что тепло и шум оказывают существенное влияние на развитие.

Разработка природного газа

В сельском исследовании в Колорадо, посвященном разработке месторождений природного газа, было установлено, что проживание матери в радиусе 10 миль от газовых скважин связано с повышенной распространенностью врожденных пороков сердца (ВПС) и дефектов нервной трубки (ДНТ). Наряду с этим, была выявлена небольшая связь между средним весом новорожденных и плотностью расположения и близостью к газовым скважинам. Воздействие на мать через газовые скважины может происходить в виде бензола, растворителей, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и других загрязнителей воздуха, таких как толуол, диоксид азота и диоксид серы. В Пенсильвании количество нетрадиционных скважин для добычи природного газа увеличилось с нуля в 2005 году до 3689 в 2013 году. Исследование 2016 года, охватившее 9384 матери и 10946 новорожденных в системе здравоохранения Geisinger в Пенсильвании, показало, что воздействие на жилые помещения во время беременности, связанное с разработкой нетрадиционных месторождений природного газа, ассоциируется с преждевременными родами и выявленной врачом высокой степенью риска беременности. В юго-западной Пенсильвании близость матери к нетрадиционным газовым скважинам была связана со снижением веса новорожденных при рождении. Оставалось неясным, какой путь воздействия – через воздух, почву или воду – может быть причиной этой связи. Необходимы дальнейшие исследования и более масштабные исследования по данной теме. Эндокринные дизрапторы – это вещества, способные нарушать нормальное развитие и гормональный баланс человека. Эндокринно-активные химические вещества (ЭАК) могут взаимодействовать с гормональными рецепторами, а также изменять концентрацию гормонов в организме, приводя к неадекватным гормональным реакциям и нарушению нормальной работы ферментов. Известно, что добыча нефти и газа способствует попаданию ЭАК в окружающую среду, главным образом из-за высокого риска загрязнения подземных и поверхностных вод, связанного с этими видами добычи. Помимо загрязнения воды, добыча нефти и газа также приводит к увеличению загрязнения воздуха, создавая дополнительный путь воздействия этих эндокринных дизрапторов. Эта проблема часто остается незамеченной, и поэтому истинный масштаб ее влияния недооценивается. В 2016 году было проведено исследование для оценки необходимости включения эндокринного компонента в оценку состояния здоровья при бурении и добыче нефти и газа в густонаселенных районах. Учитывая высокий потенциал выброса химических веществ при добыче нефти и газа, особенно веществ, которые, как было показано, нарушают нормальную выработку и функцию гормонов, авторы подчеркнули необходимость включения в оценку состояния здоровья компонента, ориентированного на эндокринную функцию и общее состояние здоровья, а также на влияние этих факторов на окружающую среду.

Роль плаценты

Здоровая плацента – это полупроницаемая мембрана, которая формирует барьер для большинства патогенов и определенных ксенобиотических веществ. Однако, по своей природе, это несовершенный барьер, поскольку он должен обеспечивать транспорт веществ, необходимых для роста и развития. Транспорт через плаценту может осуществляться посредством пассивной диффузии для более мелких молекул, растворимых в липидах, или активного транспорта для веществ, которые крупнее и/или несут электрический заряд. Некоторые токсичные химические вещества могут транспортироваться активно. Доза вещества, получаемая плодом, определяется количеством вещества, перенесенного через плаценту, а также скоростью его метаболизма и выведения. Поскольку метаболизм плода незрелый, он не способен эффективно обезвреживать вещества; и поскольку плацента играет столь важную роль в обмене веществ между матерью и плодом, очевидно, что любые токсичные вещества, воздействию которых подвергается мать, передаются плоду, где они могут повлиять на его развитие. Углекислый газ, свинец, этанол (алкоголь) и, в частности, табачный дым – все это вещества с высокой вероятностью плацентарного переноса. Для выявления потенциальных угроз развитию плода необходима научная основа. В 2004 году Брент предложил набор критериев для определения причин врожденных дефектов, которые также применимы к общей токсичности развития. Эти критерии таковы: хорошо спланированные эпидемиологические исследования последовательно демонстрируют связь между конкретными эффектами и воздействием вещества. Данные показывают тенденцию к связи между изменением уровня воздействия и конкретным эффектом. Исследования на животных предоставляют доказательства корреляции между воздействием вещества и конкретными эффектами.