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.
by active transport for substances that are larger and/or electrically charged. Some toxic chemicals may be actively transported. The dose of a substance received by the fetus is determined by the amount of the substance transported across the placenta as well as the rate of metabolism
and elimination of the substance. As the fetus has an immature metabolism, it is unable to detoxify substances very efficiently; and as the placenta plays such an important role in substance exchange between the mother and the fetus, it goes without saying that any toxic substances that the mother is exposed to are transported to the
fetus, where they can then affect development. Carbon dioxide, lead, ethanol (alcohol), and cigarette smoke in particular are all substances that have a high likelihood of placental transferral. Identifying potential hazards for fetal development requires a basis of scientific information. In 2004, Brent proposed a set of criteria for identifying causes of congenital malformations that also are applicable to developmental toxicity in general. Those criteria are:
Well conducted epidemiology studies consistently show a relationship between particular effects and exposure to the substance. Data trends support a relationship between changing levels of exposure and the specific effect. Animal studies provide evidence of the correlation between substance exposures and particular effects.