Одной из глобальных экологических проблем современности является загрязнение окружающей среды стойкими органическими загрязнителями (СОЗ), к которым относятся и средства защиты растений – пестициды, применение которых, однако, неизбежно [6, 10, 18, 26, 27]. Ежегодно в мире производится более 2 млн тонн пестицидов [18].
К наиболее эффективным и широко применяемым гербицидам в Канаде, Австралии, США и России относятся хлорфеноксигербициды (ХФГ), среди которых ведущее место занимают производные 2,4- дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4 – Д) [17, 27, 28, 47].
В России ежегодно применяется более 70000 тонн ХФГ [12, 19], а производство 2,4-Д аминной соли (2,4 – ДА) составляет около 20 тыс. тонн в год, что позволяет обрабатывать до 10 млн га посевов зерновых культур (общая площадь зерновых в России – 57 млн га) [18].
В республике Башкортостан более 1 млн 300 тысяч гектаров сельскохозяйственных земель обрабатываются гербицидами различных групп, из них на долю производных 2,4 – Д приходится 35-40 %, то есть около 38 % пахотных земель республики загрязнено гербицидами этой группы [19]. При этом загрязнение окружающей среды происходит не только при применении, но и при производстве этих соединений [7, 10, 12].
Широкое применение 2,4-Д и ее производных в сельском хозяйстве обусловлено широким спектром действия и невысокой стоимостью [11, 17, 18, 21].
2,4 – Д – быстродействующий гербицид системного действия, эффект которого проявляется уже на 2 – 3 день. 2,4 – Д чаще используется в виде солей и эфиров: диметиламинная (аминная), натриевая и диэтиламинная соли, диэтиленгликолевый, этилгексиловый и октиловый эфиры [18]. В связи с изменением видового состава сорняков в зерновых полях севооборотов чаще используются комбинированные формы гербицидов: диален – смесевый препарат на основе 2,4 – ДА и дикамбы, чисталан, октиген, аминка. 2,4-ДА смешивается со всеми гербицидами, рекомендованными против широколистных сорняков, и с противозлаковыми гербицидами, применяемыми на зерновых [12, 18].
Около 34 производных гербицидов группы 2,4 – Д разрешены к применению на территории РФ, в том числе 8 из них – содержащие 2,4 – ДА: Луварам, Октиген, Дикопур Ф, Дикамин-Д, Аминопелик, Диален супер, Дуплет, Трезор гранд [18]. В 2011 г. этот список пополнился такими гербицидами, как Аминка, Диамакс, Микодин, Дикопур Топ, Метис, Анкор-85 [18].
2,4 – Д относительно недолго живет в объектах окружающей среды, разрушается примерно за 30 – 40 суток. Гербициды группы 2,4-Д обладают крайне высокой миграционной способностью – в 28 % лесных почв обнаружено их повышенное содержание [7, 10].
При обработке сельскохозяйственных земель гербицид попадает в воду, где до 60 % 2,4-Д метаболизируется в растительном материале в виде конъюгатов, 5-10 % адсорбируется донными осадками, песком и 30 % остается в воде [5, 31, 50]. 2,4-Д обнаруживается в водопроводной сети в концентрациях 15-30 нг/л [7].
Содержание 2,4 – ДА в объектах окружающей среды по гигиеническим нормативам ГН 1.2.1323-03 должно составлять: ПДК/ОДК в почве (мг/кг) – 0,1/(тр.), ПДК/ОДУ в воде водоемов (мг/дм3) – 0,0002/(с.-т.), ПДК/ОБУВ в воздухе рабочей зоны (мг/м3) – 1,0, ПДК/ОБУВ в атмосферном воздухе (мг/м3) – 0,0001, МДУ в продукции (мг/кг) – 0,005.
Однако при экспозиции любых концентраций 2,4 – Д обнаружено изменение физико-химических свойств почвы, рост смертности земляных червей (Eisenia foetida) на 30 – 40 %, изменения соотношения полов, увеличение экспрессии генов белков теплового шока (HSP70, HSP40, HSP90), ферритина и глутатион – S- трансферазы у Chironomus riparius, мальформации тонкого кишечника, нарушения развития скелетных мышц у Xenopus laevis [25, 41].
Природные биологические системы не в состоянии в короткий срок обезвредить большой объем применяемых пестицидов, вследствие чего они попадают в организм человека и могут кумулировать в нем [6, 10]. 2,4 – Д может поступать в организм человека и теплокровных через кожу, дыхательные пути, пищеварительный тракт [24, 43].
Показано, что 92 % проб кормов, 63 % – продуктов животноводства, 39 % – молока и 42 % – рационов столовых содержат 0,025-0,13 мг остаточных количеств 2,4-Д, при этом главным пищевым источником являются животные жиры – гербицид попадает в организм человека преимущественно с мясом и молоком (92-95 %) [12].
2,4-ДА, обладающая высокой кумулятивной способностью, легко проникает во все органы и ткани, в том числе защищенные гистогематическим барьерами изолирующего типа [4]. Наибольшие количества 2,4 – Д обнаруживаются в жировой ткани, почках, печени, легких и эндокринных железах [12].
Период биологического полувыведения 2,4-ДА для крыс составляет 48 дней, для человека – 240- 480 дней [25]. Из организма человека гербицид выводится с мочой и калом, при этом часть 2,4-Д аккумулирует в жировой ткани в течение 7-10 лет [12]. Установлено, что следы ХФГ обнаруживаются и в материнском молоке [30, 40].
ХФГ оказывают плейотропное негативное воздействие на организм человека [11, 14, 22, 24, 43]. Они обладают иммуно-, гепато-, нейро-, гонадотоксичными свойствами, оказывают эмбрио-, цито-, генотоксическое, а также терато- и мутагенное действие [2, 6, 9, 20, 22, 23, 31, 46, 48].
Основным механизмом повреждающего воздействия ХФГ является активация ПОЛ, развитие оксидативного стресса, что сопровождается нарушением функции транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, снижением активности антиоксидантных систем [8, 21, 23, 28, 36]. При воздействии гербицидов на основе 2,4-Д нарушаются процессы тканевого дыхания, продукция макроэргов, усиливаются анаэробные процессы, снижается энергетический потенциал клеток [8, 47].
Известно, что оксидативный стресс лежит в основе развития ряда кардиоваскулярных, нейродегенеративных, опухолевых и других заболеваний [47].
При интоксикации крыс гербицидом 2,4-Д установлено снижение активности ферментов антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы), ключевых ферментов дихотомического и апотомического путей окисления глюкозы, рост уровня малонового диальдегида, нарушение гистоархитектоники печени с увеличением активности трансаминаз, повышение уровня ЛПНП [2, 8, 36].
Подострая интоксикация гербицидом 2,4-ДА в суммарных дозах 1/10 ЛД50 и ЛД50 приводит к дозозависимому снижению активности ферментов энергетического метаболизма сукцинат-, малат- и глутаматдегидрогеназы, лимитирующих энзимов мочевинообразования – карбамоилфосфатсинтетазы и аргиназы, а также замедлению использования глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном шунте. 2,4-ДА снижает активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы печени, что свидетельствует об угнетении аэробного апотомического пути окисления глюкозы и, следовательно, об уменьшении внутриклеточного содержания НАДФЧ Н2 [8, 47].
У людей при остром отравлении 2,4-ДА появляются признаки интоксикации, раздражение кожи, слизистых оболочек, анемия, сдвиг лейкоцитарной формулы влево, гиперферментемия, воспалительные изменения слизистой желудочно-кишечного тракта, а у погибших на вскрытии – отек легких, асцит [1, 4, 15, 33]. Экспериментально показано, что острая интоксикации ХФГ вызывает мышечную слабость, дискоординацию и снижение двигательной активности, морфологически выявляется дегенерация гепатоцитов, геморрагии в стенке кишечника, нефроз [23, 26, 31, 35, 37].
Хроническая интоксикация 2,4-ДА в условиях промышленного производства ведет к поражению слизистых оболочек, печени, нервной, пищеварительной системы, развитию диффузного пневмосклероза, вегетососудистой дистонии, бронхита, ишемической болезни сердца [27, 32, 43, 47].
Анализ использования гербицида 2,4-Д в растениеводческом комплексе Курской области за 2000-2010 гг. выявил повышение риска формирования детской патологии (увеличение в 1,19 раза риска формирования врожденных пороков сердца, в 1,47 раза – бронхиальной астмы, в 1,65 раза – гиперплазии щитовидной железы), экозависимых патологий акушерско-гинекологического профиля (увеличение частоты аномалий развития плода, родовой деятельности, мертворождаемости) [15].
Эти данные согласуются с результатами ряда исследователей, выявивших генотоксическое, мутагенное и эмбриотоксическое действие 2,4 – Д и ее производных [6, 39, 44, 46, 48].
Показано, что 2,4-ДА при повторном внутрижелудочном введении экспериментальным животным уже в дозе 1/400 ЛД50 оказывает слабый мутагенный эффект [39]. Выраженное эмбриотоксическое воздействие гербицида 2,4-Д показано Aronzon C.M. и соавторами (2011) у жаб Южной Америки Rhinella arenarum [48].
Довольно много исследований посвящено изучению канцерогенности гербицидов, «стартовым процессом» развития которого может явиться оксидативный стресс и снижение физиологической антиоксидантной защиты [8, 34]. Многие зарубежные исследования выявили, что при многократном и систематическом применении ХФГ может наблюдаться достаточно выраженный канцерогенный эффект: увеличение риска развития саркомы мягких тканей, лимфом Ходжкина, рост заболеваемости и смертности от опухолей печени, простаты, мочевого пузыря, половых органов, желудка, прямой кишки и лейкозов [17, 27, 34], что, безусловно, требует дальнейших исследований в этом направлении.
Рядом авторов выявлено нефротоксическое действие подострой интоксикации 2,4-Д, что проявилось развитием оксидативного стресса, нарушением гистоморфологической структуры почек взрослых крыс и их потомства [21, 26, 37]. J. Jurewicz, W. Hanke и соавт. (2012) методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии показано увеличение на 35 – 40% уровня 2,4-Д и рост креатинина в сыворотке крови у фермеров, даже не участвующих непосредственно в процессе распыления гербицида [32].
При длительном воздействии ХФГ в первые 1-2 месяца может наблюдаться активация метаболических процессов в клетках крови, но далее происходит резкое уменьшение числа лейкоцитов, макрофагов, базофилов, снижение их метаболической активности, усиливаются процессы дезинтеграции структурно-функциональных характеристик клеток крови, наблюдаются дозозависимые гематологические нарушения: ускоряются процессы разрушения эритроцитов, угнетается эритропоэз, формируется анемия [4, 8].
Длительное введение 2,4-ДА в дозах 1/2 и 1/20 ЛД50 оказывает раздражающий эффект на костный мозг: снижается содержание предшественников моноцитопоэза, повышается клоногенная активность в отношении предшественников моноцитов-макрофагов, увеличивается число моноцитов в циркуляции [4, 8]. 2,4-ДА ограничивает функциональные резервы костного мозга, снижает интенсивность формирования эритробластических островков и тормозит созревание эритроидных элементов в «короне» эритробластических островков [4].
2,4-ДА вызывает у мышей гемолиз эритроцитов, а также эозинофилию, что может свидетельствовать о сенсибилизации животных при воздействии гербицида [1]. Производные 2,4-Д увеличивают выраженность реакции ГЗТ к клеточным антигенам [8], значительно снижают РТПХ у мышей [11].
Показано, что 2,4-Д является дыхательным и контактным аллергеном, способствующим развитию аллергических ринитов и бронхиальной астмы [24, 43].
2,4-Д оказывает выраженное нейротоксическое действие [4, 31]. Bongiovanni B. и соавторами (2011) при воздействии 2,4-Д было выявлено усиление процессов апоптоза и некроза клеток мозжечка крыс, что сопровождалось увеличением количества реактивных форм кислорода, падением уровня глутатиона, дисбалансом ферментных систем. Также показано уменьшение активности ацетилхолинэстеразы мозга, супероксиддисмутазы, развитие оксидативного стресса у пресноводных рыб Leporinus obtusidens под влиянием 2,4-Д [49].
Исследования Konjuh C. и соавторов выявили уменьшение образования миелиновых белков у потомства крыс, подвергшихся интоксикации 2,4-Д, коррелирующее со степенью уплотнения миелина, что свидетельствует о гипомиелинизирующем влиянии гербицида 2,4-Д [42].
Воздействие 2,4-Д на самок крыс в период лактации приводит к развитию деструктивных изменений мозга детенышей преимущественно в среднем мозге, стриатуме и префронтальной коре, т.е. структур, связанных с функционированием дофаминергической системы мозга, и показано, что в основе этих нарушений лежит развитие оксидативного стресса [40].
Выявлено, что у животных при воздействии 2,4-ДА появляются нарушения со стороны высшей нервной деятельности в виде изменения поведенческих реакций и инстинктов и отрицательные показатели омега-потенциала головного мозга [4, 23].
В литературе имеются данные о токсическом воздействии феноксигербицидов на эндокринные органы [20, 47]. Показано, что 2,4-ДА оказывает тиреотоксическое [20] и гонадотоксическое действие [8]. Yesilkaya E.И соавторы (2009) установили прямую зависимость увеличения апоптоза клеток в гонадах крыс от концентрации ХФГ [44].
Методом радиоиммунного анализа выявлено снижение уровня пролактина и окситоцина у кормящих крыс, что сопровождалось кальцийзависимой и кальцийнезависимой активацией синтазы оксида азота, падением выброса серотонина в гипоталамусе при воздействии гербицида 2,4-Д, а также подавление материнского инстинкта у кормящих крыс [30].
Многие авторы подтвердили, что ХФГ являются одними из этиологических и патогенетических факторов развития вторичного иммунодефицита [1, 3, 9, 11, 22].
ХФГ проявляют иммунотоксичность на органном, клеточном и молекулярном уровнях. Наблюдаются атрофия тимуса, спленомегалия, уменьшение клеточности тимуса, костного мозга. Отмечается снижение цитотоксичности NK-клеток, микробицидной и поглотительной способности макрофагов. Выявлено нарушение адаптивного иммунного ответа, подавление активности Т-клеток и продукции ими цитокинов, угнетение гуморального иммунного ответа, антителозависимой клеточной цитотоксичности [8, 22].
При хронической интоксикации в органах и тканях обнаруживаются явления альтерации, нарушения метаболизма, в местах отложения 2,4-ДА развивается иммунное воспаление. Так, ко 2-3 неделе при хронической интоксикации крыс низкими дозами 2,4-ДА выявляются комплексы гербицид-белок, увеличиваются титры гемагглютинирующих и комплементсвязывающих антител к антигенам печени, почек, легких [20].
У людей, контактирующих с ХФГ, отмечено аллергизирующее действие, а также повышение CD4, CD72, CD4/CD8, IgM, IgG, снижение лизоцима сыворотки и угнетение фагоцитоза, снижение HLA-DR-клеток [24, 43].
S. Sandal, B. Yilmaz (2011) установили ДНК-повреждающее действие 2,4-Д в лимфоцитах человека, более выраженное у курящих [46].
Согласно литературным данным, 2,4 – ДА оказывает дозозависимое супрессивное действие на показатели основных звеньев иммунного ответа мышей: клеточноопосредованные (трансплантат против хозяина), атнителоопосредованные реакции (количество антителообразующих клеток, титр гемагглютининов), активность перитонеальных макрофагов (фагоцитарная активность, спонтанная миграция, Fc – розеткообразование, включение акридинового оранжевого в лизосомы), а также активность естественных киллеров [8, 11].
Выраженно подавляются факторы неспецифической защиты организма, снижается поглотительная и метаболическая активность нейтрофилов [3, 13].
При интоксикации 2,4-ДА в лимфоидных узлах выявлены изменения, свидетельствующие о снижении их функции [4], у животных повышается количество лимфоцитов, реализующих апоптоз [4, 23].
Помимо иммунотоксического воздействия, производные 2,4 – Д оказывают выраженное повреждающее действие на гепатобилиарную систему [2, 14, 26, 29, 35].
Известно, что печень и система иммунитета наиболее уязвимы к влиянию экотоксикантов [13, 14, 16]. Биотрансформация ксенобиотиков осуществляется преимущественно печенью, в процессе чего участвуют и микросомальные ферментные системы, ключевым ферментом является цитохром Р-450 [8, 16].
Рядом авторов показано, что механизм непрямого действия ХФГ сопровождается активацией системы цитохром Р-450- зависимых оксигеназ, что ведет к ускорению метаболизма соединений с образованием высокореактивных алкилирующих продуктов, подавляющих иммунитет. Механизмы индукции различны и реализуются на генетическом уровне [45].
Повышение активности монооксигеназ печени под влиянием 2,4 – Д и ее производных наблюдается при поступлении в организм сравнительно небольших количеств гербицидов [9].
При анализе метаболизма дибензилфлюоресцеина была установлена мощная, почти трехкратная индукция дибензилфлюоресцеин-дебензилазной активности в субмитохондриальной фракции печени крыс, получавших 2,4-ДА, что отражает адаптивное возрастание активности тех семейств изоформ цитохрома Р450 (CYP2C и CYP3A), которые участвуют в метаболизме данного ксенотоксиканта и чрезмерная активация которых весьма нежелательна для организма [9, 45]. 2,4-ДА в дозах 1/5 и 1/10 ЛД50 повышает активность аминопириндеметилазы печени и скорость гидроксилирования анилина [8].
В свою очередь увеличение активности определенных изоформ цитохромов у живых организмов является “маркерным” процессом загрязнения окружающей среды различными ксенобиотиками [16, 8].
Многие авторы отмечают, что активация микросомального окисления под влиянием 2,4-Д сопровождается образованием АФК, что ведет к развитию оксидативного стресса, при этом нарушаются функции транспортных и рецепторных белков клеточных мембран, возможна частичная или полная деструкция мембран, что ведет в последующем к инактивации цитохрома Р-450 и усугублению токсикоза [14, 50]. С другой стороны, повышенное образование АФК является причиной окислительного повреждения нуклеиновых кислот, белков, липидов, нарушения клеточного метаболизма и гибели гепатоцитов [8, 13, 14, 28].
В патогенезе токсического поражения печени имеют значение нарушения механизмов физиологической регенерации, индукция синтеза соединительной ткани и формирование фиброза [13, 14, 26].
Установлено, что подострая интоксикация крыс 2,4-Д ведет к развитию гистоморфологических нарушений структуры печени (фокальные некрозы, увеличение апоптоза, кариопикноза, отек и набухание гепатоцитов, венозный застой), падению активности антиоксидантных ферментов (каталаза, глутатионредуктаза) [13, 14, 35].
При длительном воздействии низких доз гербицида 2,4 – ДА были выявлены нарушения гемодинамики, дистрофические и некротические процессы в гепатоцитах с замещением их грубоволокнистой соединительной тканью [13].
Прогрессирующая гепатоцеллюлярная недостаточность сопровождается нарушением процессов холегенеза, экскреции желчи, биотрансформации токсических метаболитов и недоокисленных продуктов распада, а также усилением интоксикации [9, 26].
Таким образом, применение гербицидов – производных 2,4 – Д оказывает многостороннее воздействие на организм человека. Однако, учитывая необходимость их использования в сельском хозяйстве, эффекты ХФГ требуют дальнейшего изучения с целью изыскания возможных путей их коррекции.
Рецензенты:
Медведев Ю.А., д.м.н., профессор, старший научный сотрудник лаборатории №9 Научно-исследовательского технологического института гербицидов и регуляторов роста растений Академии наук республики Башкортостан, г. Уфа;
Корженевский А.А., д.м.н., врач-имму-нолог хирургического отделения №5 Республиканской клинической больницы им. Г.Г. Куватова, г. Уфа.
Работа поступила в редакцию: 24.06.2014
Библиографическая ссылка
Ахметченко З.А., Муфазалова Н.А., Муфазалова Л.Ф. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ХЛОРФЕНОКСИГЕРБИЦИДОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 7-4. – С. 817-824;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34989 (дата обращения: 16.04.2024).