Міри токсичності речовин

Кількісна характеристика токсичності речовин досить складна і вимагає багатобічного підходу. Судити про неї доводиться за результатами дії речовини на живий організм, для якого характерна індивідуальна реакція, індивідуальна варіабельність, оскільки в групі випробовуваних тварин завжди присутні більш менш сприйнятливі до дії токсину, що вивчається, індивідууми.

Існують дві основні характеристики токсичності – ЛД₅₀ і ЛД₁₀₀. ЛД – абревіатура летальної дози, тобто дози, що викликає при однократному введенні загибель 50 або 100% експериментальних тварин. Дозу зазвичай визначають в розмірності концентрації. Токсичними вважають усе ті речовини, для яких ЛД мала. Прийнята наступна класифікація речовин за ознакою гострої токсичності (ЛД₅₀ для щура при пероральному введенні, мг/кг):

Надзвичайно токсичні …………….<5

Високотоксичних…………………5 – 50

Помірно токсичні ………………..50 – 500

Малотоксичних…………………..500 – 5000

Практично нетоксичні ………….5000 – 15 000

Практично нешкідливі…………….<15000

Величина t_0,5 характеризує тягар напіввиведення токсину і продуктів його перетворення з організму. Для різних токсинів воно може скласти від декількох годин до декількох десятків років.

Крім ЛД₅₀, ЛД₁₀₀ і t_0,5 в токсикологічних експериментах на тваринах прийнято вказувати ще і час 100 або 50% загибелей об'єктів. Але для цього такі експерименти повинні проводитися протягом багатьох місяців і років, а при існуючому нетривалому контролі можна віднести до малотоксичних речовин – високотоксичні, але проявляючі свою негативну, згубну дію лише через тривалий час.

Крім цього, необхідно враховувати ще ряд чинників. Це і індівідуальность різних експериментальних тварин, і різний розподіл токсинів в органах і тканинах, і біотрансформація токсинів, яка утруднює їх визначення в організмі.

При хронічній інтоксикації вирішального значення набуває здатність речовини проявляти кумулятивні властивості, тобто накопичуватися в організмі і передаватися по харчових ланцюгах. Необхідно такоже враховувати комбіновану дію декількох чужорідних речовин при одночасному і послідовному потраплянні в організм і їх взаємодію з макро- і мікронутрієнтами харчових продуктів (оскільки людина може отримувати протягом всього життя разом з їжею цілий комплекс чужорідних речовин або у вигляді контамінантов-забрудників, або у вигляді добавок до харчових продуктів).

Комбінований ефект є результатом фізичних або хімічних взаємодій, індукції або інгібування ферментних систем, інших біологічних процесів Дія однієї речовини може бути підсилена або ослаблена під впливом інших речовин. Розрізняють два основні ефекти: антагонізм – ефект дії двох або декілька речовин, при якому одну речовину ослабляє дія іншої речовини (наприклад, дія ртуті і селену в організмі тварин і людини); синергізм – ефект дії, що перевищує суму ефектів дії кожного чинника (наприклад, комбінована дія хлоровмісних сполук, фосфорорганічних пестицидів, комбінована дія ксенобіотиків і деяких медикаментів).

У зв'язку з хронічною дією сторонніх речовин на організм людини і виникаючою небезпекою віддалених наслідків, найважливішого значення набувають канцерогенне (виникнення ракових пухлин), мутагенне (якісні і кількісні зміни в генетичному апараті клітки) і тератогенне (аномалії в розвитку плоду, викликані структурними, функціональними і біохімічними змінами в організмі матері і плоду) дії ксенобіотиків.

На основі токсикологічних критеріїв (з точки зору гігієни харчування) міжнародними організаціями ООН – ВОЗ, ФАО та ін., а також органами охорони здоров'я окремих держав прийняті наступні базові (основні) показники: ГДК, ДДД і ДДВ. (див. гл. 9).

ГДК (гранично-допустима концентрація) – гранично-допустимі кількості чужорідних речовин в атмосфері, воді, продуктах харчування з точки зору безпеки їх для здоров'я людини. ГДК в продуктах харчування – встановлена законом гранично-допустима з точки зору здоров'я людини кількість шкідливої (чужорідною) речовини. ГДК – це такі концентрації, які при щоденній дії протягом скільки завгодно довгого часу не можуть викликати захворювань або відхилення в стані здоров’я, які виявляють сучасними методами дослідження, в житті сьогодення і наступних поколінь.

ДДД (допустима добова доза) – щоденне надходження речовини, яка не чинить (робить) негативного впливу на здоров’я людини протягом всього життя.

ДДВ (допустиме добове вживання) – величина, яку розраховують множенням ДДД на середню величину маси тіла (60 кг).

3 Шкідливі природні компоненти харчових продуктів

Наслідком різкого порушення одного з принципів раціонального харчування, а саме, порушення співвідношення вмісту поживних речовин в раціоні, можуть бути захворювання, пов'язані з надлишковим надходженням в організм певних нутрієнтів. Так, надлишок в раціоні вуглеводів і, в першу чергу, сахарози (цукру) спричиняє виникнення цукрового діабету, ожиріння, деяких форм серцево-судинної патології, а надлишкове споживання жирів, особливо з залишками насичених жирних кислот, призводить до розвитку атеросклеротичного ураження судин, ожиріння. Несприятливо впливає на здоров'я людини не тільки надлишок (або недостача) тих чи інших макро- та мікроелементів їжі, але і їх незбалансованість. Так, причиною такого захворювання як пелагра у населення, що вживає у їжі великі кількості кукурудзи та сорго (як джерело білка), є незбалансованість амінокислот лейцину та ізолейцину. Токсичний ефект також можуть викликати деякі жирні кислоти, наприклад ерукова, характерна для рапсової та гірчичної олій.

Іншу групу природних харчових компонентів складають антиаліментарні (нехарчові) речовини, які самі не мають токсичної дії, але певним чином послаблюють засвоєння окремих поживних речовин.

Так, з деяких злаків, бобових та овочів (рис, пшениця, соя, квасоля), а також продуктів тваринного походження (білки яєць) виділена велика група інгібіторів протеїназ – ферментів, що розщеплюють білки в травному тракті. Ці білки-інгібітори утворюють стійкі комплекси з основними ферментами шлунково-кишкового тракту, що призводить до зниження їх активності, а отже – до неповного засвоєння білків харчового раціону. Теплова обробка дозволяє понижувати активність протеїну з деяких продуктів, наприклад яєць.

Антивітаміни – речовини, які здатні повністю або частково блокувати біологічну дію вітамінів. Так, до складу багатьох овочів, фруктів та ягід входить фермент аскорбатоксидаза – фермент, який руйнує аскорбінову кислоту (вітамін С). Інший приклад антивітамінів – тіаміназа, фермент, який розкладає тіамін (вітамін В₁). Тіаміназа міститься у сирій рибі.

І нарешті, до антиаліментарних речовин відносяться речовини, яким характерна демінералізуюча дія, що виражається у пригніченні засвоєння кальцію, заліза, цинку та низки інших мінеральних елементів, утворюючи з ними важкорозчинні сполуки. Типовим прикладом таких речовин є щавлева кислота та фітин. Щавлева кислота у значних кількостях міститься в щавлі, ревені; шпинаті, а фітин виявлений в злаках та бобових рослинах.

Для деяких харчових продуктів характерна наявність у їх складі природних токсичних компонентів, які є небезпечними для здоров'я людини лише в певних умовах. Так, гіркий мигдаль, ядра кісточок абрикосів, персиків, вишень та інших плодів містять токсичні компоненти – ціаногенні глікозиди. Небезпечною є позеленіла картопля, так як у цьому випадку в ній накопичується органічна речовина, (сапонін – діосгенін), що має токсичні властивості.

Діосгенін Амігдалин

Копчені та перегріті продукти, і особливо жири, накопичують поліциклічні ароматичні вуглеводні, нітрозосполуки, які мають канцерогенну дію.

До. незвичайних компонентів з нових джерел сировини можна віднести штучні речовини, які отримані шляхом мікробіологічного і хімічного синтезу або генетичних змін.

Необхідно також відмітити деякі харчові компоненти, для яких характерна фармакологічна активність. Одним з таких компонентів є етиловий спирт, який, з одного боку, є біологічно активною речовиною (джерелом енергії), а з іншого – небезпечною для організму людини речовиною, так як його фармакологічна (а саме наркотична) дія виражена значно сильніше. До токсикантів також відносять деякі стимулятори нервової діяльності (кофеїн, теобромін, теофілін)

Кофеїн Теобромін

які є специфічними компонентами чаю, кави, деяких прохолоджуючих тонізуючих напоїв (Coca-Cola та ін.). Значну небезпеку можуть становити продукти, насичені біологічно активними компонентами – біогенними амінами (тирамін, серотонін, норадреналін тощо), які містяться як в продуктах тваринного (сири, печінка, солена риба), так і рослинного

Тирамін Серотонін Норадреналін

(томати, банани, апельсини, ананаси) походження. Надходження з їжею згаданих речовин в деяких випадках перевищує допустимі дози. Так, наприклад, горнятко міцної кави містить 100 – 150 мг кофеїну, а в 100 г бананів міститься до 3 мгсеротоніну.

До цієї групи ефектів несприятливого впливу природних компонентів їжі на організм людини відносяться також випадки спадкового порушення синтезу деяких ферментів травного тракту, що призводить до порушення обміну тих чи інших нутрієнтів (білків, вуглеводів тощо). Як приклад, можна навести широко розповсюджений синдром несприйняття молока, а точніше молочного цукру – лактози пов'язане з відсутністю (або зниженою активністю) у слизовій кишківника

Лактоза

ферменту, що розщеплює лактозу. Інше захворювання – глютенова ентерпатія - пов'язане з нестачею одного з ферментів, який розщеплює глютен (білок), що виражається у несприйнятті організмом пшеничного білка. В основі несприйняття низки харчових продуктів можуть лежати інші механізми, пов'язані зі спадковим дефектом синтезу внутріклітинних ферментів.

4. Хімічні забруднювачі харчових продуктів

Недбайливе ставлення до землі, води, біосфери в цілому призвело до того, що рослинний і тваринний світ став небезпечним для людини. Промислові підприємства своїми стічними водами забруднюють водні басейни. Теплові електростанції, заводи, фабрики викидають в атмосферу тонни шкідливих газів. Вміст токсичних речовин у вихлопних газах автомобілів значно перевищує загальноприйняті норми.

У організм людини з їжею і напоями надходить безліч шкідливих речовин. До них належать сполуки, що утворилися в процесі технологічної та кулінарної обробки, а також побічні забруднювачі. Останні діляться на дві основні групи: екзогенні та ендогенні.

До екзогенних належать сполуки, які потрапили в харчові продукти із зовнішнього середовища. Наприклад, у рослинну продукцію – внаслідок застосування понаднормативних доз мінеральних добрив, пестицидів; у тваринницьку – стимуляторів росту тварин, антибіотиків. До цієї ж групи належать екстракти тари, технологічного обладнання, рештки дезинфікуючих або миючих засобів, промислових відходів тощо.

До другої групи відносять ендогенні речовини, що утворюються у сировині й продукції під дією хімічних і фізичних факторів, а також внаслідок взаємодії складових частин та екзогенних речовин.

Промислові викиди хімічних та радіоактивних відходів у навколишнє середовище спричиняють забруднення харчових продуктів; неправильне застосування пестицидів та хімічних добрив; використання недосконалої технології та обладнання при виробництві харчових продуктів і, як наслідок, потрапляння шкідливих домішок у кінцевий продукт або утворення шкідливих речовин під час виробничого процесу.

Забруднення харчових продуктів промислового походження – це складні органічні й металоорганічні речовини, які являють собою побічні продукти промислових, хімічних та інших процесів. У інших випадках шкідливі речови­ни з'являються внаслідок комплексної діяльності людини.

Забруднення, що потрапляють із навколишнього середовища, мають різну хімічну структуру. За фізичними властивостями – це стабільні та стійкі у навколишньому середовищі сполуки, які мають здатність до біокумуляції.

У деяких промислових районах поширені такі канцерогенні речовини як багатоядерні ароматичні вуглеводні, антроцен, фенантрон, бензантрацен, пірен, бензопірен та інші сполуки з конденсованими ядрами. (див. стор. 22). Вони є в повітрі, воді, коптильному димі, вихлопних газах. Хоча ці речовини мають різну канцерогенну активність, проте необхідно повсякденно аналізувати продукцію на наявність у ній багатоядерних ароматичних вуглеводів.

При зберіганні сировини, технологічній її обробці також утворюється багато шкідливих сполук.

За хімічною природою забруднювачі харчових продуктів надзвичайно різноманітні. До найбільш поширених і важливих відносять важкі метали та інші хімічні елементи, хлорорганічні сполуки (пестициди, діоксани), нітрати, нітрити, радіонукліди, поліциклічні ароматичні сполуки, нітрозаміни та інші канцерогени.

4.1 Вплив важких металів на людський організм

В живих організмах важкі метали відіграють двояку роль. В малих концентраціях вони входять до складу біологічно активних речовин, які регулюють нормальний перебіг процесів життєдіяльності. Зростання в результаті техногенного забруднення нешкідливих концентрацій важких металів призводить до негативних і навіть катастрофічних наслідків для живих організмів.

Результати моніторингу безпеки харчових продуктів за останні роки показали, що від 0,80 до 3,82% вивчених проб харчових продуктів (по Україні) перевищували гігієнічні регламенти по свинцю; 0,60 – 4,68% – по ртуті; 1,09 – 1,75% – по кадмію. До 10% проб харчових продуктів містять солі важких металів і половина з них – у дозах, що перевищують гранично допустимі концентрації (ГДК). У зв'язку з небезпекою впливу на організм людини в рослинній сировині нормується вміст таких металів, як свинець, кадмій, ртуть, мідь, цинк, олово та миш'як (таблиця 1).

Таблиця 1. Гранично допустимі концентрації катіонів важких металів у харчових продуктах, мг/кг

* У перерахунку на сиру масу

Ртуть (Hg) належить до найпоширеніших у природі мікроелементів, вона легко утворює велику кількість органічних і неорганічних сполук, значна частина яких отруйна. Рідка ртуть не має виражених токсичних властивостей. У минулому її навіть використовували при лікуванні завороту кишківника. Однак випари ртуті згубно впливають на організм, вражаючи центральну нервову систему. Хронічне отруєння ртуттю може статись при вмісті у повітрі її сотих часток. Хвороба прогресує швидко, виражаючись втомленістю, підвищеною збудливістю з наступним ослабленням пам'яті, головними болями тощо.

Ртуть – один з найбільш небезпечних та високотоксичних елементів, здатних накопичуватися в організмі рослин, тварин та людини.

Джерелами забруднення сільськогосподарських продуктів ртуттю є пестициди, а морських та річкових – стоки целюлозної і паперової промисловості, а також хімічних підприємств.

У повітрі ГДК для ртуті становить 0,0003 мг/м³, у воді – 0,0005 мг/л.

Мікрокількості ртуті постійно присутні в організмі людини (приблизно 10 мг) і в основному акумулюються у нирках і печінці. При надходженні в легені ртуть затримується повністю. Виведення її з організму здійснюється усіма залозами кишково-шлункового тракту, нирками, потовими, молочними і слинними залозами. Період напіввиведення становить 71 добу.

В харчових продуктах рослинного походження вміст ртуті не перевищує 100 мкг/кг. У продуктах тваринництва ртуть міститься ще в менших кількостях – до 70 мкг/кг. М'ясо риби відрізняється найвищим вмістом ртуті та її сполук: прісноводної риби 100 – 500 мкг/кг, океанської – 300 – 600 мкг/кг. Організм риб здатен синтезувати метилртуть, яка накопичується в печінці при достатньому вмісті в їжі вітаміну В₁₂. При забрудненні річок, морів та океанів ртуттю її рівень в організмах риб значно збільшується і стає небезпечним для здоров'я людини.

При варінні риби та м'яса концентрація ртуті в них зменшується, при аналогічній обробці грибів – залишається без змін.

Випадки забруднення харчових продуктів ртуттю є відносно рідкісними.

Механізм токсичної дії ртуті на людський організм пов'язують з її взаємодією з молекулами білків. Неорганічні сполуки ртуті порушують обмін аскорбінової кислоти, піридоксину, кальцію, міді, цинку, селену; органічні – обмін білків, цистеїну, аскорбінової кислоти, токоферолів, заліза, міді, мангану, селену.

Органічні сполуки ртуті – стійкі сполуки, дуже повільно розкладаються та виводяться з організму. Вони здатні накопичуватися в організмі до небезпечних концентрацій. Особливо небезпечною є метилртуть та алкільні сполуки, яким характерна висока токсичність (ураження центральної нервової системи, печінки, нирок та інші органи травлення) та мутагенність.

Допустима добова доза ртуті, встановлена ФАО/ВООЗ, становить 0,05 мг.

Кадмій (Cd) належить до пріоритетних забруднювачів. Джерелом забруднення кадмієм є арматура, зафарбована кадмієвими сполуками, та пластмаси, які використовуються в харчовій промисловості для машин та обладнання. Встановлено, що 80% цього металу надходить в організм людини з їжею, 20% через легені з атмосфери та при курінні. Доросла людина з раціоном отримує до 150 мг/кг кадмію на добу.

Кадмій міститься в багатьох рослинних продуктах, мкг/кг: зернові – 28 – 95; горох – 15 – 19; картопля – 12 – 50; помідори – 10 – 30; фрукти – 9 – 42; рослинна олія – 10 – 50; гриби 100 – 500. В продуктах тваринного походження (в се­редньому), мкг/кг: молоко – 2,4; сир – 6; яйця – 23 – 250.

Є дані про тератогенну, мутагенну та канцерогенну дію кадмію. Цей метал здатний заміщати цинк в системах, необхідних для формування кісткових тканин, що супроводжується важкими захворюваннями. Кадмій є антагоністом кобальту та селену, інгібуючи активність ферментів, що містять ці елементи. Відома також здатність кадмію порушувати обмін заліза та кальцію, спричиня­ючи цілу низку захворювань: гіпертонічну хворобу, анемію, зниження імунітету та ін.

Цей мікроелемент, за припущеннями дослідників, спричиняє онкологічні захворювання. Рак легенів, вірогідно, є результатом тривалої дії аерозолю кадмій оксиду, що надходить в організм з тютюновим димом, оскільки серед постраждалих від раку легенів 80 – 90% курці. Тютюн акумулює кадмій, що надходить з ґрунту в кількості до 2 мг/кг, що в багато разів перевищує гранично допустимий його вміст в основних продуктах харчування.

Курці, особи, зайняті на виробництвах, які використовують кадмій, часто хворіють емфіземою легень, а ті, хто не палить, – бронхітами, фарингітами та іншими захворюваннями органів дихання. Найсерйознішим наслідком кадмієвої токсикації є ниркова недостатність, зниження інтенсивності виведення з організму багатьох токсинів.

За рекомендаціями ВООЗ допускається добова доза кадмію приблизно 70 мкг, однак реальне його надходження з їжею і повітрям досягає 150 мкг/добу.

Свинець (Рb) Як і кадмій, ртуть, він належить до першої групи небезпеки. Його використовують при виготовленні сурику, свинцевих білил, глазурі. Металічний свинець ще з часів Давнього Риму застосовували при проведенні водопроводів. Він відноситься до найбільш поширених та небезпечних токсикантів.

Сьогодні практично всі харчові продукти, вода та інші об'єкти навколишнього середовища забруднені свинцем. У результаті виробничої діяльності в природні води щорічно потрапляє 500 – 600 тис. тонн свинцю, а на поверхню Землі через атмосферу його осідає до 400 тис. тонн. У повітря основна частина свинцю (260 тис. тонн) викидається відпрацьованими газами автотранспорту, а також (до 30 тис. тонн) при спалюванні кам'яного вугілля. Подвоєння його вмісту у повітрі відбувається через кожних 14 років. Основною формою його перебування там є тонкі аерозолі оксидів. У районах автомагістралей їх може бути до 40 мкг/м . У країнах, де використання бензину з домішками тетраетилсвин- цю зведено до мінімуму, вміст оксидів свинцю у повітрі менший на 25%.

Середня кількість свинцю, який потрапляє в організм з харчовими продуктами, становить 250 – 300 мкг в день, з повітря надходить 90 мкг. При обробці продуктів основним шляхом потрапляння свинцю є жерстяний посуд, в яку за­звичай упаковують харчові вироби. Встановлено, що біля 20% свинцю у щоденному раціоні людей надходить з консервованої продукції, в тому числі від 13 до 14% з посуду, а 6 – 7% – з самого продукту.

Середній вміст свиндю в харчових продуктах становить, мг/кг: фрукти – 0,01 – 0,6; овочі – 0,02 – 1,60; крупи – 0,03 – 3,00; хлібобулочні вироби – 0,03 – 0,82; м'ясо та риба – 0,01 – 0,78; молоко – 0,01 – 0,10.

Свинець не відноситься до життєво необхідних елементів і є для організму тварин і людини токсичною речовиною з кумулятивними властивостями.

В першу чергу в людському організмі свинець вражає кровотворну, нервову, травну систему та нирки. Відмічений також його негативний вплив на статеву функцію організму.

Надмірний вміст свинцю підвищує ризик смертності від серцево-судинних захворювань. Відомі випадки гострої побутової інтоксикації: квасом, що простояв 5 днів у глазурованій глиняній посудині; огірками, замаринованими у глиняному посуді; варенням, що зберігалось в глазурованих горшках.

Дефіцит в раціоні кальцію, заліза, пектинів, білків збільшує засвоєння свинцю, а отже і його токсичність.

За даними ВООЗ допустима добова доза свинцю становить 0,007 мг/кг маси тіла.

Миш'як (As)широко розповсюджений у навколишньому середовищі. Він зустрічається майже у всіх ґрунтах. Світове виробництво миш'яку стано­вить приблизно 50 тис. тон в рік. Останнім часом виробництво миш'яку кожні 10 років зростає на 25%. В результаті широкого розповсюдження в навколишньому середовищі і використанні у сільському господарстві, миш'як присутній у більшості продуктах харчування. Цей елемент також знаходить використання при виробництві напівпровідників, скла, барвників.

Зазвичай його вміст у продуктах харчування малий – менш ніж 0,5 мг/кг, і рідко перевищує 1 мг/кг, за виключенням деяких морських організмів. При ві­дсутності значних забруднювачів, вміст миш'яку у фруктах до 0,20 мг/кг, яйцях – до 0,03 мг/кг, м'ясі – до 0,01 мг/кг, молочних продуктах – до 0,05 мг/ кг. В морських продуктах вміст миш'яку зазвичай більший – на рівні 1,5 – 15,3 мг/кг.

Сполукам миш'яку характерний високий ступінь кумуляції, а тому їх надходження з їжею в значних кількостях може призвести до гострої або хронічної інтоксикації, розвитку злоякісних новоутворень. Разова доза в 30 мг миш'яку смертельна для людини. Механізм токсичної дії миш'яку пов'язаний з блокуванням ферментів, які контролюють тканинне дихання, поділ клітин, інші життєво важливі функції. Неорганічні сполуки миш'яку більш токсичні, ніж ор­ганічні. Після ртуті миш'як є другим за токсичністю забруднювачем харчових продуктів.

Допустима добова доза миш'яку становить 0,05 мг/кг маси тіла.

Ртуть, кадмій, свинець та миш'як є особливо небезпечними ще й тому, що серйозної шкоди організмові завдають навіть мікроскопічні їх концентрації. При цьому особливо важливим є забезпечення екології довкілля, адже основ­ним джерелом отруєння цими елементами є повітря, яким дихає людина.

Шкодять людському організмові промислові викиди підприємств, які потрапляють не лише у повітря, а й у воду та ґрунт. Тому особливо потерпають від дії отруйних елементів жителі великих промислових центрів.

4. 2:. Забруднення продуктів радіонуклідами

Радіоактивні матеріали увійшли до складу Землі із самого її виникнення. Навіть людина злегка радіоактивна, бо в будь-якій живій тканині присутні сліди радіоактивних речовин. Людина зазнає опромінення двома способами: радіоактивні речовини можуть знаходитись поза організмом і опромінювати його ззовні, у цьому випадку йдеться про зовнішнє опромінення. Або ж радіоактивні речовини можуть перебувати в повітрі, яким дихає людина, в їжі, чи у воді, і потрапити в організм. Перед тим як потрапити в організм людини, радіоактивні речовини проходять складний шлях у навколишньому середовищі. Виникнення у біосфері продуктів ділення та включення їх у харчові ланцюги, зумовило над­ходження радіонуклідів у живі організми і стало причиною додаткового опромінення рослин, тварин та людини. Можна виділити наступні шляхи потрап­ляння радіонуклідів в організм людини через продукти харчування: рослина – людина; рослина – тварина – молоко – людина; рослина – тварина – м'ясо – людина; атмосфера – опади – водойми – риба – людина.

Розрізняють поверхневе та структурне забруднення харчових продуктів радіонуклідами.

При поверхневому забрудненні радіоактивними речовинами, леткі спо­луки осідають на поверхні продуктів, частково проникаючи всередину рослинної тканини. Більш ефективно радіоактивні речовини утримуються на рослинах з ворсистим покривом, в складках листя суцвіть. При цьому затримуються не тільки розчинні форми радіоактивних сполук, а й нерозчинні. Однак поверхневе забруднення легко видаляється навіть через декілька тижнів.

Структурне забруднення обумовлене фізико-хімічними властивостями радіоактивних речовин, складом ґрунту, фізіологічними особливостями рослин. При надходженні радіонуклідів з ґрунту через кореневу систему рослин, внаслідок дії сорбційних сил ґрунтового поглинального комплексу, відбувається сепарація радіонуклідів. Одні з них перебувають у ґрунті у порівняно доступному для рослин стані і тому велика їх кількість надходить у наземні частини рослин, а та частина, що міцно фіксується твердою фазою ґрунту, мало доступна для рослин.

Одним із шляхів включення радіонуклідів у біологічні і харчові ланцюги може бути вживання тваринами разом з кормом часток ґрунту, що містять радіонукліди при випасанні. Основними каналами виведення радіонуклідів з організму ссавців є шлунково-кишковий тракт і нирки, а у лактуючих тварин, крім того – молочні залози. Частина радіоактивних елементів, яка надійшла в організм лактуючих тварин, виводиться разом з молоком. У дослідах на лактуючих козах і коровах доведено, що концентрація радіонуклідів у молоці завжди у 5 – 10 разів вища, ніж у плазмі крові. Найбільш високі концентрації радіонуклідів у молоці корів спостерігаються у зимові та весняні місяці, що пояснюється зменшенням потреби щитовидної залози в йоді і підвищенням поглинання його молочною залозою.

Опромінення цілісного організму призводить до зниження глікогену в скелетних м'язах, печінці і ряду других тканин в результаті нейрогуморальної реакції на опромінення. Окрім цього виявляється порушення процесів розпаду глюкози (гліколіз) і високополімерних полісахаридів.

При дії іонізуючих випромінювань на ліпіди відбувається утворення пероксидів. Схема реакцій в цьому випадку може бути представлена таким чином:

RООН R^• і RООН RОО^• – початкове утворення радикалів;

R^• + О₂ RО₂^• і RОО^• + RН RООН + R^• – ланцюгові реакції.

Цим процесам надають особливе значення в розвитку променевого ураження, оскільки це приводить до руйнування клітинних мембран і загибелі клітки. У організмі при його опроміненні спостерігається зниження загального вмісту ліпідів, їх перерозподіл між різними тканинами із збільшенням рівня в крові і печінці (що, ймовірно, пов'язано із змінами вуглеводного обміну). Крім того, спостерігається пригноблення ряду антиоксидантів, що, у свою чергу, також сприяє утворенню, токсичних гідропероксидів.

По характеру розподілу в організмі людини радіоактивні речовини можна умовно розділити на наступні три групи.

1. Що відкладаються переважно в скелеті (так звані остеотропні ізотопи — стронцій, барій, радій та інші).

2. Що концентруються в печінці (церій, лантан, плутоній та інші).

3. Що рівномірно розподіляються по системах (водень, вуглець, інертні гази, залізо та інші). Причому одні мають тенденцію до накопичення в м'язах (калій, рубідій, цезій), а інші – в селезінці, лімфатичних вузлах, наднирниках (ніобій, рутеній).

Особливе місце займає радіоактивний йод – він селективно акумулюється щитовидною залозою.

Найбільші зміни в навколишньому середовищі були відмічені у період використання різних видів ядерної зброї та при серйозних аваріях на радіоактивно небезпечних об'єктах, наприклад при аварії на Чорнобильській АЕС понад 43% радіоактивних речовин від загальної їх кількості припадає на ¹³¹I, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs та ¹³⁴Cs

Стронцій-90 – радіоактивний елемент – джерело β-випромінювання, який має період напіврозпаду 29 років. Будучи аналогом кальцію, стронцій при надходженні в організм вступає в мінеральний обмін.

В організмі стронцій-90 добре всмоктується в шлунково-кишковому тракті, значні його кількості відкладаються у скелеті. Це призводить до внутрішнього опромінення не тільки самих кісток та кісткового мозку, але й інших тканин. Величина відкладання ⁹⁰Sr в організмі тварин та людини залежить від віку особини, кількості радіонукліду, інтенсивності росту нової кісткової тканини тощо. Велику небезпеку ⁹⁰Sr чинить для дітей, в організм яких він надходить з молоком і накопичується в кістковій тканині, яка швидко росте.

Період напіввиведення стронцію-90 з м'яких тканин становить 2,5 – 8,5 діб, а з кісток – 90 – 154 доби.

Цезій-137 – радіоактивний ізотоп, ядра якого випромінюють β-частинки та g-промені. Його період напіврозпаду становить 30 років. Це один з основних компонентів радіоактивного забруднення біосфери.

Ступінь всмоктування цезію-137 у шлунково-кишковому тракті становить 100%, так як він не утворює важкорозчинних сполук. В молодих організмах його засвоєння більше, ніж у старих.

Найбільше цезію накопичується в м'язах, серці, печінці, нирках. Цей елемент в організмі бере участь в обмінних процесах, поряд з калієм, який, як відомо, є основним елементом кровотворення.

Йод-131 – радіоактивний елемент – джерело β- та g-випромінювань. За рахунок порівняно невеликого періоду напіврозпаду (8 днів) його фізіологічна дія на організм відбувається лише протягом 50 днів. За цей час його кількість зменшується приблизно у 128 разів. Радіоактивний йод попадає в організм людини зі свіжим молоком, свіжими овочами та яйцями. Він накопичується у щитовидній залозі, забруднюючи її значно більше, аніж інші органи.

Використання в їжу продуктів, які містять радіоактивні речовини навіть в невеликих кількостях, може викликати у споживачів порушення функцій ендокринної, кровотворної, серцево-судинної, імунної, нервової, статевої, дихальної та інших систем з розвитком тяжких патологічних захворювань (лейкемії, злоякісних новоутворень, дистрофії, ожиріння тощо).

Зменшення надходження радіонуклідів в організм з їжею можна досягти шляхом зменшення їх кількості в продуктах харчування за допомогою різних технологічних та кулінарних обробок харчової сировини. За рахунок обробки харчової сировини – ретельного миття, чистки продуктів можливо видалити від 20 до 60% радіонуклідів. Так, перед миттям деяких овочів необхідно видаляти верхні більш забруднені шари (капуста, цибуля ріпчаста та інші). Картоплю та коренеплоди обов'язково миють двічі: перед очисткою та після.

Найбільш ефективним методом кулінарної обробки сировини в умовах підвищеного забруднення радіонуклідними речовинами є варіння, при якому значна частина радіонуклідів переходить у відвар. Для отримання відвару необхідно варити продукт у воді 10 хв. Потім воду злити і продовжувати варіння у новій порції води.

М'ясо перед приготуванням потрібно порізати на шматочки, замочити на дві години в холодній воді, потім воду злити, залити другою водою і варити протягом 10 хв., потім слід воду злити і варити у новій порції води до готовності. При смаженні м'яса та риби на поверхні з'являється кірка, котра перешкоджає виведенню радіонуклідів та інших шкідливих речовин. Тому при ймовірному забрудненні харчових продуктів потрібно надавати перевагу відварним м'ясним та рибним стравам, а також стравам, приготовленим на парі.

Зниження вмісту радіонуклідів у молочних продуктах можна досягти шляхом отримання із молока жирових та білкових концентратів. При переробці молока у вершки залишається не більше 9% цезію і 5% стронцію, в сирі – 21% цезію та 27% стронцію, в сирах 10% цезію і 45% стронцію, вершковому маслі – біля 2% цезію від його вмісту в молоці.

Миття і тушкування квасолі сприяє зменшенню кількості стронцію на 56%. При очищенні помідорів від шкірки після занурення у гарячу воду вміст того ж радіоізотопу зменшується на 39%. Стерилізація стручкової квасолі в домашніх умовах зумовлює зниження стронцію на 50%. Миття зелені і салатів 2%-им розчином лимонної кислоти зменшує кількість цезію на 57% і стронцію на 19%.

Фрукти і овочі, крім кулінарної обробки у домашніх умовах, у великій кількості переробляють у промислових умовах.

Особливий інтерес становить вплив технологічного режиму виробництва на плодові і овочеві консерви. При нормальній технологічній переробці основних фруктів і овочів вміст стронцію у готовому продукті зменшується майже у 6 разів порівняно із сировиною. Вміст радіоізотопу зменшується при консервуванні у такому порядку: молодого гороху – у 3,5 рази, моркви – у 1,3, помідорів – 1,5 і персиків у 2 рази. При переробці у промислових умовах фруктів і овочів, забруднених радіонуклідами лише ззовні, рекомендується такий режим попередньої обробки:

· промивання протягом 1 – 2 хв. водяним струменем з метою усунення основної частини механічно затриманих радіонуклідів;

· обробка протягом 10 хв. десорбуючим розчином соляної кислоти (1%);

· повторне миття водним струменем протягом однієї хв. для усунення решти розчину з поверхні фруктів та овочів.

Аварія на Чорнобильській АЕС значно посилила дію іонізуючого випромінювання на значну кількість людей, які проживають на величезних територіях та відрізняються за віком, статтю, станом здоров'я та умовами життя. Забезпечення радіаційної безпеки при підвищеному вмісті ізотопів в навколишньому середовищі пов'язане з нормуванням та контролем концентрації радіоактивних речовин в об'єктах навколишнього середовища та організмі людини. Для обмеження радіоактивного опромінення людини встановлені допустимі рівні (ДР) вмісту радіонуклідів (цезію-137 та стронцію-90) у продовольчій сировині та харчових продуктах, які розроблені на основі гранично допустимих добових доз їх надходження в організм у складі харчових раціонів (таблиця 2).

Таблиця 2.Допустимі рівні вмісту радіонуклідів цезію-137 та стронцію-90 у продуктах харчування

та питній воді (ДР-97) в Україні, Бк/кг, Бк/л

4.3 Забруднення нітратами та нітритами

Нітрати – це солі азотної кислоти, які є природними сполуками і добре розчиняються у воді, а при нагріванні можуть переходити у нітрити з виділенням кисню. Нітрати є нормальним продуктом обміну азотистих речовин будь-якої живої істоти. Тому «безнітратних» продуктів у природі не існує. Навіть в організмі людини за добу утворюється та використовується в обмінних процесах більше 100 мг нітратів.

Основними джерелами надходження нітратів в організм людини є, в першу чергу, продукти рослинного походження (від 58,7 до 86% добового надходження нітратів припадає на овочі). Середньодобове надходження нітратів в організм людини з деякими овочами і плодами за даними НДЦ Міністерства охорони здоров'я України наведено в таблиці 3.

Таблиця 3 Розрахункове середньодобове надходження нітратів в організм людини

з деякими овочами і плодами

* Середня величина для ранніх і пізніх культур

** Середня величина для культур у відкритому та захищеному грунті

Нітрати входять до складу мінеральних добрив, а також є натуральним компонентом харчових продуктів рослинного походження. У рослини нітрати надходять з ґрунту. Концентрація нітратів в продуктах харчування залежить в основному від неконтрольованого використання азотних добрив. Основним джерелом нітратів у сировині та продуктах харчуванні крім азотовмісних сполук є нітратні харчові добавки, які вводять у м'ясні вироби для покращення їх харчових показників і пригнічення мікроорганізмів.

В Україні майже шоста частина сільськогосподарської плодоовочевої продукції містить нітрати у дозах, які перевищують максимально допустимий рівень. У першу чергу надмірний вміст нітратів у харчових продуктах сприяє розвитку онкологічних і алергічних захворювань.

Надмірний вміст нітратів у плодоовочевій продукції - не лише наслідок неправильного використання азотних добрив, а й результат сорбції окисів азоту безпосередньо з атмосфери, які утворюються при спалюванні різних видів палива. Основними причинами надлишку нітратів у овочах із закритого ґрунту (парники, теплиці тощо) є недостатнє освітлення, ущільнення посівів.

Вміст нітратів у рослинах залежить від видових і сортових особливостей, часу збирання та ін. За однакових умов невелику кількість їх нагромаджують баклажани, томати, цибуля; підвищену – салати, капуста, ревінь, петрушка, редька, редиска. При звичайному вирощуванні нітрати не нагромаджуються в яблуках, ягодах, вишні, сливі, смородині, аґрусі.

Менше нітратів містять дозрілі рослини. У харчових м'ясо-молочних продуктах наявність нітратів залежить від їх рівня в організмі тварин, а в кормових культурах – від видового складу, сорту, дози внесення азотних добрив, грунтово-кліматичних умов вирощування та інших агротехнічних факторів.

Велике значення для зниження вмісту нітратів має технологічна обробка сільськогосподарських продуктів. Так, при митті кропу, салату, петрушки й інших зелених культур кількість нітратів знижується на 20%, а після двогодин­ного вимочування у воді на 30 – 60%. Відварювання до готовності картоплі, буряків, моркви (після чистки і миття) дозволяє значно знизити концентрацію цих речовин.

Разом з тим, слід відмітити важливе значення нітритів у кольороутворенні м'ясних виробів. У виробництві м'ясних виробів для запобігання небажаної зміни забарвлення м'яса використовують суміш нітритів NaNO₂ та KNО₂, яка надає м'ясному продукту приємного для споживача яскраво-рожевого кольору після термічної обробки.

В чому ж полягає небезпека нітратів? При вживанні в збільшеній кількості нітрати (NО₃^–) під час травлення частково відновлюються до нітритів (NО₂^–). Механізм токсичної дії нітритів в організмі заключається в їх взаємодії з гемоглобіном крові і в утворенні метгемоглобіну, нездатного зв'язувати і переносити кисень. 1 Мг нітриту натрію (NaNO₂) може перевести вметгемоглобін біля 2000 мг гемоглобіну.

Згідно даним ФАЗ/ВОЗ, ДДД (допустима добова доза) нітриту складає 0,2 мг/кг тіла, виключаючи грудних дітей. Гастра інтоксикація настає при одноразовій дозі в 200 – 300 мг, летальний вихід – при 300 – 2500 мг. Токсичність ніиритів буде залежати від харчового раціону, індивідуальних особливостей організму, а саме від активності ферменту метгемоглобінредуктази, здатного відновлювати метгемоглобін в гемоглобін. Хронічна дія нітритів приводить додії різних негативних факторів, в тому числі і онкогенних. Нітрати, як вже зазначалося вище, самі по собі не володіють вираженою токсичністю, однак одноразове вживання 1 – 4 г нітратів викликає у людей гостре отруєння, а доза 8 – 14 г може бути смертельною. ДДД в перерахунку на нітрат і ОН^–, складає 5 мг/кг маси тіла, ГДК (гранично допустима концентрація) нітратів в питній воді – 45 мг/л.

Крім того, із нітритів за наявності різних амінів иожуть утворитися N–нітрозоаміни:

де R, R₁ – алкільні, арильні, гетероциклічні радикали.

Залежно від природи радикалу можуть утворюватися різні нітрозоаміни, 80% з яких мають канцерогенну мутагенну тератогенну дію, при цьому канцерогенна дія цих сполук є переважною.

Нітрозоаміни можуть утворюватися в навколишньому середовищі, так з добовим раціоном людина отримує приблизно 1 мкг нітрозосполук, з питною водою – 0,01 мкг; з повітрям – 0,3 мкг. Але ці величини можуть значно коливатися залежно від ступеня забруднення навколишнього середовища. В результаті технологічної обробки сировини, напівфабрикатів (інтенсивна термічна обробка, коптіння, соління, тривале зберігання і т.п.) утворюється широкий спектр нітрозосполук. Крім того нітрозоаміни утворюється в організмі людини в результаті ендогенного синтезу із нітратів і нітритів.

Найбільш поширеними є наступні нітрозосполуки:

N–нітрозодиметиламіни (НДМА)

N–нітрозодіетиламіни (НДЕА)

N–нітрозодипропіламіни (НДПА)

N–нітрозодибутиламіни (НДБА)

N–нітрозопіперидина (НПіП)

N–нітрозопіролідин (НПіР)

Таблиця 4. Максимально допустимі рівні нітратів у плодоовочевій продукції

4.4. Забруднення продуктів харчування пестицидами

Пестициди (лат. pestis – зараза; sidus – вбиваю) – загальна назва різних хімічних засобів, призначених для боротьби із шкідливими організмами рослинного і тваринного походження. Але вони надають лише тимчасову допомогу, оскільки з часом сприяють виробленню стійкості до постійно застосовуваних засобів. Це викликає необхідність використання нових, ще сильніших речовин, які паралельно посилюють негативний вплив на ґрунт, воду, повітря, якість продукції, на корисну флору і фауну, тим самим прискорюючи процес порушення біологічної рівноваги в природному середовищі. Дослідження показують, що в посівах кукурудзи майже 30 видів бур'янів, раніше чутливих до гербіцидів, набули до них стійкості. Розповсюдження пестицидів у навколишньому середовищі відбувається як фізичним, так і біологічним шляхом. Перший спосіб – розсіювання з допомогою вітру в атмосфері та поширення через водостоки. Другий – перенесення живими організмами. Із просуванням організмів до вищих ланок харчового ланцюга концентрації шкідливих речовин зростають, нагромаджуючись у внутрішніх органах, переважно в печінці та нирках.

Пестициди поділяють на: гербіциди – речовини, призначені для знищення бур'янів, інсектициди – для знищення комах; фунгіциди – для знищення грибів (збудників хвороб); акарициди – для знищення кліщів; зооциди – для знищення гризунів; овіциди – для знищення яєць комах; родентициди – для знищення мишей, пацюків та інших гризунів; овіциди – для боротьби зі шкідливими птахами та інші.

До організму людини вони потрапляють через шкіру, дихальні шляхи чи шлунково-кишковий тракт; при безпосередній роботі з пестицидами або через їжу. Пестициди можуть міститися не лише в продуктах рослинного походження, а й у молочній та м'ясній продукції, тому що в організмах сільськогосподарських тварин залишаються пестициди, що були присутні у кормі. Разом з талими, дощовими та ґрунтовими водами ці речовини у великій кількості потрапляють до водойм. За даними недавніх досліджень якості дніпровської води, пестициди присутні в усіх видах риб, причому рівень токсичних речовин в ор­ганізмах річкових жителів значно вищий, ніж у самій воді.

Таким чином, в людському організмі опиняється незначна кількість шкідливих речовин, що мають властивість накопичуватись й викликати різноманітні хронічні захворювання шлунково-кишкового тракту чи нервової системи, а також дерматити та розлад дихання. Деякі пестициди здатні передаватися з молоком матері. Наприклад ДДТ, який хоч і заборонений зараз у багатьох країнах, міститься «всередині» кожного жителя планети, успадкований від попереднього покоління.

Обіг пестицидів в світі виріс за 5 років на 17% з 26,8 млрд. доларів в 1991 р. до 31,3 млрд. в 1996 р. До 2001 року обіг пестицидів становить 38,5 млрд. Цей ріст обумовлений збільшенням потреб у використанні пестицидів у США, Західній Європі, Японії.

В 1996 році в світі було вироблено 2,4 млн. тон пестицидів. Основними їх виробниками та споживачами є країни Північної Америки (30% обігу), Західної Європи (26%), Японії і Китаю (24%), обіг пестицидів у країнах Східної Європи і країнах СНГ (5%).

В світі щорічно проводять досліди приблизно 500 тис. різних хімічних сполук на пестицидну активність, причому із цього величезного числа практич­ний вихід отримують приблизно 10 – 15 нових пестицидів. В економічно розви­нених країнах витрати на науково-дослідницькі роботи складають приблизно 2 млрд. дол., що складає 10 – 15% від суми реалізації готової продукції.

Інтенсивне забруднення природного середовища значною мірою є наслідком нераціонального сільськогосподарського виробництва. Щороку з мінеральними добривами на сільськогосподарські угіддя надходить 193 тис. т Флуору, 1,6 тис. т Цинку, 620 тис. т Купруму та 622 т Калію. Отруйні речовини, які знаходяться у мінеральних добривах, хімічних меліорантах й отрутохімікатах, проникають в організми людей, викликаючи їх захворювання.

У світі щорічно реєструється від 500 тис. до 2 млн. випадків отруєння людей пестицидами, більшість яких припадає на сільських жителів.

Механізм дії пестицидів різних класів різноманітний і вивчений ще недостатньо. Більшість пестицидів характеризуються загальною токсичною дією на організм; зазвичай вони вражають внутрішні органи (печінку, нирки) та нервову систему. Ознаки отруєння: загальна слабкість, головокружіння, подразнення слизових оболонок очей та дихальних шляхів. Крім цього, більшість з них є сильнодіючими отруйними речовинами з мутагенною та канцерогенною діями.