Предисловие
Токсикология – междисциплинарная область исследований. Другие предметы, например анатомию, можно изучать более или менее как самостоятельную дисциплину, не привлекая большого количества сведений из других научных сфер. Студентам можно рассказывать о строении и расположении костей, мышц или внутренних органов, не упоминая, к примеру, о химическом составе скелета или биомеханических основах мышечной активности. Токсикология же изучает вредное воздействие различных химических веществ на живые организмы, поэтому ее нельзя причислить исключительно к сфере биологии или химии. Она скорее представляет собой пересечение этих двух дисциплин.
Кроме того, токсикология – прикладная наука, отражающая изменения в окружающей среде и потребностях общества. С начала своего формирования, то есть уже более 500 лет, токсикология неразрывно связана с медициной. Врачи, сталкивавшиеся с ужасными последствиями отравлений, пытались понять механизмы действия яда на человека, в результате чего были сформулированы два общих принципа: воздействие яда зависит от дозы, и природа химических веществ раскрывается в их структуре. На ранних этапах развития токсикологии происходил постоянный обмен идеями с ее более милосердной сестрой – фармакологией, изучавшей полезное действие лекарственных веществ на организм. Действительно, эти две дисциплины очень прочно переплетены друг с другом; терапевтический эффект многих лекарств может обратиться во вред, если превысить дозировку или время воздействия.
Несмотря на историческую связь токсикологии с медициной, меняющаяся природа взаимодействий человеческого общества с химикатами изменила и контекст понятия токсичности. В старину воздействие ядов на людей было, как правило, индивидуальным. Контакт с ядовитым плющом, поедание несъедобных грибов или укус змеи могли привести к тяжелым последствиям или даже смерти; однако это происходило с отдельными людьми в отдельные моменты времени. Даже ранние исторические опыты в области металлургии и иных отраслей промышленности могли повлиять лишь на ограниченное число людей, работавших на небольших и относительно изолированных производствах. На протяжении долгих веков воздействие ядов было скорее личной проблемой, нежели общественной.
Все изменилось с наступлением индустриальной революции. С развитием тяжелой промышленности, в частности металлургии, и увеличением добычи полезных ископаемых началось масштабное загрязнение почв, воды и воздуха. Теперь воздействию вредных химических веществ подвергались уже не отдельные люди, а целые сообщества. Токсикология объединилась с эпидемиологией – разделом медицины, изучающим возникновение и распространение болезней в определенных человеческих популяциях. Начались исследования, призванные оценить опасность различных загрязняющих веществ для человеческого общества.
Химическая революция, более поздний отпрыск революции промышленной, породила огромное разнообразие химических веществ, попадающих в окружающую среду, и еще более изменила лицо современной токсикологии. Изначально воздействующие на человека химикаты имели природное происхождение или являлись относительно простыми видоизменениями существовавших в природе соединений, получавшимися, к примеру, при обогащении руд или сжигании древесного или ископаемого топлива. Начавшееся в начале XX в. развитие промышленного органического синтеза обогатило мир токсикологии новыми группами веществ, которые, как оказалось, ведут себя совершенно иначе, чем природные соединения. Вместо того чтобы быстро разлагаться в естественной среде, они сохраняются неизменными – в некоторых случаях на протяжении многих десятков лет. Более того, эти вещества стали обнаруживать в тканях различных животных в самых неожиданных местах.
С ростом объема и разнообразия загрязняющих веществ стала меняться и сама природа токсической реакции. Когда-то подавляющее большинство эффектов, которые оказывали на человека яды, – к примеру, при укусе змеи или пчелы, – были острыми и быстротечными, однако в современную эпоху существует все больше примеров воздействия долговременного и проявляющегося далеко не сразу. Такие загрязнители, наряду с лекарствами и средствами личной гигиены, стали действовать как непредусмотренные сигналы для клеток организма, нарушая их взаимодействие. Это приводит к таким неприятным последствиям, как канцерогенез, репродуктивная дисфункция, нарушения внутриутробного развития. Хуже всего то, что эти последствия проявляются спустя продолжительное время после того, как химический сигнал исчезает, – иногда даже у детей или внуков человека, подвергшегося воздействию яда. Когда ущерб становится очевидным, химического «взломщика» уже и след простыл.
Тройная угроза современных ядов – их глобальное распространение, огромное разнообразие и длительное неявное воздействие с отсроченными последствиями – сильно усложняет ситуацию в сфере токсикологических исследований. Поэтому нет ничего удивительного в том, что природа объектов исследований современной токсикологии не всегда ясна не только неспециалистам или студентам, но и серьезным ученым. Зачастую возникает неверное понимание метаболического пути, транспорта, абсорбции, выделения и биологической активности токсичных веществ.
Сложность понимания токсикологии, в силу описанных выше причин, стала поводом к написанию этой книги. Моя цель – внести немного ясности в существующий хаос и представить современные достижения в этой сфере таким образом, чтобы они были понятны непрофессионалу. Вероятно, кому-то материал книги покажется чересчур упрощенным, однако я не стремился создать исчерпывающий учебник по токсичным веществам, а всего лишь хотел познакомить широкий круг читателей с некоторыми тонкостями и нюансами современной токсикологии.
Благодарности
Эта книга посвящается трем группам людей. Первая – мои коллеги, которые помогали в создании книги: Шеннон Бартелт-Хант, Шерри Чирек, Стивен Ресс, Кристин Кутукэш, Пол Дэвис, Элинор Роган, Филип Смит, Джереми Уайт и Хейко Шенфусс. Спасибо вам за редакторскую помощь и комментарии. Вторая – мой брат, сестра и мать, которые вежливо интересовались у меня, когда же книга будет окончена? Да, дорогая моя семья, после долгих лет этот момент наступил. И наконец, спасибо за терпение моим жене и сыну, Венди и Джареду. Они лучше других знают, что я имею в виду.
Глава 1
Все зависит от дозы
Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным.
Парацельс
Когда я учился в начальной школе, наши разговоры на игровой площадке нередко приобретали фаталистический характер. Быть может, это объяснялось эпохой холодной войны, но я хорошо помню, как мы с товарищами болтали о химии и смерти: «Если слишком глубоко дышать, можно умереть!», «Если выпить очень много воды, то умрешь!»
Сегодня людей волнует в основном не летальное количество этих относительно безобидных субстанций, а содержание в нашей пище, воде и воздухе вредных загрязняющих веществ. Однако, несмотря на недостаток образования, я и мои сверстники были не так уж далеки от истины. Мы тогда ничего не знали о токсинах, но по сути повторяли мысли Парацельса, врача XVI в. Его недаром считают отцом токсикологии, потому что именно Парацельс сформулировал первый и главный догмат этой науки – идею о том, что ядовитость вещества зависит от дозировки: «Все есть яд и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным». Иными словами, даже такое вроде бы совершенно безвредное вещество, как вода, будучи употреблено в избыточном количестве, может оказаться не менее опасным, чем всем известные яды, например мышьяк.
