Фталати — питання біотоксичності щодо організму людини

0 31

Резюме. В огляді представлено медико-біологічні ефекти найбільш використовуваних у повсякденному житті сучасної людини пластифікаторів полівінілхлоридів — фталатів. Ці хімічні компоненти пластику на сьогодні визнають як глобальні полютанти навколишнього середовища через їх здатність до активної міграції. Широке промислове, побутове використання фталатів, у тому числі й у медичній галузі, зокрема di-2-ethylhexyl phthalate, призводить до щоденної експозиції людини через парентеральне поглинання, інгаляцію та дермальний контакт. У численних експериментальних і клінічних дослідженнях показано, що фталати володіють антиандрогенними, антиестрогенними і антитиреоїдними властивостями, призводять до дефектів нейророзвитку і поведінкових відхилень, порушень при статевій диференціації, формування репродуктивних аномалій на найбільш чутливих етапах розвитку: фетальний > пубертатний > дорослий (зрілий). Фталати підвищують ризик розвитку проблем репродуктивної сфери і формування гормонозалежної пухлинної трансформації. Вони є фактором генезису цукрового діабету, ожиріння і асоціюються з респіраторними захворюваннями, різними імунодефіцитними станами, алергією, бронхіальною астмою. Фталати сприяють формуванню патології ендокринної, бронхолегеневої, серцево-судинної систем і шлунково-кишкового тракту, відіграючи при цьому роль тригерного фактора окисного стресу і запальної реакції. На сьогодні доводяться генотоксичні ефекти фталатів, що є підґрунтям щодо канцерогенезу.

УДК 620.266.1:677.044.1

Актуальність проблеми

Фталати — клас хімічних речовин, які широко застосовують як пластифікатори у виробництві полівінілхлоридів (ПВХ) для забезпечення їх пружності, гнучкості, прозорості, міцності та довговічності, а також як розчинники для виготовлення косметичної продукції, пестицидів, детергентів, мастильних масел тощо (Wilkes Ch.E. et al. (Eds.), 2005).

На сьогодні експериментально доведено, що дія фталатів пов’язана з метаболічними розладами в печінці, проблемами репродукції та статевими аномаліями при народженні (Johns L.E. et al., 2015).

Фталати містяться у продуктах масового споживання, таких як: іграшки, фарби, клеї, мастильні, будівельні та пакувальні матеріали, засоби індивідуального використання, косметика, електроніка, автомобільні обшивки. Ці хімікати присутні у деяких фармацевтичних препаратах та у медичних розхідних матеріалах та обладнанні (Sears J.K., Darby J.R., 1982) (табл. 1).

Таблиця 1. Джерела ймовірного контакту людини з найпоширенішими фталатами

Фталат Абревіатура Походження
Butylbenzyl phthalate BBP Вінілові покриття, клеї, герметики, промислові розчинники
Di-n-butyl phthalate DBP Клеї, ущільнювачі, косметика, промислові розчинники, медичні препарати
Dicyclohexyl phthalate DCHP Стабілізатори гуми, полімери
Di-2-ethylhexyl phthalate DEHP М’який пластик і труби, іграшки, побутові продукти, харчові контейнери та упаковки
Diethyl phthalate DEP Шампуні, парфуми, мила, лосьйони, косметична продукція, промислові розчинники, медичні препарати
Diisobutyl phthalate DIBP Клеї, ущільнювачі, косметика, промислові розчинники
Diisononyl phthalate DINP М’який пластик, замінник DEHP
Dimethyl phthalate DMP Засоби від комах, пластик
Dioctyl phthalate DOP М’який пластик
Di-2-propylheptyl phthalate DPHP Ізоляція кабелів та проводок, брезент, покрівельні мембрани
Diiusondecyl phthalate DIUP Резина, мастильні масла, ізоляція кабелів та проводок, покриття полів, стін, басейнів, покрівель і будівельних тканин, автомобільні обшивки
Ditridecyl phthalate DTDP Ізоляційні матеріали для електричних та автомобільних кабелів

За даними Агенції з охорони навколишнього середовища США (United States Environmental Protection Agency — EPA), лише США виробляє та імпортує понад 0,213 млн т фталатів на рік (Keresztes S. et al., 2013). Європейський Союз (ЄС) зменшив їх виробництво, переважно DEHP, який є основним пластифікатором ПВХ, із 0,595 млн т/рік у 1997 р. до 0,221 млн т/рік — у 2009–2010 рр. Але в цілому за останнє десятиріччя світове виробництво фталатів продовжує зростати за рахунок Китаю та Південно-Азійських країн і у 2013 р. сягнуло 5,5 млн т (European Chemicals Agency, 2013).

Залежно від токсичного впливу на живий організм фталати поділяють на дві групи відповідно до кількості карбонових атомів в алкільній групі. Фталати із вмістом карбону ≤6 атомів — DBP, DIBP та BBP — вважаються низькомолекулярними та входять до 1-ї групи. Високомолекулярні фталати із >6 атомами карбону — DINP, DIDP, DPHP, DIUP та DTDP — відносять до 2-ї групи. Сполуки 1-ї групи більш стабільні й токсичні, ніж 2-ї, для яких здебільшого не задекларовано канцерогенних, мутагенних і токсикорепродуктивних властивостей. Це стало поштовхом до поступової заміни низькомолекулярних фталатів на більш високомолекулярні у виробництві США, Канади та ЄС. Проте у різних частинах світу профілі фталатів, що використовують, відрізняються. Високомолекулярні фталати — DINP, DIDP та DPHP — переважно домінують на Європейському споживчому ринку, а частка низькомолекулярних, таких як DEHP, становить лише близько 10%. Проте 50% інших ринків світу насичені високо- та низькомолекулярними фталатами й нефталатами в однаковій пропорції (Johns L.E. et al., 2015).

Через широке використання цих сполук у сучасному виробництві та легку міграцію в навколишнє середовище фталати стали одними з поширених контамінантів довкілля, де, за сучасними даними, їх середня концентрація становить 1–50 нг/м3, а безпосередньо DEHP може сягати 3640 нг/м3 (Martine B. et al., 2013). У природньому ґрунті їх вміст коливається в межах 0,01–115 мг/кг, у сільськогосподарському — 0,02–264 мг/кг, а у міському їх рівень може сягнути >30,1 мг/кг. У концентрації до 66,0 мкг/л фталати виявляють в антропогенних стічних водах (Berge A. et al., 2013), а у природних водоймах їх вміст коливається в межах 0,29–1,24 мкг/л, що призводить до залучення цих сполук до екологічного метаболізму (Mayer F.L. et al., 1972; Giam C.S. et al., 1978; Tan G.H.,1995) та становить потенційну загрозу для здоров’я людини (Mackintosh C.E. et al., 2004).

Рівні експозиції фталатами

Узагальнені дані популяційних досліджень свідчать, що 75–100% населення, зокрема урбанізоване, щодня зазнає дії фталатів через інгаляцію, дермальний контакт та пероральне поглинання (Becker K. et al., 2004; Wittassek M. et al., 2011). Причому експозиція відбувається переважно сімома фталатами, які найширше використовуються у виробництві: DEP, DBP, BBP, DEHP — у вищій та DINP, DOP та DCHP — у дещо нижчій концентрації (Silva M.J. et al., 2004).

Виявлено, що середній рівень експозиції DEHP в різних когортах населення США та Німеччини коливається у межах 3–30 мкг/кг маси тіла/добу, але залежно від контамінації навколишнього середовища в окремих суб’єктів цей рівень може сягнути до 700 мг/кг маси тіла/добу (Doull J. et al., 1999; Kavlock R. et al., 2002). У подальшому на підставі компільованих даних із цих країн було показано, що рівень експозиції DEP становить 2,32–12, BBP — 0,26–0,88, DBP — 0,84–5,22 та DIBP — 0,12–1,4 мкг/кг маси тіла/добу, проте толерантна доза поглинання для DEHP не повинна перевищувати 13,8, а для DBP, BBP, DEP та DOP — 16,2; 2,5; 22,1 та 0,42 мкг/кг маси тіла/добу (Koch H.M. et al., 2003; Koch H.M., Calafat A.M., 2009).

Найвразливіша категорія населення — немовлята й діти, які починають ходити, внаслідок їх підвищеної контактності pеr os, значний час, проведений з дитячими іграшками та збільшення споживання їжі відповідно до набору маси тіла (Wargo J. et al., 2008). Ситуація додатково погіршується й тим, що поширені фталати проявляють фактор парентеральної абсорбції на рівні 0,55 та у цій концентрації порушують найбільш уразливі рецептори на критичних стадіях розвитку (Rhodes C. et al., 1986).

У дітей молодшого шкільного віку (6–12 років) рівні в сечі низькомолекулярних метаболітів MBP та MEHP можуть пов’язуватися з концентрацією фталатів у будівельних та декоративних матеріалах домівок, частотою споживання консервованих або упакованих у пластик продуктів. Рівні метаболітів високомолекулярних фталатів асоціюються з джерелами питної води і тривалістю гри з дитячими іграшками (Wu W. et al., 2017).

Значній експозиції фталатами піддається також категорія населення, яка отримує медичну допомогу. Так, DEP та DEHP може входити до складу внутрішньовенних, інфузійних, трансфузійних, діалізних трубок, різноманітних катетерів, пакетів для крові та ентерального харчування, в яких частка DEHP може сягати 40% та у трансфузійному пластику — 80% (Buchta C. et al., 2005). Тому DEHP може потрапляти до організму через гемотрансфузію у концентрації до 8,5, гемодіаліз — до 0,36 та екстракорпоральну мембранну оксигенацію у новонароджених — до 14 мг/кг маси тіла/добу (Center for Devices and Radiological Health, 2001).

Фталати — питання біотоксичності щодо організму людини

Рисунок. Рівень світового споживання фталатів порівняно з альтернативними пластифікаторами ПВХ за останні дві декади (Bui T.T. et al., 2015)

У дочасно народжених немовлят, які свої перші дні проводять у неонатальних відділеннях інтенсивної терапії, визначають у 14 разів вищу концентрацію метаболітів DEHP, ніж у тих, які знаходяться у звичайних післяродових відділеннях (Weuve J. et al., 2006), та у 50 разів вищу, ніж у дітей віком 6–11 років (Calafat A.M. et al., 2004). В інших дослідженнях показна пряма залежність між мануфактурним вмістом фталатів (DEHP) у медичних виробах, які застосовують у пологових відділеннях, та концентрацією у сечі передчасно народжених немовлят (Weuve J. et al., 2006).

Фармацевтичні компанії також використовують низькомолекулярні фталати — DMP, DBP, DEP, DOP та фталати, пов’язані з іншими полімерами, — hypromellose phthalate (HMP), cellulose acetate phthalate (CAP), polyvinyl acetate phthalate (PVAP) та polyethylene terphthalate (PET) — в якості допоміжних речовин у покривних оболонках пероральних капсул, у препаратах із відкладеною дією, з ентеральним покриттям та з контрольованою реалізацією дії (Rowe R.C. et al., 2006). Їх застосування як потенційно безпечних додаткових компонентів для фармакологічних препаратів схвалено контролюючими органами багатьох країн, включаючи Управління з контролю за якістю продуктів та ліків США (Food and Drug Administration — FDA), у зв’язку зі здатністю регулювати цими хімічними речовинами вивільнення діючої лікарської речовини в певній локалізації. Тому їх часто застосовують у покривних оболонках препаратів для лікування, зокрема розладів шлунково-кишкового тракту (Kelley K.E. et al., 2012). Незважаючи на те що толерантною концентрацією фталатів визнано 3600 мкг/капсулу, у деяких гастроінтестинальних препаратах їх вміст може перевищувати 9000 мкг/капсулу (Seckin E. et al., 2009), що суттєво підвищує ризик надмірної контамінації організму цими сполуками. Це підтверджується результатами досліджень, в яких показано, що у сечі пацієнтів, яким призначено, наприклад, месаламін або омепразол, концентрація метаболітів фталатів у сечі підвищена у 50–100 разів (Hernández-Díaz S. et al., 2009). У пацієнтів із фіброзом підшлункової залози, які приймали препарати з панкреатичними ензимами, також відзначено суттєвий вміст метаболітів фталатів у сечі (Keller B.O. et al., 2009). У жінок фертильного віку на фоні застосування пероральних медикаментів з приводу розладів шлунково-кишкового тракту вміст метаболітів МЕР, MBP у сечі значно перевищував показник відносно референтної когорти обстежених — 8636 проти 714,2 мкг/л та 8176 проти 37,5 мкг/л відповідно (Hernández-Díaz S. et al., 2013). В інших дослідженнях встановлено, що в осіб, які застосовували диданозин, омепразол та препарати, що містять теофілін, вміст метаболітів DBP у сечі 50-разово перевищував такий у референтній групі (2,257 проти 46 мкг/л) (Hernández-Díaz S. et al., 2009).

Незважаючи на відсутність достатньої наукової доказової бази для з’ясування ефектів фталатів щодо здоров’я людини у низьких концентраціях, численними експериментальними дослідженнями та на підставі узагальнення даних, отриманих від різних когорт і популяцій населення в усьому світі, вказано на значні негативні наслідки щодо здоров’я людини, що стало поштовхом для розроб­лення низки законодавчих документів стосовно регулювання застосування фталатів у виробництві. Наприклад, в ЄС, США та Китаї розроблено законодавчі акти щодо заборони застосування DBP, BBP та DEHP та обмеження застосування інших фталатів в дитячих іграшках (Official Journal of the European Communities Decision 198/815/EC, 1999; Yun Z., Min C., 2008). В Японії, Нідерландах, Аргентині, Мексиці також заборонено застосування фталатів в іграшках для дітей. FDA надані рекомендації щодо обмеження застосування BBP та DEHP в лікарських препаратах як неактивних допоміжних фармацевтичних компонентів та в іншій споживацькій продукції (Guidance for Industry Limiting the Use of Certain Phthalates as Excipients in CDER-Regulated Products, 2012). Застосування BBP, DBP та DEHP заборонено в косметичній продукції в ЄС у зв’язку з токсичністю щодо репродуктивної системи (Eurocases, 2004). У 2011 р. Єврокомісією включено шість фталатів до переліку речовин (додаток XIII), класифікованих як порушувачі ендокринної системи (Endocrine Disruptor Chemicals — EDCs), три з яких — DEHP, BBP та DBP — визначено як модулятори репродуктивної сфери, зокрема сексуальної функції та фертильності. Інші фталати (DCHP, DEP, DINP) відзначено як потенційні EDCs або як хімічні речовини, вплив яких на здоров’я людини залишається недостатньо дослідженим (European Parliament and of the Council, 2014).

Метаболізм фталатів в організмі людини

Фталати не акумулюються в організмі людини, а активно метаболізуються у кишечнику, печінці, нирках, легенях, підшлунковій залозі та крові за участю естераз і ліпаз, та приблизно 60% вихідної концентрації виводиться переважно з сечею у формі моноалкільних метаболітів та глюкуронідатів протягом 3–24 год. Ефекти фталатів залежать від хімічної сполуки, її вихідної концентрації, тривалості контакту та віку експонованої особи (Wittassek M. et al., 2011; Johns L.E. et al., 2015).

Метаболізовані моноефіри є біологічно активними, що визначає біотоксичні властивості безпосередньо вихідних фталатів, тому вони широко застосовуються як чутливі маркери для оцінки рівня експозиції фталатами, щоденного моніторингу та виявлення метаболічного профілю, а також для вивчення ймовірних медичних індивідуальних та популяційних ризиків (Koch H.M., Calafat A.M., 2009) (табл. 2).

Таблиця 2. Фталати та відповідні метаболіти, що виводяться з сечею (Fourth National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals, 2015)

Фталат Абревіатура Метаболіт, що ексретується з сечею Абревіатура
Benzylbutyl phthalate BzBP Mono-benzyl phthalate

(somemono-n-butyl phthalate)

MBzP
Dibutyl phthalates DBP Mono-n-butyl phthalate

Mono-isobutyl phthalate

MnBP
MiBP
Dicyclohexyl phthalate DCHP Mono-cyclohexyl phthalate MCHP
Diethyl phthalate DEP Mono-ethyl phthalate MEP
Di-2-ethylhexyl phthalates DEHP Mono-2-ethylhexyl phthalate

Mono-(2-ethyl-5-hydroxyhexyl) phthalate

Mono-(2-ethyl-5-oxohexyl) phthalate

Mono-(2-ethyl-5-carboxypentyl) phthalate

MEHP
MEHHP
MEOHP
MECPP
Di-isononyl phthalates DiNP Mono-isononyl phthalate

Monocarboxyoctyl phthalate

MNP

MCOP

Di-isodecyl phthalate DIDP Mono-(carboxynonyl) phthalate MCNP
Dimethyl phthalate DMP Mono-methyl phthalate MMP
Di-n-octyl phthalates DOP Mono-(3-carboxypropyl) phthalate

Mono-n-octyl phthalate

MCPP
MOP

Метаболіти фталатів можна виявити у плазмі крові, грудному молоці, слині, фолікулярній рідині яєчників, сім’яній та амніотичній рідині. Проте у сечі їх рівень у 5–100 разів вищий, ніж у крові та грудному молоці (Högberg J. et al., 2008). Тому сеча — найбільш зручна та чутлива біологічна матриця для визначення концентрації фталатів, поглинутих організмом, що дає можливість уникати проблем контамінації поширеними в навколишньому середовищі вихідними фталатами, а скринінгові дослідження сечі використовують у популяційних та епідеміологічних дослідженнях (Silva M.J. et al., 2004; Fromme H. et al., 2007).

Ефекти фталатів на різних етапах онтогенезу людини

Згідно із сучасними даними, найкритичнішими періодами онтогенезу людини є пренатальний, натальний та пубертатний. Репродуктивна та ендокринна системи є першочерговими мішенями для біотоксичної дії фталатів (Sjoberg P. et al., 1986). Фталати активно впливають переважно на гонадо- та стероїдогенез у фетальний та неонатальний період та асоціюються з порушеннями репродуктивної сфери в пубертатний період (Jurewicz J., Hanke W., 2011).

Експозиція фталатами in utero підвищує ризики смертності при народженні, спричиняє порушення розвитку та фізіологічних проблем у подальшому житті за рахунок епігенетичних ефектів (Ponsonby A.L. et al., 2016) та змін в активності ендокринозалежних рецепторів PPAR-α, -β та -γ, LXR-α та -β, ЕR-α та -β, AR та SHP (Rouiller-Fabre V. et al., 2015). Це може бути підґрунтям щодо формування проблем у репродуктивній сфері (у чоловіків — крипторхізм, гіпоспадія, рак яєчка, мала кількість сперматозоїдів, у жінок — переважно ановуляція, передчасна статева зрілість, порушення тривалості вагітності) (Bajkin I. et al., 2014).

Наслідками експозиції фталатами in utero є нестабільність геному за рахунок метилювання ДНК. У клітинах кордової крові новонароджених, у сечі матерів яких на пізніх строках вагітності (26 тиж гестації) виявлено підвищений рівень метаболітів DEHP, відзначають підвищену частку диференційно метильованих сайтів ДНК (до 51%). Причому метильовані регіони ДНК відносять до генів, що відповідальні за запальні реакції (IRAK4 та ESM1), канцерогенез (BRCA1 і LASP1), ендокринну функцію (CNPY1) та чоловічу фертильність (IFT140, TESC та PRDM8) (Solomon O. et al., 2017). У 8-річних хлопчиків, на відміну від дівчат, виявлено менш виражені ознаки гендерної поведінки, якщо в матерів на 26-му тижні гестації виявляли підвищений рівень метаболітів DBP — MiBP in utero (Percy Z. et al., 2016). Фетальна експозиція фталатами згодом проявлялась у дітей 5–8-річного віку у підвищенні індексу маси тіла та ожирінні незалежно від статі. Проте лише у хлопчиків неспецифічний метаболіт mono-(3-carboxypropyl)phthalate, виявлений у сечі матерів у III триместр вагітності, пов’язували із зазначеними метаболічними розладами (Harley K.G. et al., 2017). Дія фталатів на плід підвищує ризик порушення толерантності до глюкози та формування цукрового діабету 2-го типу у дитячому віці (James-Todd T.M. et al., 2016a).

У деяких дослідженнях показано асоціацію між преконцепційною дією фталатів та викиднями на ранніх строках вагітності або зменшенням маси тіла у новонароджених і такими ускладненнями при народженні, як гостра респіраторна недостатність, порушення з боку шлунково-кишкового тракту, нейроімунної регуляції, відзначають порушення слуху, зору, рухової активності, а також когнітивну та комунікативну дисфункцію та послаблення статевозалежної поведінки (Butler A.S., Behrman R.E., 2007; Swan S.H. et al., 2010).

Вплив фталатів у неонатальний період, у малюковому та дитячому віці призводить до порушення когнітивного, неврологічного та репродуктивного розвитку, статевого диференціювання (Toppari J. et al., 1998), підвищує ризики репродуктивних проблем або формування гормонозалежного раку у зрілому віці (Swan S.H., 2008) та ожиріння (Buckley J.P. et al., 2016). Підвищена концентрація фталатів у грудному молоці є ризик-фактором розвитку різних типів алергій та бронхіальної астми (Lodge C.J., Dharmage S.C., 2016). Їх дія асоціюється з порушеннями роботи печінки, нирок та є причиною тирео­їдної дисфункції у репродуктивному віці (Swan S.H., 2008).

У дорослих осіб дія фталатів асоціюється з розвитком патології ендокринної, бронхолегеневої, серцево-судинної систем та шлунково-кишкового тракту, відіграваючи при цьому роль додаткових стимулів окисного стресу, запалення та канцерогенезу (Zarean M. et al., 2016).

Вплив фталатів на репродуктивну сферу чоловіків

У чоловіків фталати впливають на сперматогенез, якість і кількість спермальних клітин (Rozati R. et al., 2002), призводять до зниження рівня тестостерону (Duty S.M. et al., 2005) та у значних концентраціях модулюють аномалії у репродуктивній сфері (Desdoits-Lethimonier C. et al., 2012). Особливості їх репродуктивних ефектів щодо чоловічого організму з’ясовано в експериментальних дослідженнях на лабораторних тваринах. Показано, що тестикулярний ефект фталатів полягає у їх впливі на клітини Сертолі та інші, які відповідають за ініціацію та підтримку сперматогенезу, що, ймовірно, може бути наслідком порушення клітинного циклу (Li L.H. et al., 2000), а також активації проапоптотичних факторів, зокрема експресії FasL- та Fas-білків та каспази-3 на фоні дефрагментації ДНК (Ichimura T. et al., 2003). Аномалії у репродуктивній системі чоловічого організму формуються на момент гестації та лактації. Вони характеризуються епідидимальною мальформацією або відсутністю епідидимісу, підвищенням ризику гіпоспадії, розвитком атрофії семіноносної тубули та гіперплазією клітин Лейдіка, зокрема під дією DBP (Mylchreest E. et al., 2000), BBzP (Ema M. et al., 2003), DEHP та DINP (Gray L.E. et al., 2000) (табл. 3).

Таблиця 3. Експериментальний токсикоефект найпоширеніших фталатів (Hauser R., Calafat A.M., 2005)

Діефір фталатів Потенційний токсикоефект*
Butylbenzyl phthalate Тестикулярна токсичність, кріпторхідизм, тератогенні ефекти, модуляція рівня стероїдних гормонів
Diethyl phthalate Скорочення темпів росту, споживання їжі та збільшення маси органів
Di-n-butyl phthalate Гепато-ренальні порушення, порушення розвитку та репродуктивних функцій, зменшення фетальної маси тіла, крипторхідизм, гіпоспадія у самців
Di(2-ethylhexyl) phthalate Гепатоцелюлярна карцинома, тестикулярна токсичність, ановуляція, тератогенний ефект, дефекти розвитку плода

*Дані із застосуванням фталатів у концентрації до 1000 мг/кг маси тіла.

Крім того, DBP, BBzP, DEHP та DINP порушують роботу андрогенового рецептора та пригнічують синтез фетального тестостерону під час статевої диференціації (Parks L.G. et al., 2000). А у дорослих щурів, що після одноразової експозиції DEHP у дозі до 1000 мг/кг маси тіла, підвищення рівня метаболіту MEHP асоціюється з експресією профілю генів, задіяних у сперматогенезі (Cyp17a1, S StAR) та метаболізмі холестеролу (Dhcr7) (Lahousse S.A. et al., 2006).

Незважаючи на значно меншу кількість досліджень, проведених серед людей чоловічої статі, на відміну від експериментальних досліджень на лабораторних тваринах, результати цих робіт переважно зіставні й свідчать про те, що у чоловіків дія фталатів перш за все охоплює онтогенез тестикулярної функції.

У 2005 р. вперше привернуто увагу на порушення тестикулярної функції, а саме зменшення аногенітальної відстані, на фоні збільшення маси тіла у хлопчиків малюкового віку внаслідок пренатальної експозиції фталатами, метаболіти яких попередньо виявляли у сечі вагітних ними матерів (MBP, MEP, MBzP та MiBP (Swan S.H. et al., 2005), та MEHP (Suzuki Y. et al., 2012). Також виявлено підвищення вірогідності розвитку гіпоспадії внаслідок фетальної дії фталатів (Ormond G. et al., 2009). Причому підґрунтям цих ефектів, ймовірно, є фталатзалежне зменшення продукції фетального тестостерону та порушення роботи клітин Сертолі на фоні дерегуляції соматичної експресії двох представників суперсімейства ядерних рецепторів LXRA та SREBP (1c та 2), які порушують експресію генів, залучених у гонадний синтез ліпідів та холестеролу, що доведено на культурі фетальних тестикулярних клітин (Muczynski V. et al., 2012).

Дія фталатів впливає на рівень тестостерону, лютеїнізуючого гормону та глобулінів, які зв’язують статеві гормони у хлопчиків у неонатальний період. У чоловіків репродуктивного віку рівні уринарних MBP, MBzP та MEHP асоціюються з рівнем репродуктивних біомаркерів, таких як обʼєм, концентрація та рухомість спермальних клітин, цілісність їх хроматину та рівень у плазмі крові численних статевих гормонів, включаючи тестостерон (Jönsson B.A. et al., 2005). Проте нещодавні результати, отримані від різних популяційних груп чоловічого населення, достатньо супе­речливі. Підтверджується лише те, що тільки гормональний статус може змінюватися під дією фталатів із довкілля, проте класичні морфологічні зміни спермальних клітин, їх щільність, рухомість та загальний обʼєм сперми можуть незначно змінюватися лише у чоловіків, які піддаються експозиції фталатами в особливих робочих умовах або місцях проживання, які контаміновані цими хімічними сполуками (Wirth J.J. et al., 2008; Thurston S.W. et al., 2016).

Вплив фталатів на репродуктивну сферу жінок

У жінок фталати впливають на фолікуло- та стероїдогенез, можуть викликати безпліддя та передчасну недостатність яєчників. Останні є одним з органів ендокринної системи жіночого організму, таргетних щодо токсичної дії фталатів, який модулює формування та/чи функції фолікулів на декількох етапах їх розвитку. Ці хімічні сполуки порушують розвиток яєчників та ооцитів, прискорюють набір первинних фолікулів, пригнічують ріст антральних фолікулів, порушують дозрівання ооцитів та овуляцію, а також змінюють постовуляційні процеси. Дія фталатів in utero призводить до зміни профілю статевих гормонів у дівчат у пери- та пубертатний період, що є фактором розвитку гіпоестрогенії, гіпопрогестеронемії, та до пригнічення продукції естрадіолу зернистими ооцитами та лютеїнізуючого гормону у супроводі підвищення рівнів фолікулостимулювального гормону (Lovekamp T.N., Davis B.J., 2001). Також дія фталатів асоціюється зі зниженням рівня антимюллерового гормону, результатом чого є зниження вірогідності запліднення у жінок фертильного віку (Hart R. et al., 2014).

Порушення продукції, секреції та дії чутливих статевих гормонів відбувається через альтерацію фталатами відповідних мРНК, протеїнів, гормонозалежних ензимів та їх рецепторів, що пригнічує рівень естрадіолу (Hannon P.R., Flaws J.A., 2015). Вони посилюють набір первинних фолікулів за рахунок гіперактивації PI3K-кіназного шляху, який негативно регулює життєздатність, стабільність і набір первинних фолікулів, що позначається на скороченні репродуктивного періоду (Hannon P.R. et al., 2014). На культурі антральних фолікулів миші показано, що DBP пригнічує фолікулярний зріст та знижує рівень мРНК циклінів D2, E1, A2 та B1 на фоні підвищення рівня циклінзалежного кіназного інгібітору p21, що порушує клітинний G1/S фазовий перехід та збільшує рівень експресії гена ВID, який належить до родини антиапоптотичних BCL-2 генів та призводить до розвитку дозозалежної фолікулярної атрезії (Craig Z.R. et al., 2013).

У жінок репродуктивного віку хронічна експозиція фталатами у значній концентрації пов’язується зі зменшенням строків вагітності, високим ризиком викиднів (Heudorf U. et al., 2007), народженням недоношених немовлят, а також підвищує ризик таких ускладнень вагітності, як токсемія, прееклампсія, анемія (Tabacova S.L.R., Balabaeva L., 1999). При цьому підвищується вірогідність формування фталат-простагландин/тромбоксан, фталат-інтерлейкін-1 хімічних зв’язувань, що в подальшому ініціює внутрішньочеревні реакції запалення та передчасні пологи (Latini G. et al., 2003). Молекулярним підґрунтям цього є активація STAT3/NF-kВ2 (RelB/p52) сигнального комплексу, який негативно регулює плацентарні транскрипційні та проліферативні гени — Ascl2, Esx1 та Fosl1, гени прозапалення та кортикотропін-рилізинг гормон — СОХ-2 та СRH (Wang X.K. et al., 2016) та їх білки, які активують проапоптичні фактори — каспазу-3 та -8, експресію генів Bax і Bcl-2 та їх відповідних білків (Zong T. et al., 2015). Фталати асоцію­ються з метилюванням ДНК у клітинах плаценти, що позначається на зменшенні маси тіла плода (Zhao Y. et al., 2016).

DEHP у жінок фертильного віку може бути фактором метаплазії, що провокує розвиток ендометріозу (Cobellis L. et al., 2003) та лейоміоми (Weuve J. et al., 2010). При цьому активуються місцеві прозапальні реакції за участю ядерного рецептора — PPAR-γ, який відіграє певну роль у реалізації гінекологічних захворювань (Ren P. et al., 2015).

Фталати як фактори нерепродуктивних порушень

Фталати негативно регулюють функцію щитоподібної залози. У ретроспективних дослідженнях на когорті жінок, які проходили лікування з приводу порушення репродуктивної функції, показано, що метаболіти DEHP асоціювалися з високим ризиком переривання вагітності у термін гестації до 20 тиж (Messerlian C. et al., 2016) на фоні зниження зв’язаного та вільного T4 при незмінних рівнях Т3 і тиреостимулювального гормону (Huang P.C. et al., 2016). В інших популяційних дослідженнях також показано, що метаболіти DEHP негативно асоціюються з рівнем Т4 у дорослих жінок. Проте у дівчат віком до 18 років зміни функції щитоподібної залози супроводжуються порушеннями гомеостазу гормонів росту та асоціюються з іншими фталатами. Зокрема відзначено позитивну залежність між рівнями метаболітів BzBP та вільного тироксину в сечі та негативну — між вмістом цих самих метаболітів та інсуліноподібного фактора росту-1 (Huang H.B. et al., 2017).

Вплив фталатів на гомеостаз тиреоїдного гормону у пренатальний період пов’язують із порушенням нейророзвитку (Jugan M.L. et al., 2010). Показано, що високий рівень в амніотичній рідині моно(оксоізононіл) фталату асоціюється зі зменшенням окружності голови у новонароджених (Polanska K. et al., 2014), а у 3-річних дітей, експонованих фталатами in utero, виявляється порушення моторики, ментального розвитку та проблеми інтерналізації, у чиїх матерів у III триместр вагітності виявлено у сечі підвищений вміст метаболітів DBP та BzBP (Whyatt R.M. et al., 2012). Також пренатальна експозиція фталатами у дітей дошкільного віку позначається на зниженні когнітивної функції та поведінкових розладах, таких як зниження рівня IQ, проблеми з увагою та низька соціальна комунікація (Ejaredar M. et al., 2015). При цьому може порушуватися функція та структурна пластичність гіпокампа, що є критичним для нейророзвитку у пре-, пери- та постнатальний період (Holahan M.R., Smith C.A., 2015).

Вплив фталатів, які пов’язують із побутовим пилом, призводить до запалення дихальних шляхів та підвищує ризик розвитку бронхіальної обструкції, астми, алергії та хронічного риніту (Bornehag C.G. et al., 2004). При дослідженні значних когорт дітей віком 2–7 років встановлено у дітей молодшого віку підвищену ймовірність бронхіальної обструкції, у доросліших — клінічні прояви захворювань дихальних шляхів у вигляді персистуючого кашлю, накопичення мокротиння та утруднення дихання. Це пов’язують із використанням у домівках покриттів для підлоги та стін із матеріалів, що містять ПВХ (Jaakkola J.J.K. et al., 2000). Наприклад, підвищення вмісту BBzP та DEHP у домашньому пилу призводить до алергічних/астматичних проявів у дітей віком 3–8 років (Kolarik B. et al., 2008), що може бути наслідком імовірних ад’ювантних ефектів фталатів відносно Th2-залежної імунологічної відповіді, оскільки в алергічних суб’єктів із респіраторними проявами відзначено пригнічення гранулоцитарного колонієстимулювального фактора та інтерлейкіну-6. Такі порушення формуються залежно від дози, тривалості дії фталату, тканини-мішені та періоду розвитку організму (Deutschle T. et al., 2014).

На сьогодні існує доказова база переважно експериментальних досліджень, в яких показано, що фталати асоціюються з інсулінорезистентністю, ожирінням, що призводить до кардіоваскулярних захворювань (Goodman M. et al., 2014).

У результаті 10-тижневої експозиції DEHP самиць мишей, резистентних до ожиріння, у тварин відбувалося збільшення маси тіла, порушення інсулінової толерантності, зміни у рівнях циркулюючого адипонектину та експресії естрогену на фоні підвищення концентрації фосфоліпідів та карнітину. In vitro на культурі клітин 3T3-L1 встановлено, що DEHP порушує інсулінову толерантність, але не впливає на метаболізм глюкози (Klöting N. et al., 2015). В інших дослідженнях на щурах показано, що DEHP може індукувати жирову трансформацію печінки протягом 8 тиж за рахунок активації ліпопероксидації та вивільнення прозапальних факторів у гепатоцитах, що порушує синтезуючу функцію печінки (Chen H. et al., 2016).

Порушення толерантності до глюкози внаслідок дії фталатів може бути підґрунтям щодо розвитку інсулінорезистентності та метаболічного синдрому. Про це свідчать дані, отримані від 2719 учасників віком 20–80 років протягом 2001–2010 рр. за програмою «National Health and Nutrition Examination Survey» (NHANES), згідно з якими у 32% осіб з ознаками метаболічного синдрому виявлено підвищений вміст метаболітів MBzP, DBP, DEP та DEHP у сечі. Причому характерною відзнакою було те, що метаболічний синдром та інсулінорезистентність у чоловіків незалежно від віку пов’язували з підвищеною концентрацією в сечі метаболітів DEHP, а у жінок — із вмістом MBzP у період менопаузи (James-Todd T.M. et al., 2016b). В основу розвитку інсулінорезистентності покладена дерегуляція експресії критичних генів, залучених у шляхи інсулінового сигналінгу на критичних етапах розвитку. Експериментально показано, що при експозиції фталатами in utero відбувається пригнічення дії інсулінового рецептора та активації фосфорилювання IRS-1 по Ser636/639. Це перешкоджало зв’язуванню вивільнених ефекторів, негативного регулятора (РТEN) PIP3 та фосфорильованого транспортера глюкози Glut4 у супроводі збільшення ДНК-метилювання по MYOD-зв’язаному сайту, який регулює м’язову диференціацію (Rajesh P., Balasubramanian K., 2014). У період лактації дія DEHP також призводить до порушення інсулінової сигнальної трансдукції, що супроводжується підвищенням рівня глюкози у крові та у кардіоміоцитах. При цьому відзначають зниження рівня інсулінового рецептора та IRS-1 у супроводі змін фосфорилювання IRS-1 по Tyr632, фосфорилювання Akt по Ser473, плазматичного мембранного транспортера глюкози — Glut4, поглинання клітинами (14)С-2-деоксиглюкози та окиснення (14)С-глюкози у супроводі нормальних рівнів Akt та протеїну Glut4 у цитозолі кардіоміоцитів (Mangala Priya V. et al., 2014).

Фталати як ініціатори оксидативного стресу

Фталати — вагомі ефектори оксидативного стресу та запальної реакції. Так, за узагальненими даними програми NHANES, отриманими від 10 026 пацієнтів, виявлено асоціацію між рівнями білірубіну, лужної фосфатази, феритину та загальної кількості нейтрофілів із метаболітами DEHP, DBP, DOP та BzBP (Ferguson K.K. et al., 2012). In vitro на культурах клітин HepG2 показано, що фталатні моноефіри та діефіри, зокрема MEHP, здатні індукувати проліферацію лейкоцитів та продукцію реактивних форм кисню (Chen X. et al., 2012) на фоні оксидативного порушення ДНК та активації р53- і каспаза-3-залежного апоптозу (Yang G. et al., 2012). У деяких дослідженнях у дорослих та дітей виявлено зв’язки між рівнем фталатних метаболітів та маркерами оксидативного стресу (гамма-глутамілтрансфераза, малондіальдегід та ізопростан — маркерами ліпопероксидації), а також рівнем 8-гідрокси­деоксигуанозину — маркера окисної деструкції ДНК (Ferguson K.K. et al., 2014).

Канцерогенні властивості фталатів

Сучасні дані свідчать про те, що фталати можуть виступати як фактори канцерогенезу. Міжнародною агенцією з дослідження раку (International Agency for Research on Cancer — IARC) задекларовано, що DEHP — «можливий канцероген для людини». Численними експериментальними дослідженнями показано, що DEHP та інші фталати у значній концентрації є канцерогенами щодо печінки, легень, нирок та ендокринзалежних органів репродуктивної системи (Rusyn I., Corton J.C., 2012).

Клінічні дані відносно канцерогенних властивостей фталатів залишаються обмеженими у зв’язку з браком адекватної оцінки рівнів експозиції як окремих токсикантів, так і їх міксів. Проте з’являються дослідження, які вказують на залежність між експозицією DEHP та підвищенням смертності від раку яєчка (Hardell L. et al., 1997), підшлункової залози (Selenskas S. et al., 1995) та респіраторного тракту (Hagmar L. et al., 1900), множинної мієломи (Heinerman E.F. et al., 1992), а також вони повʼязуються з підвищенням ризику раку молочної залози (Lopez-Carrillo L. et al., 2010) та гепатобластоми у дітей (Reynolds P. et al., 2004).

Плеотропні канцерогенні ефекти фталатів, зокрема DEHP, ВВР, DBP та BBzP, здійснюються за рахунок стимуляції, проліферації, міграції та інвазії злоякісних клітин. В експерименті на лабораторних тваринах показано, що вони діють через пероксисомально-проліферативний шлях, активуючи при цьому ліганд-­активовані ядерні фактори транскрипції — PPAR-α, -β та -γ, які регулюють експресію численних генів та відіграють певну роль у ліпідному і карбогідратному метаболізмі та у формуванні пухлин через, наприклад, зміни сигналінгу інсуліноподібного фактора росту — IGF-1 (Belfiore A. et al., 2009).

Останнім часом експериментально доведено, що канцерогенні ефекти фталатів здійснюються за рахунок модуляції молекулярних механізмів у клітинах-мішенях. Так, на культурі MCF-7 клітин раку молочної залози людини показано, що BBP активує експресію естрогенового рецептора метилюванням його гена (Kang S.C., Lee B.M., 2005), що є фактором розвитку раку молочної залози. У культурі клітин HepG2 DEHP призводить до прегнан-Х-рецепторної транс­крипції CYP 3A4 та активації MDR1 гена, який порушує метаболізм стероїдів та ксенобіотиків і призводить до лікарської резистентності у хворих онкологічного профілю (Takeshita A. et al., 2006). У гепатоцитах людини DEHP активує конститутивний андростановий рецептор, який пришвидшує транскрипцію CYP 2B6 та CYP 3A4 генів цитохрому Р450 (DeKeyser J.G. et al., 2009), що порушує метаболізм ксенобіотиків в печінці. А в експерименті на рекомбінантних клітинах миші (Hepa1.12cR), показано, що цей фталат модулює арильний гідрокарбоновий рецептор (Krüger T. et al., 2008), що впливає на експресію CYP 1A1 гена-мішені, який відповідальний за біоактивацію низки проканцерогенних генів (Voskoboinik I. et al., 1997) на PPAR-α-опосередкований манер (Shaban Z. et al., 2004). У клітинах тестикулярної ембріональної карциноми метаболіт MEHP призводить до активації проонконенного с-myc гена, ключового регулятора hTERT транскрипції (фермент, який використовується як матриця для зворотної транскрипції під час подовження тіломер) — при канцерогенезі, через його взаємодію із ДНК-зв’язувальним білком для подальшої активації транскрипції цього гена. Інші метаболіти MBP та MBzP також регулюють с-myc ген, що впливає на підтримку довжини тіломер і спричиняє проліферацію та інвазію естроген-негативних клітин раку молочної залози (Hsieh T.H. et al., 2012), що може бути зумовлено P13K/Akt-залежною дерегуляцією експресії гена hTERT та/чи обмеження активації його експресії. Це позначається на затримці укорочення довжини тіломер і, тим самим, формуванні іммортизації пухлинних клітин (Daniel M. et al., 2012). Іншими дослідженнями показано, що метаболіт MEHP сприяє гіперекспресії с-myc — протеїну, який в онкогенезі асоціюється із прогресією клітинного циклу, апоптозом, клітинною трансформацією та дерегуляцією генів адгезії та транскрипції і їх відповідних білків, таких як GJA1, вінкуліну, клаудину-6, β-катеніну 1 та ДНК-зв’язаного протеїну, у супроводі активації металопротеїнази-2 (Yao P.L. et al., 2012). На моделі клітин лінії MDA-MB-231 аденокарциноми молочної залози людини показано, що ці фталати призводять до зазначених ефектів шляхом дерегуляції дендритних клітин моноцитарного походження та гіперпродукції прозапальних цитокінів, зокрема NF-κB та металопротеїназ-2/-9, які асоціюються із метастазуванням та пухлинною прогресією (Yao P.L. et al., 2012; Hsu Y.L. et al., 2016).

Висновок

Наведені дані свідчать, що внаслідок широкого використання фталатів, переважно DEHР, у сучасному житті та легкої контамінації ними довкілля людина зазнає щоденної дії фталатів шляхом парентерального поглинання, інгаляції, дермального контакту, під час надання медичної допомоги та в окремих випадках — при застосуванні деяких лікарських засобів.

Фталати мають короткий біологічний напівперіод існування, швидко метаболізуються, не акумулюються в організмі людини та переважно екскретуються з сечею. Тому метаболіти в сечі є хорошими біомаркерами для оцінки експозиції як окремими речовинами, так і їх міксами.

В коло біологічної дії фталатів входить, перш за все, репродуктивна сфера та ендокринозалежні органи, внаслідок чого на сьогодні вони визнані як порушники ендокринної системи. Це стало поштовхом для розробки низки законодавчих актів та регламентуючих документів, зокрема у США та ЄС, для врегулювання їх виробництва, використання у споживацьких товарах, зменшення контамінації ними довкілля, а також для подальших медико-­біологічних пошуків нових точок терапевтичного прикладання у механізмах їх дії на організм людини.

Численними дослідженнями різної категорії показано, що фталати призводять до антиандрогенних, антиестрогенних й антитиреоїдних ефектів, дефектів нейророзвитку та поведінкових змін, порушень при статевій диференціації, формування репродуктивних аномалій, які найактивніше проявляються на найчутливіших етапах розвитку: фетальний > перипубертатний > дорослий (зрілий).

Отримані дані у минулому десятиріччі стали поштовхом для розробки та проведення нових пошуків, спрямованих на виявлення особливостей молекулярних механізмів дії моноефірних метаболітів фталатів на клітинному, субклітинному та молекулярному рівнях для оцінки змін клітинного мікрооточення, внутрішньо- та міжклітинного сигналінгу та їх можливої реалізації на органному та організменному рівнях. Це дозволило отримати нові свідчення про роль фталатів у формуванні стійких алергічних реакцій, астми, різних імунодефіцитних станів та метаболічних розладів (метаболічного синдрому та цукрового діабету). Також показано, що дія фталатів (зокрема найбільш поширеного DEHP і/або його метаболітів) створює підґрунтя щодо розвитку захворювань бронхолегеневої, серцево-судинної систем, нирок та шлунково-кишкового тракту та підвищує ризики їх реалізації. Активно ведуться пошуки для встановлення зв’язків між фталатами та онкогенезом, а експериментальними дослідженнями демонструються їх геномні ефекти. Проте залишаються проблеми браку епідеміологічних даних та досліджень на когортах осіб певних територій та регіонів, постають питання потенційних латентних і трансгенераційних ефектів, в тому числі епігенетичної модифікації внаслідок експозиції фталатами. Залишаються питання особливостей розвитку екологічно пов’язаних захворювань фетального походження у зрілому віці, що створює необхідність роз’яснення фталатасоційованих механізмів у формуванні віддалених генетичних, метаболічних, демографічних та екологічних наслідків, які спричиняють погіршення якості життя як окремого індивідуума, так і популяції в цілому.

Список використаної літератури

А.В. Кубашко, М.М. Герцюк, В.А. Деев

Резюме. В обзоре представлены медико-биологические эффекты наиболее часто используемых в повседневной жизни современного человека пластификаторов поливинилхлоридов — фталатов. Эти химические компоненты пластика сегодня признаны как глобальные поллютанты окружающей среды ввиду их способности к активной миграции. Широкое промышленное, бытовое использование фталатов, в том числе в медицинской сфере, в частности di-2-ethylhexyl phthalate, приводит к ежедневной экспозиции человека посредством парентерального поглощения, ингаляции и дермального контакта. Во многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях показано, что фталаты обладают антиандрогенными, антиэстрогенными и антитиреоидными свойствами, приводят к дефектам нейроразвития и поведенческим отклонениям, нарушениям половой дифференциации, формированию аномалий репродуктивной системы на наиболее чувствительных этапах развития: фетальный > пубертатный > взрослый (зрелый). Фталаты повышают риск развития репродуктивных проблем и формирования гормонозависимой опухолевой трансформации. Они являются фактором генезиса сахарного диабета, ожирения и ассоциированы с развитием рес­пираторных заболеваний, различных иммунодефицитных состояний, аллергии, бронхиальной астмы. Фталаты способствуют формированию патологии эндокринной, бронхолегочной, сердечно-сосудистой систем и желудочно-кишечного тракта, играя при этом роль триггерного фактора окислительного стресса и воспалительной реакции. На сегодня доказываются генотоксичные эффекты фталатов, что является существенным основанием для канцерогенеза.

Ключевые слова: фталаты, пластификаторы, биотоксичность.

Кубашко Алла Володимирівна
03680, Київ, вул. Героїв Севастополя, 30
ДУ «Національний інститут хірургії та трансплантології
імені О.О. Шалімова НАМН України»
E-mail: mewgull@ukr.net

Одержано 15.11.2017

Вам так же будет интересно

Оставьте комментарий

Ваш email не будет опубликован

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.