Токсичность развития
Токсичность развития — это любой порок развития, вызванный токсичностью химического вещества или патогена. Это структурные или функциональные изменения, обратимые или необратимые, которые мешают гомеостазу , нормальному росту , дифференцировке , развитию или поведению. Токсичность развития вызвана воздействием окружающей среды, которое включает наркотики, алкоголь, диету, токсичные химические вещества и физические факторы.
Другими факторами, вызывающими токсичность для развития, являются радиация , инфекции (например, краснуха ), материнский метаболический дисбаланс (например, алкоголизм , диабет , дефицит фолиевой кислоты ), лекарства (например, противораковые препараты , тетрациклины , многие гормоны , талидомид ) и химические вещества окружающей среды (например, ртуть , свинец ). , диоксины , ПБДЭ , ГБЦД , табачный дым ). Кроме того, это изучение неблагоприятного воздействия на развитие организма, которое может возникнуть в результате воздействия токсичных агентов до зачатия, во время развития плода или даже после рождения.

Включены также некоторые патогены , поскольку известно, что выделяемые ими токсины оказывают неблагоприятное воздействие на развитие организма при матери или плода инфицировании . Термин «токсичность развития» широко заменил ранний термин для изучения преимущественно структурных врожденных аномалий , тератологию, чтобы включить более разнообразный спектр врожденных нарушений . Вещества, которые вызывают токсичность развития от эмбриональной стадии до рождения, называются тератогенами . Эффект токсикантов, вызывающих развитие, зависит от типа вещества, дозы, продолжительности и времени воздействия. Первые несколько недель эмбриогенеза у человека более восприимчивы к этим агентам.
Эмбриогенез является наиболее важным периодом, когда действие любых тератогенных веществ может привести к врожденным дефектам. После оплодотворения токсиканты из окружающей среды могут пройти через мать к развивающемуся эмбриону или плоду через плацентарный барьер. Наибольшему риску плод подвергается в первые 14–60 дни беременности, когда формируются основные органы. Однако, в зависимости от типа токсиканта и степени воздействия, плод может подвергаться воздействию токсикантов на любом этапе беременности, но иметь разные последствия. Например, воздействие определенного токсиканта на одном этапе беременности может привести к повреждению органов, а на другом этапе беременности может привести к гибели плода и выкидышу.
Существует ряд химических веществ, биологических агентов (таких как бактерии и вирусы) и физических агентов (таких как радиация), используемых на различных рабочих местах, которые, как известно, вызывают нарушения развития. Нарушения развития могут включать широкий спектр физических отклонений, таких как деформации костей или органов, а также проблемы поведения и обучения, такие как умственная отсталость. Воздействие некоторых химических веществ во время беременности может привести к развитию рака в более позднем возрасте, называемого трансгенеративными канцерогенами. Воздействие токсикантов во втором и третьем триместрах беременности может привести к замедлению роста плода и снижению веса при рождении.
История
[ редактировать ]Токсикологические исследования — это изучение неблагоприятного воздействия химических веществ или физических агентов на живые организмы. Научное изучение ядов восходит к Древнему Египту, Китаю и Греции. Папирус Эберса 1500 г. до н.э. содержит информацию о многих ядах, включая болиголов. Шэнь Хун (2605 г. до н. э., Китай) испытал сотни трав и написал первую Фармакопею. Орфила, испанский врач и ученый 19-го века, является основателем современной токсикологии, которая проводила вскрытие жертв отравления для оценки конкретных эффектов на органы-мишени (печень, почки, желудочно-кишечный тракт, мозг и т. д.). [1]
Исследователи смогли установить токсичность, связанную с аномальным развитием, благодаря новому прорыву в биологии развития . Признание токсического воздействия различных молекул на развитие является недавним открытием.
Терато по-гречески означает чудовище. До XVIII века была принята теория преформизма , согласно которой аномальный рост рассматривался как деформации. В XIX веке наблюдалось развитие описательной эмбриологии, где аномалии теперь рассматривались как пороки развития или ошибки в процессе развития, что привело к появлению концепции тератогенеза. К 20 веку была установлена концепция эпигенеза (взаимодействия между генетической программой и окружающей средой), а во второй половине 20 века исследователи получили доказательства того, что факторы окружающей среды могут вызывать пороки развития и даже трансгенерационные эффекты. [2]
Этот тип конкретных исследований, направленных на выявление пороков развития плода, называется токсикологией развития и репродуктивной системы (DART).
Тестирование и оценка рисков
[ редактировать ]Тестирование на токсикант, вызывающий развитие, проводится на разных этапах:
- От оплодотворения до имплантации – оплодотворение с последующим увеличением количества клеток, расщеплением и кавитацией с образованием бластоцисты, которая имплантируется. Воздействие токсических веществ на этой стадии обычно предотвращает имплантацию и приводит к смерти. например ДДТ, никотин
- Имплантация и гаструляция . Формируются три зародышевых листка, и клетки начинают мигрировать, инициируя органогенез. Это наиболее чувствительная стадия алкогольной токсичности.
- Органогенез – это формирование конечностей, органов, нервной системы, мочевыделительной и половой систем путем процесса дифференцировки клеток, миграции и клеточных взаимодействий с 3-й по 8-ю неделю беременности человека. например, DES
- Морфогенез – включает стадии роста и физиологического созревания с 8-й недели до рождения. Тератогенное воздействие приводит к деформациям, а не порокам развития плода.
- От рождения до полового созревания – Воздействие токсических веществ окружающей среды.
DART (Эволюционная и репродуктивная токсикология)
[ редактировать ]DART — это специальное исследование по поиску пороков развития, вызванных токсичностью химических веществ, лекарств, пестицидов, пищевых добавок и т. д. Национальная программа токсикологии (NTP) проводит исследования DART для химических веществ, которые не были одобрены FDA или не прошли соответствующие исследования для человеческое потомство. [3]
Исследование проводится с использованием беременных животных и подверганием их воздействию определенных химических веществ, лекарств, лекарств, пестицидов и т. д. на протяжении всей беременности, а затем проводится тератология плодов для выявления пороков развития. Эти пороки развития могут быть любыми: от пороков развития тканей до пороков развития скелета. Они также могут позволить животному принести потомство для поиска пороков развития у растущих животных. Эти пороки развития могут быть самыми разными: от поведения, интеллекта, половой зрелости, например, развития яичек, открытия влагалища и способности к размножению.
Из-за сложности развития эмбриона и плода, включая взаимодействие матери и плода во время беременности, важно понять механизм токсичности и проверить токсическое действие более чем на двух видах, прежде чем подтвердить, что вещество является токсикантом для развития. У эмбрионов разные критические периоды формирования органов – с 15-го по 60-й день, поэтому восприимчивость к токсическому поражению напрямую связана со сроком развития.
Эффекты токсичности
[ редактировать ]Токсичность развития — это изменения процессов развития (органогенеза, морфогенеза), а не функциональные изменения уже развитых органов. Эффекты токсикантов зависят от дозы, порога и продолжительности действия. Последствиями токсичности являются:
- Незначительные структурные деформации – например, противосудорожные препараты, варфарин, производные ретиноевой кислоты.
- Серьезные структурные деформации – например, DES (диэтилстильбэстрол), курение сигарет.
- Задержка роста – например, алкоголь, полихлорированные дифенилы.
- Функциональные изменения – например, производные ретиноевой кислоты, полихлорированные дифенилы, фенобарбитол, свинец.
- Смерть – например, краснуха, ингибиторы АПФ
Примеры
[ редактировать ]Материнское облучение и врожденные пороки развития
[ редактировать ]Одними из первых экологически индуцированных врожденных пороков развития у человека были признаны последствия материнского облучения. Хиросима (1953 г.) и Нагасаки (1955 г.) впервые установили этот факт на основании записей о рождении, произошедших до 31 мая 1946 г., но после атомной бомбардировки (6 августа 1945 г., в Хиросиме; 9 августа 1945 г., в Хиросиме). Нагасаки). У детей, подвергшихся внутриутробному облучению в первом триместре беременности, наблюдалось увеличение частоты микроцефалии на 20% (Miller 1956, 1968). Чувствительность к этим излучениям была преимущественно высокой на 7–15-й неделе беременности .
В ходе этого исследования были отмечены два важных момента:
- Тяжесть и частота наблюдаемых врожденных аномалий увеличивались с увеличением дозы радиации, которая зависела от близости к источнику или взрыву.
- Установлено, что существуют критические периоды беременности, когда эти воздействия оказывают максимальное влияние на развитие плода.

Синдром врожденной краснухи (СВК)
[ редактировать ]Краснуха была первой признанной эпидемией пороков развития среди людей. После широко распространенной эпидемии краснухи в 1940 году Норман Грегг, австралийский офтальмолог, сообщил в 1941 году о возникновении врожденной катаракты среди 78 младенцев, рожденных после материнской инфекции краснухи на ранних сроках беременности. Это указывало на то, что вирус должен был преодолеть плацентарный барьер, чтобы достичь плода и вызвать пороки развития. Время воздействия вируса также имело прямое влияние на частоту врожденных пороков развития: воздействие на 4, 5–8 и 9–12 неделях беременности вызывало 61%, 26% и 8% врожденных пороков развития. Это было первое опубликованное признание синдрома врожденной краснухи (СВК). У потомства были врожденные дефекты глаз, сердца и ушей, а также умственная отсталость. [4]

Талидомидная трагедия (1950)
[ редактировать ]Талидомид использовался для лечения рака, проказы и ВИЧ, однако препарат широко использовался для лечения тошноты у беременных женщин в конце 1950-х и начале 1960-х годов, пока в 1960-х годах не стало очевидно, что он приводит к тяжелым врожденным дефектам. У плода, подвергшегося воздействию талидомида в утробе матери, наблюдались пороки развития конечностей, из-за которых конечности не развивались или выглядели как культи. Другие эффекты, также наблюдаемые при воздействии талидомида, включали деформацию глаз и сердца, деформацию пищеварительных и мочевыводящих путей, слепоту и глухоту. [5] Трагедия с талидомидом стала поворотным моментом в тестировании на токсичность, поскольку она побудила Соединенные Штаты и международные регулирующие органы разработать протокол систематического тестирования на токсичность. Эффекты талидомида привели к важным открытиям в области биохимических путей развития конечностей. [6] Многие жертвы талидомида и их семьи все еще ищут справедливости в борьбе, которую им пришлось пережить. Наиболее заметным способом борьбы выживших за справедливость является создание обществ выживших после талидомида. Эти общества предоставляют жертвам талидомида безопасное пространство, где они могут свободно делиться своими историями и объединяться для борьбы за социальные изменения, а также обеспечивать соблюдение строгих законов о тестировании на наркотики и контроле над ними. Самым известным обществом в Соединенных Штатах является Американское общество людей, переживших талидомид . Это общество фокусируется на выживших в Соединенных Штатах, а также продвигает другие международные общества. [7]
Влияние на нейруляцию
[ редактировать ]Нейруляция — один из важнейших этапов развития позвоночных. Это процесс формирования плоской нервной пластинки, которая затем скручивается, образуя полую нервную трубку. [8] Считается, что он является одной из основных мишеней токсичности для развития, а дефекты нейруляции являются частым последствием воздействия токсикантов и приводят к значительной части дефектов у человека. [9] Воздействие нейруляции на развитие токсичности вызвано повышенной скоростью пролиферации клеток и миграцией нейроэпителиальных клеток из вентральной в дорсальную сторону. Эпигенетические факторы нарушают нормальный процесс формирования нервной трубки, вызывая дефекты нервной трубки (НДТ) . Это приводит к расщелине позвоночника , распространенному дефекту человека. [10]

Фетальный алкогольный синдром (ФАС)
[ редактировать ]Нарушения алкогольного спектра плода (ФАСН) — это термин, обозначающий совокупность состояний, которые могут возникнуть у человека, мать которого употребляла алкоголь во время беременности. Эти эффекты могут включать физические и когнитивные проблемы. Пациент с ФАСН обычно имеет комбинацию этих проблем. [11] Степень эффекта зависит от частоты воздействия, дозы и скорости выведения этанола из околоплодных вод. ФАС нарушает нормальное развитие плода, что может привести к задержке, пропуску или незрелому развитию определенных стадий развития. [12] Поскольку выведение алкоголя у плода происходит медленнее, чем у взрослого, а также из-за того, что у него не развита печень для метаболизма алкоголя, уровень алкоголя, как правило, остается высоким и сохраняется в плоде дольше. Врожденные дефекты, связанные с внутриутробным воздействием алкоголя, могут возникнуть в первые три-восемь недель беременности, еще до того, как женщина узнает, что она беременна. [13]

ДЭС (диэтилстильбэстрол)
[ редактировать ]DES (диэтилстильбэстрол) — препарат, имитирующий эстроген , женский гормон. С 1938 по 1971 год врачи назначали этот препарат, чтобы помочь некоторым беременным женщинам, у которых были выкидыши или преждевременные роды, исходя из теории, что выкидыши и преждевременные роды происходят из-за того, что некоторые беременные женщины не производят достаточного количества эстрогена естественным путем для поддержания беременности в течение полного срока. По оценкам, 5–10 миллионов беременных женщин и детей, родившихся в этот период, подверглись воздействию DES. В настоящее время известно, что DES увеличивает риск рака молочной железы и вызывает различные неблагоприятные исходы, связанные с родами, у потомков женского пола, такие как самопроизвольный аборт, потеря беременности во втором триместре, преждевременные роды, мертворождение, неонатальная смертность, суб/бесплодие и рак. репродуктивных тканей. DES является важным токсикантом для развития, который лежит в основе эмбриональных заболеваний у взрослых. [14]
Метилртуть
[ редактировать ]Метилртуть и неорганическая ртуть выделяются с грудным молоком человека, и дети грудного возраста особенно восприимчивы к токсичности, вызываемой этими соединениями. [15] Плод и младенец особенно уязвимы к воздействию ртути, что особенно важно для развития ЦНС, поскольку она может легко проникать через плацентарный барьер, накапливаться в плаценте и плоде, поскольку плод не может выводить ртуть и даже оказывать негативное воздействие на плод. если у матери нет симптомов. [16] Ртуть вызывает повреждение нервной системы в результате пренатального или раннего послеродового воздействия и, скорее всего, будет необратимым. [17]
хлорпирифос
[ редактировать ]Это фосфорорганический инсектицид , который действует на нервную систему насекомых путем ингибирования ацетилхолинэстеразы , но умеренно токсичен для человека. Но известно, что эффекты на развитие плода и детей проявляются даже при очень малых дозах. Было показано, что он вызывает аномальные рефлексы у новорожденных, ухудшение умственного развития у 2- и 3-летних детей, снижение вербального IQ у детей. 3 + 1 ⁄ 2 и 5 лет и первазивное нарушение развития у детей 2, 3 и 5 лет. 3 + 1 ⁄ года . [18]
Эндокринные разрушители окружающей среды
[ редактировать ]Эндокринные разрушители — это молекулы, которые изменяют структуру или функцию эндокринной системы. Эти химические вещества могут действовать как часть токсичности для развития, поскольку они могут изменять гормональные пути в эндокринной системе, что приводит к негативным последствиям для здоровья. Одним из наиболее распространенных эндокринных разрушителей является бисфенол А (БФА). BPA часто встречается в отходах жизнедеятельности человека, особенно в пластике. Это означает, что BPA также используется в бутылках для воды, что может быть опасно, поскольку химические вещества из пластика попадают в очищенную питьевую воду для потребления человеком. К химическим веществам, нарушающим эндокринную систему, относятся формы эфиров фталевой кислоты, которые используются в качестве пластификаторов. И BPA, и эфиры фталевой кислоты встречаются в водных путях. [19] Пренатальное воздействие BPA связано с агрессией и изменениями нейроповедения. [20] Другим распространенным токсином является пирифлухиназон, инсектицид, используемый для борьбы с вредителями. Винклозолин также является химическим веществом, нарушающим эндокринную систему; это фунгицид, используемый при обработке продуктов, чтобы продлить срок их хранения. [21] Эндокринные разрушители могут оказывать различное воздействие в зависимости от степени воздействия. [22] Многие химические вещества, нарушающие работу эндокринной системы, содержатся не только в пластике, но и во многих средствах гигиены, косметике, чистящих средствах, продуктах питания и многом другом. Эти токсины могут играть ведущую роль в здоровье человека, поскольку они могут привести к метаболическим заболеваниям, проблемам бесплодия и даже нарушениям нервно-психического развития. [23]
Диетические добавки
[ редактировать ]Многие пищевые добавки одобрены без одобрения FDA, поскольку они указаны как «продукты питания», а не как лекарства. Однако многие из них содержат химические вещества, которые не были протестированы и не одобрены для использования беременными женщинами. Важно изучить и изучить любой тип пищевой добавки, прежде чем принимать ее во время беременности. Ниже перечислены некоторые пищевые добавки, оказывающие вредное воздействие.
Основные токсиканты развития
[ редактировать ]Некоторые из известных токсикантов, вызывающих развитие, можно сгруппировать по следующим категориям:
Репродуктивные токсины:
- Аминоптерин
- Метотрексат
- Андрогены
- ингибитор АПФ
- Противотуберкулезный препарат
- Ацетаминофен
- Кофеин
- хлорамфеникол
- Ципро
- Кокаин
- Кодеин
- Кумарин
- Диэтилстильбэстрол
- Этанол
- Ибупрофен
- Инсулиновая шоковая терапия
- Изотретиноин
- Левофлоксацин
- Примахин
- Стрептомицин
- Сульфонамиды
- Талидомид
- Триметоприм
- Витамин А
- Витамин Д
- Варфарин
Противосудорожные средства:
Химические вещества:
Биологические агенты:
- Цитомегаловирус
- краснуха
- Вирус простого герпеса
- ВИЧ
- Сифилис
- Токсоплазмоз
- Вирус ветряной оспы
- Вирус венесуэльского лошадиного энцефалита
Образ жизни:
Метаболический дисбаланс у матери:
- Кретинизм
- Сахарный диабет
- Дефицит фолиевой кислоты
- Гипертермия
- Фенилкетонурия
- Ревматическое расстройство
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Клаассен, Кертис (1975). Токсикология Казаретта и Дулла: основы науки о ядах (7-е изд.). МакГроу Хилл. ISBN 978-0071470513 .
- ^ Сандер К. (1997). Вехи в биологии развития 1883–1924 гг . Спрингер. дои : 10.1007/978-3-642-60492-8 . ISBN 978-3-642-64428-3 . S2CID 11288064 .
- ^ Национальная программа токсикологии. «Отчеты о токсичности для развития и репродуктивной системы (DART)» . Национальная программа токсикологии – DART . Архивировано из оригинала 20 апреля 2023 года . Проверено 19 апреля 2023 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ «Розовая книга | Краснуха | Эпидемиология болезней, предупреждаемых с помощью вакцин» . Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) . Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 13 апреля 2016 г.
- ^ «JSONpedia — Талидомид» . jsonpedia.org . Проверено 14 апреля 2016 г.
- ^ Ким Дж. Х., Скиалли А. Р. (июль 2011 г.). «Талидомид: трагедия врожденных дефектов и эффективное лечение заболеваний» . Токсикологические науки . 122 (1): 1–6. doi : 10.1093/toxsci/kfr088 . ПМИД 21507989 .
- ^ «Талидомидные общества | США, пережившие талидомид» . 29 декабря 2019 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Гилберт, Скотт (2014). Биология развития . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.
- ^ Киммел, Калифорния (30 июня 1994 г.). Развивающая токсикология . ЦРК Пресс. ISBN 978-0-7817-0137-2 .
- ^ Мохамадзаде, Нахид; Зирак Джаванмард, Масуме; Каримипур, Моджтаба; Фарджа, Голамхосайн (23 февраля 2021 г.). «Токсичность развития нервной трубки, индуцированная наночастицами диоксида титана в мышиных эмбрионах» . Журнал Авиценны медицинской биотехнологии . 13 (2): 74–80. дои : 10.18502/ajmb.v13i2.5524 . ISSN 2008-4625 . ПМК 8112145 . ПМИД 34012522 .
- ^ «Нарушения алкогольного спектра плода» . МедлайнПлюс . Национальная медицинская библиотека США . Проверено 14 апреля 2016 г.
- ^ МакКрайт Б. (1997). Распознавание и ведение детей с фетальным алкогольным синдромом/влиянием алкоголя на плод: руководство .
- ^ «Нарушения алкогольного спектра плода (ФАСН)» . Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) . Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 13 апреля 2016 г.
- ^ Рид CE, Фентон SE (июнь 2013 г.). «Воздействие диэтилстильбестрола на чувствительных этапах жизни: наследие наследственных последствий для здоровья» . Исследование врожденных дефектов. Часть C, Эмбрион сегодня . 99 (2): 134–146. дои : 10.1002/bdrc.21035 . ПМЦ 3817964 . ПМИД 23897597 .
- ^ Ян Дж, Цзян Цз, Ван Ю, Куреши И.А., Ву XD (1 апреля 1997 г.). «Перенос металлической ртути от матери к плоду через плаценту и молоко». Анналы клинической и лабораторной науки . 27 (2): 135–141. ПМИД 9098513 .
- ^ Харада М (1 января 1995 г.). «Болезнь Минамата: отравление метилртутью в Японии, вызванное загрязнением окружающей среды». Критические обзоры по токсикологии . 25 (1): 1–24. дои : 10.3109/10408449509089885 . ПМИД 7734058 .
- ^ Райс Д., Барон С. (июнь 2000 г.). «Критические периоды уязвимости развивающейся нервной системы: данные на моделях людей и животных» . Перспективы гигиены окружающей среды . 108 (Приложение 3): 511–533. дои : 10.2307/3454543 . JSTOR 3454543 . ПМЦ 1637807 . ПМИД 10852851 .
- ^ «Архивы Агентства по охране окружающей среды» . archive.epa.gov . Проверено 14 апреля 2016 г.
- ^ Гани, Халид Музамил; Казми, Абсар Ахмад (01 марта 2020 г.). «Оценка экотоксикологического риска и соответствие нормативным требованиям фталатов, нарушающих эндокринную систему, в устойчивой схеме очистки сточных вод» . Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 27 (8): 7785–7794. дои : 10.1007/s11356-019-07418-7 . ISSN 1614-7499 . ПМИД 31889277 . S2CID 209509980 .
- ^ Браун Дж.М., Йолтон К., Дитрих К.Н., Хорнунг Р., Йе Х, Калафат А.М., Ланфир Б.П. (декабрь 2009 г.). «Пренатальное воздействие бисфенола А и поведение в раннем детстве» . Перспективы гигиены окружающей среды . 117 (12): 1945–1952. дои : 10.1289/ehp.0900979 . ПМК 2799471 . ПМИД 20049216 .
- ^ Фейхо, Мариана; Мартинс, Роберта В.Л.; Сокорро, Сильвия; Перейра, Луиза; Коррейя, Сара (07 мая 2021 г.). «Влияние эндокринного разрушителя винклозолина на мужскую репродукцию: систематический обзор и метаанализ †» . Биология размножения . 104 (5): 962–975. doi : 10.1093/biolre/ioab018 . ISSN 0006-3363 . ПМИД 33524106 .
- ^ Гилберт С. (2015). Экологическая биология развития (2-е изд.). США: Академическое издательство Оксфордского университета. ISBN 978-1-60535-542-9 .
- ^ Гальвес-Онтиверос, Иоланда; Паес, Сара; Монтеагудо, Селия; Ривас, Ана (21 апреля 2020 г.). «Эндокринные разрушители в продуктах питания: влияние на микробиоту кишечника и метаболические заболевания» . Питательные вещества . 12 (4): 1158. дои : 10.3390/nu12041158 . ISSN 2072-6643 . ПМЦ 7231259 . ПМИД 32326280 .
Источники
[ редактировать ]- Дж. М. Роджерс; Р. Дж. Кавлок (2001). «Токсикология развития». В CD Клаассен (ред.). Токсикология Казаретта и Дулла (6-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 351–386 . ISBN 978-0-07-134721-1 .