ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ НА ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ

Нанотехнологии в XXI веке становятся все более востребованными. Исследования в области наночастиц и нанотехнологий за последние десятилетия заняли быстрорастущую нишу в научной системе. Они используются при разработке новых материалов и биотехнологий, в микроэлектронике и энергетике. Развитие неуклонно идет к тому, что нанотехнологии станут неотъемлемой частью жизни человека.

Приставка «нано-» используется с объектами и явлениями, которые имеют размеры нанометрового диапазона. Наночастицами называют объекты размерностью хотя бы в одном направлении до 100 нм. Нанотехнологии же по своей сути являются собирательным термином, который подразумевает совокупность методов и приемов, которые обеспечивают возможность создавать, модифицировать и применять наноматериалы.

Из-за возможности повсеместного использования нанотехнологий возникают вопросы о их безопасности: «Как наночастицы повлияет на человека? Не будут ли они опасны для организма?»

В научном сообществе дискуссия о составе, размере, геометрии, биораспределению и биотрансформации наноматериалов в окружающей среде идет уже долгое время, и приходит к заключению, что наночастицы могут оказывать негативное воздействие на здоровье человека [2]. И происходит это из-за специфических свойств, присущих наноматериалам, которые имеют тенденцию подвергаться клеточному поглощению, что может привести к биоаккумуляции и, как следствие, к неблагоприятным последствиям, в том числе к токсическому действию.

Известно, что по сравнению с макроразмерными объектами, их аллотропные наноразмерные модификации имеют большую химическую активность [1, с. 244]. Это объясняется тем, что при уменьшении частиц увеличивается удельная поверхность (рис.1) [4, с. 158]. Кроме того, реакционная способность твердых тел (при прочих равных условиях) пропорциональна площади их поверхности, что дает возможность определить наличие высокой биологической активности наночастиц при сравнении с макрочастицами. Это может приводить к спонтанным мутациям из-за образования ДНК-аддуктов.

Рисунок 1. Зависимость числа молекул на поверхности от размера частиц

Наночастицы могут быть как частицами природного происхождения, так и результатом преднамеренной или непреднамеренной деятельности человека.

Давно известно, что наночастицы находятся не только в «пробирках» ученых, но и в природе, ведь наночастицы – это неотъемлемая часть окружающей среды. Люди попадают под воздействие нанообъектов, находящихся в атмосфере, гидросфере и литосфере, на протяжении всей жизни еще с доисторических времен. Основными природными источниками наночастиц являются пожары и извержения вулканов, эрозия почв и горных пород, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Наиболее значимые природные источники наночастиц

Наночастицы, образующиеся в природе, имеют разные размеры. Они могут переноситься на большие расстояния (в среднем разброс составляет тысячи километров) и оставаться во взвешенном состоянии в воздухе сутками. Однако за время своего существования человечество и экосистемы в целом к таким видам наночастиц, скорее всего, адаптировались, поэтому в работе будут рассмотрены примеры антропогенного воздействия, то есть влияние наноматериалов, которые создает человек.

Наночастицы антропогенного происхождения (выхлопные газы автомобилей, топливные элементы и металлургия) поступают в окружающую среду из-за различных промышленных и механических процессов. В ходе развития нанотехнологий, а также улучшения качества оборудования было синтезировано большое количество наночастиц, тем самым увеличивая их содержание в окружающей среде. Но даже при увеличении объемов производства, выброс наночастиц в окружающую среду невозможно оценить из-за того, что в современной нормативной документации не существует ПДК (предельно допустимой концентрации) нанообъектов. Хотя именно наночастицы, созданные искусственно, требуют к себе пристального внимания и нуждаются в тщательном изучении, ведь их влияние на живые организмы непредсказуемо, а в дальнейшем может привести даже к срыву адаптационных механизмов во всей экосистеме.

Токсичность металлов зависит от большого количества факторов, таких как растворимости, специфичности связывания с определенными звеньями метаболических процессов живых организмов и т.д. Нанотоксичность же в свою очередь также связана и с электростатическим взаимодействием наночастиц с мембраной клеток и их накоплением в цитоплазме.

Для исследования влияния наночастиц меди были проведены опыты на рыбках Danio rerio [2], где наночастицы сравнивались с растворимыми ионами меди (CuSO₄). В ходе исследования было выявлено, что наночастицы меди менее токсичными ионов меди.

Большую роль в области нанотехнологий, а главное в области медицины, играют наночастицы серебра. Ведь они обладают потенциальной антимикробной активностью по отношению ко многим патогенным микроорганизмам, но также наряду с этим они демонстрируют сильное токсическое воздействие на здоровье человека. Длительное воздействие на кожные покровы коллоидного серебра или солей серебра вызывает кожные заболевания. Даже в макроформе серебро является чрезвычайно токсичным для рыб, водорослей, а также почвенных бактерий, приводя к нарушению экосистемы.

В промышленности используют не только наночастицы металла, но также и аллотропные модификации углерода, к которым относятся наноалмаз, графен, углеродные нанотрубки (УНТ) и фуллерен.

Токсичность наноалмаза была исследована при помощи планктона. В воду с дафнией были добавлены наноалмазы разной концентрации. При добавлении одного миллиграмма наноалмазов на литр воды, дафнии перестали размножаться, а при десятикратном увеличении умерли. Последующее исследование показало, что наноалмазы накапливаются в кишечнике.

Токсическое действие УНТ, находящие всё большее применение в новых технологиях, изучается уже давно, но результаты до сих пор противоречивы. Опыты показывают, что УНТ способны накапливаться внутри клеток. В ходе экспериментов также выяснилось, что при попадании УНТ в легкие развивается воспалительный процесс.

Наночастицы поступают в организм различными путями, в которые входят дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и кожные покровы (рис.2) [3].

Рисунок 2. Схема распространения наночастиц в человеческом организме

Распределение и вывод из организма наночастиц (рис.2) имеет место быть, как и для обычных веществ, только процент вывода наночастиц по естественным путям может составлять от 20 до 80 процент, в зависимости от размера, состава и структуры. Для максимального вывода наночастиц из организма человека может быть использован метод физической диффузии или химического связывания, где растворенные вещества выводятся из клеточных структур с жидкостью. Предположительно, за выведение наночастиц из организма должны отвечать почки, печень и потовые железы.

Внедрение новых технологий всегда идёт с рядом трудностей экономического, гигиенического, социального характера, но все они временные. А так как нет никаких сомнений в том, что нанотехнологии и производство наноматериалов будут по-прежнему развиваться, в политике по отношению к данной сфере производства следует применять принцип осторожности. Будут приняты новые нормативные документы, где пропишутся правила по производству, транспортировке и утилизации объектов с наночастицами. Это в свою очередь требует развития детальных методов контроля над наноматериалами в окружающей среде, чтобы в будущем любые риски чрезвычайных ситуаций сведет к минимуму.

Список литературы:

1. Годымчук А.Ю. Экология наноматериалов / А.Ю. Годымчук, Г.Г. Савельева, А.П. Зыкова – М.: БИНОМ, 2017. – 272 с.
2. Наночастицы как потенциальный источник неблагоприятного воздействия на окружающую среду [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nanochastitsy-kak-potentsialnyy-istochnik-neblagopriyatnogo-vozdeystviya-na-okruzhayuschuyu-sredu (дата обращения 06.04.2019).
3. Опасности и риски нанотехнологий и принципы контроля за нанотехнологиями и наноматериалами [Электронный ресурс]. URL: https://refdb.ru/look/2433169-p2.html (дата обращения 10.05.2019).
4. Рыжиков Д.И. Наноматериалы / Д.И. Рыжиков, В.В. Лёвина, Э.Л. Дзидзигури – М.: БИНОМ, 2017. – 356 с.