БЕНЗПИРЕН

Бензпирен [3,4-бензпирен, бенз(а)пирен, бензапирен) — одно из наиболее сильнодействующих канцерогенных соединений. Полициклический ароматический углеводород, C₂₀H₁₂:

Молекулярный вес — 252,30; t°_пл 176,5°; t°_кип 310°. Бледно-желтое вещество, кристаллизирующееся в виде игл или пластинок, хороню растворимое в бензоле, ацетоне, эфире, в маслах и других органических растворителях; плохо растворимое в воде (0,24 мкмоль на 1 л). В спектре флюоресценции бензпирен имеет три полосы с максимумами при 418, 430 и 458 нм. Вступает в реакцию замещения, сравнительно легко окисляется до образования хинонов, а затем карбоновых кислот.

В лаборатории бензпирен получают из пирена или симметричного гексагидропирена и ангидрида янтарной кислоты. При высоких температурах из алифатических и простых ароматических углеводородов бензпирен синтезируется путем реакции свободных радикалов. Первичные радикалы образуются путем разрыва углеродно-водородных или углеродно-углеродных связей исходных углеводородов (первая фаза процесса). Во второй фазе из первичных радикалов происходит синтез бензпирена путем постепенного и последовательного соединения цепей и дегидрирования.

Бензпирен является одним из наиболее распространенных канцерогенных веществ в окружающей человека среде. Образованно бензпирен в промышленности происходит при высокотемпературных процессах термической обработки органического сырья (перегонка, коксование) и сжигании в условиях, при которых появляются продукты неполного сгорания. Бензпирен обнаруживается во многих продуктах промышленности на предприятиях по переработке каменного угля, горючих сланцев, нефти, на сажевых заводах, установках, вырабатывающих отопительные газы и т. д., а также там, применяются некоторые из продуктов этих производств. Действием бензпирена можно объяснить возникновение профессионального рака кожи у трубочистов, парафинщиков и других работников, кожа которых подвергалась длительному загрязнению смолами, а также случаи рака легких у рабочих газовой промышленности. Канцерогенное действие бензпирена объясняется его взаимодействием с белками нуклеиновыми кислотами, вызывающим нарушения, ведущие к трансформации нормальных клеток в опухолевые. Механизм действия до конца не раскрыт.

Одним из мощных источников выброса бензпирена в атмосферу являются двигатели внутреннего сгорания — значительные количества его находят в составе выхлопных газов автотранспорта и самолетов. Бензпирен можно обнаружить в загрязненном воздухе атмосферной пыли, в почве, водоемах, а также в различных конченых пищевых продуктах и табачном дыме: его находят в тканях легких человека, бронхиальных лимфатических узлах, в секрете сальных желез и моче. Можно сказать, что бензпирен встречается везде, где приходится иметь дело с дымом! или его продуктами. В определенную связь с этим можно поставить увеличение заболеваемости раком легких у жителей больших городов и у курильщиков сигарет.

Канцерогенные свойства бензпирена стали широко изучаться в экспериментах после 1933 года, когда он впервые был выделен из каменноугольной смолы, а затем синтезирован из пирена. При подкожном введении мышам и крысам по 1—2 мг бензпирена в масле саркомы возникают через 4—5 месяцев; при смазывании им кожи (0,5% раствор в бензоле) через 2—3 месяца появляются папилломы, а через 4—5 месяцев — рак почти у 100% животных. Введение бензпирена непосредственно в ткань различных органов животных также вызывает злокачественные опухоли: папилломы и рак преджелудка, плоскоклеточный рак легких, рак матки, опухоли молочных желез и т. д. Кроме новообразований на месте первичной аппликации, бензпирен вызывает у большого числа мышей аденоматозные опухоли легких.

Обмен бензпирена в организме осуществляется по типу реакции детоксикации в печени путей гидроксилирования с образованием 3-гидроксибензпирена, 3,6-бензпиренхинонов и др. Конечные продукты обмена бензпирена выделяются с желчью, а затем с калом, частично с мочой, главным образом в виде парных соединений с серной и глюкуроновой кислотами. Только 1% первоначально введенной в организм дозы бензпирена выводится в неизмененном виде. При изучении динамики появления метаболитов уже через час после введения бензпирена, меченного по углероду (С¹⁴), в желчи обнаруживается 6-оксибензпирен-глюкуронид, З-оксибензпирен-глюкуронид, дииоксибензпирен-глюкурониды и ряд других неустойчивых конъюгированных соединений. Через 24 часа после введения в кровь мыши бензпирена, меченного по углероду (С¹⁴), 2/3 введенной дозы радиоактивности обнаружено в кале и 1/6 в моче. В дальнейшем меченый углерод в течение еще нескольких дней может быть обнаружен в печени, желчи, жировой ткани, кале и моче. В выдыхаемом воздухе радиоактивность не обнаруживается. Скорость выведения бензпирена и продуктов его обмена из организма животных зависит от способа введения, растворителя и дозы вводимого канцерогена. Так, при внутрибрюшинном введении бензпирена в жировом растворителе канцероген выводится из организма мыши в 15 раз быстрее, чем при подкожном введении. При подкожном введении бензпирена в жировом растворителе, в водной эмульсии и в белковом растворителе быстрее всего выводится бензпирен, введенный с белковым растворителем, медленнее всего — в жировом растворителе. При внутривенном введении бензпирена характер растворителя сказывается на скорости выведения в наименьшей степени. При увеличении дозы вводимого бензпирена происходит пропорциональное увеличение его выведения из организма. Однако существует порог дозировки, после достижения которого дальнейшего увеличения выделения метаболитов не происходит.

По мере окисления исходной молекулы бензпирена в процессе метаболизма канцерогенная активность уменьшается (оксипроизводные оказались менее активными). Закономерности метаболизма бензпирена были изучены не только в организме, но и в культуре тканей. Они имеют место и при деградации этого вещества в окружающей среде, например в почве, сточных водах, донных отложениях и т. д. Этот процесс биологической очистки осуществляется бактериальной флорой.

Применяемая в СССР и за рубежом методика определения бензпирена и других полициклических ароматических углеводородов включает несколько этапов.

1. Экстракция смолистых веществ, главным образом бензолом.

2. Фракционирование на колонке с окисью алюминия.

3. Идентификация бензпирена, которая чаще всего производится наиболее чувствительным спектральным методом. При этом используют как спектры флюоресценции, так и спектры поглощения. В замороженных растворах нормальных парафиновых углеводородов спектры флюоресценции бензпирена и других полициклических ароматических углеводородов состоят из большого числа тонких и четких линий. Такие «квазилинейчатые» спектры обладают выраженной индивидуальностью (Э. В. Шпольский и др., 1952). Использование эффекта Шпольского значительно повышает чувствительность метода определения бензпирена (до 0,001 мкг).

4. Для количественного определения используют метод добавок, или метод внутреннего контроля. Применяемый метод высоко избирателен и позволяет определять бензпирен в смесях самого сложного состава.

Разработка и применение тонких и точных методов определения бензпирена в окружающей среде и в организме человека создало предпосылки для профилактических мероприятий: обнаружение источников выброса бензпирена, введение технологических усовершенствований (улучшение сжигания) в производство (особенно коксохимическую и нефтяную промышленность), а также в конструкцию и эксплуатацию двигателей внутреннего сгорания, рациональное градостроительство, личная гигиена. Твердо установленная зависимость канцерогенного эффекта от дозы бензпирена позволила на основании экспериментальных исследований, эпидемиологических наблюдений, а также изучения уровня этого вещества в окружающей среде установить предельно допустимую концентрацию бензпирена в воздухе населенных мест в количестве 0,1 мкг/100 м³ и 15 мкг/100 м³ в воздухе рабочей зоны.

См. также Смолы.

Библиография: Шабад Л. М. Методы изучения бластомогенности химических веществ, М., 1970; он же, О циркуляции канцерогенов в окружающей среде, М., 1973; Badger G. M. Mode of formation of carcinogen es in human environment, Nat. Cancer Inst Monogr., № 2, p. 1, 1962.

Э. E. Сметанин, Л. М. Шабад.