Введение
Современное общество функционирует в условиях воздействия широкого спектра угроз как природного, так и антропогенного генеза, от эффектов от накопившихся проблем, оставленных предшествующими поколениями и всей природой формирования и развития нашей цивилизации, до экологических и связанных с ними социальных проблем, вызванных продолжающимся ростом человеческой популяции, ее деятельностью по самообеспечению продуктами производства и поступлением и накоплением в окружающей среде отходов человеческой деятельности [1, с. 105–118; 2; 3]. Одной из таких проблем является загрязнение окружающей среды компонентами активных фармакологических субстанций, вспомогательными веществами лекарственных средств, элементами первичной и вторичной упаковки, которое стало актуальным направлением исследований в области экотоксикологии [1, с. 105–118; 4; 5]. Экофармполлютанты, попадая в окружающую среду, способны приводить к формированию токсических процессов на всех уровнях организации живых систем, в том числе оказывая негативное воздействие на экосистемы и здоровье населения [5–7]. Токсические процессы – это сложные явления, проявляющиеся на всех уровнях биологической организации, от молекул и клеток до целых экосистем и биосферы в целом. Именно это многоуровневое воздействие делает их омниэкотоксическими, то есть затрагивающими все аспекты окружающей среды [1, с. 105–118; 2; 7]. В данной статье будет рассмотрена важность изучения общетоксикологических аспектов лекарственной экотоксикологии, а также выявлены основные источники опасности и последствия для биосферы.
Целью работы является анализ возможных и вероятных последствий взаимодействия компонентов лекарственных средств с элементами окружающей среды и оценка их токсического влияния на экосистемы. Рассмотрим, как эти вещества могут способствовать развитию антибиотикорезистентности и других патологий
Материалы и методы исследования
В процессе исследования была проведена тщательная аналитическая работа, направленная на изучение обширного массива научных публикаций, включая статьи, монографии и учебники, которые доступны в открытом доступе. В частности, акцент был сделан на электронные версии данных материалов, что значительно расширяет доступ к актуальной информации. Для эффективного поиска использовались различные базы данных, такие как eLibrary, PubMed, Scopus, Web of Science и Cyberleninka.ru. Эти ресурсы предоставляют богатую информацию по множеству научных дисциплин и являются важными инструментами для исследователей. Кроме того, в ходе работы был осуществлен поиск по ключевым словам с использованием популярных поисковых систем, таких как Google и Яндекс. Это позволило выявить дополнительные источники, которые могут не быть представлены в специализированных базах данных, но все же содержат ценную информацию по заданной тематике. В результате такого комплексного подхода к поиску литературы в работу были отобраны научные источники, охватывающие период с 1980 по 2024 г., что позволяет получить полное представление о развитии исследуемой области. Общее количество проанализированных литературных источников превысило 170, из которых в тексте статьи процитировано 26 наиболее значимых. Это свидетельствует о глубоком и всестороннем анализе, который был проведен в рамках данной работы. В процессе исследования также были рассмотрены и обоснованы общетоксикологические аспекты, касающиеся существующих терминологических и мировоззренческих проблем в области экофармакотоксикологии.
Результаты исследования и их обсуждение
На современном этапе развития человеческого познания окружающего мира, в рамках классификации направлений научного поиска принято считать, что лекарственной токсикологией (фармакотоксикологией) является раздел токсикологии (фармакологии) и токсикологической химии, предметом исследований которого служат патологические проявления на всех уровнях организации живых систем, вызываемые активными фармакологическими субстанциями, а также композициями лекарственных и вспомогательных веществ [3, 4]. При этом фармакотоксикология подразумевает в том числе, кроме изучения последствий токсического воздействия фармацевтических препаратов и предметов медицинского применения, обоснование и разработку средств, методов и схем лечения и профилактики побочных эффектов, вызванных фармацевтическими препаратами. Не следует исключать из сферы интересов лекарственной токсикологии и отравления лекарствами, которые тоже являются предметом исследований, как и пути детоксикации. Кроме того, лекарственная токсикология не только может, но и должна рассматриваться как раздел экотоксикологии [8].
Важно отметить, что ключевым аспектом экотоксикологической оценки поллютантов является выявление их источников. Иногда бывает достаточно трудно с высокой точностью установить источник загрязнения, поскольку экотоксиканты могут поступать в окружающую среду в крайне малых концентрациях, порой в виде примесей к совершенно безвредным веществам. Так, например, активные фармсубстанции и их метаболиты, вспомогательные вещества становятся фармэкополлютантами (фармэкотоксикантами, ксенобиотиками), попадая в окружающую среду, зачастую в количествах на грани чувствительности современных аналитических приборов, разными путями: через выбросы в атмосферу; производственные (лабораторные) сбросы в сточные воды; некачественную утилизацию просроченных препаратов (свалки); физиологические процессы растений, животных и человека, употребляющих препараты и выделяющих остатки активных фармсубстанций и/или сопутствующих веществ, а также продукты их биотрансформации в окружающую среду [1, с. 105–118; 8; 9].
На сегодняшний день среди основных источников загрязнения можно выделить несколько ключевых факторов: производственные предприятия и научно-исследовательские центры, занимающиеся разработкой новых лекарственных средств, где на этапах производства могут происходить утечки и сбросы, способствующие загрязнению атмосферного воздуха, водоемов и почвы; медицинские и аптечные учреждения, где неправильная утилизация использованных медикаментов и медицинских изделий также играет значительную роль в их попадании в экосистемы; сельское хозяйство (животноводство, птицеводство, рыбоводство, плодоводство, где используются антибиотики и гормоны для повышения продуктивности животных, а также агрохимикаты как средства защиты растений, что ведет к их распространению в наземных и водных экосистемах) и ветеринария; население как потребитель лекарственных средств. Таким образом, интенсивное производство и потребление фармацевтических препаратов, средств гигиены, косметических средств, пищевых добавок приводит к постоянному их поступлению в природную среду, тем самым приводя к формированию всего спектра форм и проявлений токсического процесса на всех уровнях организации жизни [7–9].
По всему миру в воде, донных отложениях, почве, в биологических системах, на поверхностях и в атмосфере в широком диапазоне доз и концентраций обнаруживаются сотни компонентов десятков фармацевтических препаратов, в том числе отпускаемые по рецепту и без рецепта лекарства, изготовленные для использования человеком, в ветеринарии или агробизнесе, среди них: антибиотики, антимикробные и антигельминтные средства; гормоны, в том числе компоненты оральных контрацептивов; анальгетики и противовоспалительные средства, в том числе нестероидные противовоспалительные препараты, например диклофенак; регуляторы липидов; бета-блокаторы; психотропные препараты, в том числе антидепрессанты и нейролептики, транквилизаторы, кофеин и запрещенные наркотики, такие как кокаин и метамфетамин; противосудорожные средства; антинеопластические средства и диагностические контрастные вещества [8, 10].
Обладая заложенными разработчиками и производителями высокоспецифичными свойствами и являясь в значительной части случаев представителями ксенобиотиков, лекарственные средства (их компоненты), попадая в окружающую среду, вносят существенный вклад в изменение складывающегося поллютантного профиля, способны приводить к истощению адаптивного потенциала среды и способствовать формированию сочетанных и комбинированных негативных влияний на живые системы всех уровней. В то же время эволюционно сформированные адаптационно-приспособительные механизмы, присущие надорганизменным формам организации живой материи, часто позволяют эффективно реагировать на поступление экополлютантов в окружающую среду. Например, множество абиотических и биотических процессов сосредоточено на удалении экополлютантов. Таким образом, многие поллютанты, попав в наземно-воздушную, водную (водно-воздушную), почвенную или организменную среду обитания, приносят минимальный вред экосистемам, так как период их воздействия крайне мал. Тем не менее поллютанты, проникающие в экосистемы в форме высокоспецифических активных фармакологических веществ, обладающих свойствами ксенобиотиков и не подлежащих трансформации или трансформирующихся с увеличением реакционной способности (токсичности), способны длительно сохраняться в окружающей среде или причинять необратимые повреждения экосистеме. Такие вещества, как правило, представляют собой потенциально опасные экосистемные фармакотоксиканты [11–13].
Основой для запуска токсического процесса на любом из уровней организации биологических систем является базовое положение о том, что число лекарств, которые в настоящее время известны и производятся в мировом масштабе, огромно, а последствия их применения разнообразны и сложны; любое лекарственное средство обладает токсичностью, в том числе в связи с тем, что действие всех активных фармсубстанций основано на универсальном свойстве веществ – токсичности [1, с. 105–118;2; 8]. Несмотря на то, что в настоящее время ни один лекарственный препарат (для медицинской или ветеринарной практики) или изделие медицинского (ветеринарного) применения не могут быть разрешены к применению до тех пор, пока не будут тщательно исследованы все формы и проявления токсичности, включая фармакологическую активность, переносимость, определение оптимальных доз и схем применения, тем не менее число регистрируемых фактов формирования проявлений токсических процессов на различных уровнях организации живых систем инициируемых активными компонентами лекарственных препаратов, в том числе острых отравлений (ятрогенных; у людей с повышенной чувствительностью; в результате самолечения; на фоне злоупотребления; суицидных) неизменно растет [8, 14, 15]. Зачастую токсические, в том числе экотоксические, последствия применения лекарства могут быть связаны с некорректным изучением его безопасности. Кроме того, существенной проблемой токсикологии (фармакологии), связанной с применением медикаментов, является то, что многие из них обладают побочными (негативными) эффектами. В целом создать лекарство, воздействующее исключительно на патологический процесс и не влияющее на нормальное функционирование организма, не представляется возможным, и тем более невозможно исключить негативное действие на процессы в надорганизменных биологических системах [15–17]. Попадая в окружающую природную среду, фармацевтические субстанции могут претерпевать трансформации под воздействием как биотических, так и абиотических факторов, зачастую с образованием продуктов трансформации, представляющих потенциальную опасность для индивидуальных живых организмов и человека, а также для популяций, сообществ, биогеоценозов и биосферы [2, 17, 18]. Кроме того, опасность фармэкополлютантов заключается в том, что они могут попадать в пищевые цепи (сети) и подвергаться биомагнификации, а в случае контакта с другими фармацевтическими веществами с высокой долей вероятности способны приводить к синергетическим и кумулятивным эффектам [18, 19].
Попадая в экосистемы, экофармполлютанты могут, начиная с молекулярного до организменного уровня, вызвать запуск токсического процесса, который может стать пусковым механизмом для формирования токсических процессов на надорганизменных уровнях и характеризоваться изменениями в биоценозах и функционировании экосистем, а также затрагивать биосферные процессы [1, с. 105–118; 19; 20]. Токсиканты, в том числе экофармтоксиканты, способны, проникая через биологические барьеры, приводить в организмах живых существ к формированию широкого спектра патологических реакций, в том числе вызывая как острые, так и хронические отравления. Явления, сопровождающие действие фармполлютантов, могут существенно изменять биоразнообразие, нарушая естественные цепочки питания и приводя к деградации экосистем [20–22]. Среди возможных форм и проявлений токсического процесса, как последствий лекарственного загрязнения, можно выделить: общее токсическое действие на микробиоту, растения, животных, человека (в том числе гибель видов) [1, с. 105–118; 22; 23]; провоцирование сбоев в работе репродуктивной системы, в том числе снижение фертильности гидробионтов (включая ихтиофауну), рептилий, птиц, млекопитающих и др.; неожиданные изменения в поведении и анатомии некоторых животных; развитие аллобитических состояний, в том числе толерантности или повышения чувствительности целевых групп животных или людей к целым классам лекарственных средств [12, 22, 23]; формирование устойчивости патогенных микроорганизмов по отношению к антибактериальным средствам, антибиотикорезистентности; инициация и развитие специальных форм токсического действия (кластогенеза, онкогенеза, тератогенеза); угнетение свойств микробиоты, в том числе гидробиоты, детоксицировать органические соединения, загрязняющие воду, донные отложения и почву [1, с. 105–118; 23; 24].
Одним из наиболее серьезных последствий действия лекарственных экофармполлютантов является развитие антибиотикорезистентности [1, с. 105–118; 24; 25]. Так, установлено, что наиболее интенсивно поллютанты взаимодействуют с микроорганизмами (вирусами, бактериями, грибами), которые в некоторых случаях реагируют на воздействие через характерные защитные и адаптивные механизмы, а также через формирование и развитие широкого спектра форм и проявлений токсического процесса на субклеточном, клеточном, органном, организменном и популяционном уровнях в их биологических системах, в том числе с выходом в среду физиологически активных веществ, таких как антибиотики [1, с. 105–118; 26]. Кроме того, с увеличением концентрации антибиотиков в природе микроорганизмы начинают адаптироваться, осуществлять горизонтальный перенос информации, что приводит к возникновению устойчивых штаммов. Такой ход событий, в свою очередь, соответственно, запускает формы и проявления токсических процессов в других биосистемах (растений, животных, человека), которые замыкаются во взаимоусиливающиеся и самоподдерживающиеся порочные круги, например, антибиотикорезистентности, что создает угрозу для здоровья и жизни человека и животных, так как лечение инфекций становится неэффективным [24–26].
Выводы
1. Таким образом, важность изучения общетоксикологических аспектов лекарственной экотоксикологии невозможно переоценить. Экофармполлютанты, попадая в окружающую среду, могут вызывать серьезные последствия как для экосистем, так и для здоровья человека.
2. Запуск токсического процесса в экосистемах ведет к экологическим изменениям, которые требуют активного мониторинга и разработки эффективных методов управления.
3. Внедрение комплексного риск-ориентированного подхода на всех этапах жизненного цикла лекарственного препарата – от первоначальной идеи до постмаркетингового мониторинга – критически важно для обеспечения безопасности, эффективности и качества.
4. Обоснование, разработка и внедрение комплексного подхода оценки риска для надорганизменных форм организации жизни (от организмов до биосферы), включая научные, инженерно-технические, юридические и административные решения, могли бы способствовать снижению опасности формирования и развития токсических процессов.
Необходимость в проведении дальнейших исследований и мониторинга уровней загрязнения лекарственными средствами, а также разработка новых подходов к утилизации и использованию медикаментов становятся более актуальными. Поддержание усовершенствованных методов контроля и профилактики экофармполлютантов и антибиотикорезистентности поможет снизить риск негативного влияния на биосферу и здоровье человека.
Столь же тщательную проверку на токсичность (способность приводить к формированию токсического процесса на разных уровнях организации живых систем), как и лекарственные препараты, должны проходить вспомогательные вещества, входящие в их состав, а также косметические и гигиенические средства (косметика, парфюмерия, средства по уходу во время менструального цикла, лосьоны, шампуни, мыло, зубные пасты и солнцезащитные кремы), ряд пищевых продуктов и пищевые добавки (наполнители, формообразователи, растворители, стабилизаторы, пищевые красители, антиоксиданты, консерванты, ароматические вещества, вкусовые добавки и т.д.).
Важно, чтобы все заинтересованные стороны, включая государственные учреждения, производители фармацевтической продукции и общество, объединяли свои усилия для решения этой важной задачи.