Триклокарбан (иногда сокращенно TCC ) — это антибактериальное химическое вещество, которое когда-то широко использовалось в средствах личной гигиены, таких как мыло и лосьоны, но теперь постепенно выводится из употребления . Первоначально он был разработан для медицинской сферы. [2] Хотя механизм действия неизвестен, TCC может быть эффективен в борьбе с инфекциями, воздействуя на рост бактерий, таких как Staphylococcus aureus . [3] Дополнительные исследования направлены на то, чтобы понять его способность вызывать устойчивость к антибактериальным препаратам и его влияние на здоровье организма и окружающую среду. [4]
Триклокарбан используется в качестве противомикробного и противогрибкового соединения с 1960-х годов. [5] Он обычно встречается в средствах личной гигиены в качестве противомикробного средства в мыле, лосьонах, дезодорантах, зубной пасте и пластике. [6] По состоянию на 2005 год [обновлять]около 80% всего антимикробного мыла, продаваемого в США, содержали триклокарбан. [5] В 2011 году потребители в США тратили почти 1 миллиард долларов ежегодно на продукты, содержащие триклокарбан и триклозан. [7]
В декабре 2013 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) потребовало от всех компаний в течение следующего года доказать, что триклокарбан не вреден для потребителей. Такие компании, как Johnson & Johnson , Procter & Gamble , Colgate-Palmolive и Avon , начали постепенно отказываться от антибактериальных ингредиентов из-за проблем со здоровьем. [8]
К 2016 году использование триклокарбана в мыле снизилось до 40%, а в сентябре FDA запретило триклокарбан, триклозан и 17 других распространенных антибактериальных химических веществ к сентябрю 2017 года, поскольку их безопасность или эффективность не были доказаны, чем простое мыло и вода. [9]
Триклокарбан, 3-(4-хлорфенил)-1-(3,4-дихлорфенил)мочевина, представляет собой белый порошок, нерастворимый в воде. Хотя триклокарбан имеет два хлорированных фенильных кольца, он структурно похож на карбанилидные соединения, часто встречающиеся в пестицидах (таких как диурон ) и некоторых лекарствах. Хлорирование кольцевых структур часто связано с гидрофобностью, персистенцией в окружающей среде и биоаккумуляцией в жировых тканях живых организмов. По этой причине хлор также является распространенным компонентом стойких органических загрязнителей . [10] Триклокарбан несовместим с сильными окислителями и сильными основаниями, реакция с которыми может привести к проблемам безопасности, таким как взрыв, токсичность, образование газов и нагревание.
Существует два коммерческих пути производства триклокарбана, в которых используется реакция изоцианатов с нуклеофилами , такими как амины , с образованием мочевины : [11]
Спецификация чистоты в проекте фармакопеи США для триклокарбана составляет: не менее 97,0% мас./мас. Чистота товарного производства выше, 98% по массе. [12]
Триклокарбан преимущественно активен в отношении грамположительных бактерий (бактерий с толстой пептидогликановой стенкой ). Точный механизм действия триклокарбана неизвестен, но показано, что он обладает бактериостатическим действием, предотвращая размножение бактерий. [13]
Конкретный механизм воздействия триклокарбана на здоровье человека, как и у бактерий, неясен. Как правило, in vitro триклокарбан усиливает экспрессию генов других стероидных гормонов, включая андрогены, эстрогены и кортизол. Предполагается, что это соединение действует аналогично кофакторам или коактиваторам, которые модулируют активность рецепторов эстрогена и рецепторов андрогена . [14] [15] Эксперименты показывают, что триклокарбан активирует конститутивные рецепторы андростана и альфа-рецепторы эстрогена как in vivo , так и in vitro и может иметь потенциал для изменения нормального физиологического гомеостаза. Активация этих рецепторов усиливает экспрессию генов и, таким образом, может быть механистической основой воздействия триклокарбана на здоровье человека. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, увеличивает ли триклокарбан активность половых стероидных гормонов путем связывания с рецепторами или путем связывания и сенсибилизации коактиваторов рецепторов. [16] [17]
Триклокарбан лечит как начальные бактериальные инфекции кожи и слизистых оболочек, так и инфекции с риском суперинфекции . In vitro было обнаружено, что триклокарбан эффективен против различных штаммов бактерий стафилококка , стрептококка и энтерококка . Было показано, что он эффективен как антибактериальное средство даже в очень низких концентрациях. Было обнаружено, что минимальная ингибирующая концентрация триклокарбана для этих различных штаммов составляет от 0,5 до 8 мг/л. [18] Триклокарбан, несомненно, обладает бактериостатическим действием только в отношении грамположительных бактерий, таких как Staphylococcus aureus , что позволяет предположить, что механизм антибактериальной активности триклокарбана заключается в дестабилизации стенок бактериальных клеток. [5]
Воздействие на такие организмы, как рыбы, водоросли и люди, низкими уровнями триклокарбана и других антибактериальных химикатов убивает слабые микробы и позволяет размножаться более сильным, устойчивым штаммам. Поскольку у микробов общие гены , увеличение числа устойчивых штаммов увеличивает вероятность того, что слабые микробы приобретут эти гены устойчивости. Следствием этого является появление новой колонии устойчивых к лекарствам микробов. [19]
Когда устойчивые микробы подвергаются воздействию противомикробных препаратов, у них увеличивается экспрессия генов, обеспечивающих эту устойчивость. Риск устойчивости бактерий к антибиотикам был изучен путем количественного мониторинга содержания гена tetQ в микрокосмах сточных вод. Поскольку tetQ является наиболее распространенным геном устойчивости в окружающей среде и кодирует защитные белки рибосом, количество, которое он экспрессирует, коррелирует с уровнем устойчивости в микробной популяции. Было показано, что добавление триклокарбана увеличивает экспрессию гена tetQ. [19]
Также было обнаружено, что экспрессия гена TetQ в бактериях значительно увеличивается, когда в экспериментальную систему одновременно добавляются несколько противомикробных препаратов, таких как тетрациклин, триклозан и триклокарбан. Объединение этих соединений влияет на устойчивость, создавая ситуацию, когда происходит совместный отбор (или естественный отбор с использованием более чем одного реагента) генов устойчивости. Сложная природа микробных сообществ и множество антибиотиков, присутствующих в водной среде, часто приводят к такого рода динамическому отбору и множественным моделям устойчивости, наблюдаемым у встречающихся в природе бактерий. [19]
При производстве триклокарбана выделяются 139 токсичных канцерогенных побочных продуктов, таких как 4-хлоранилин и 3,4-дихлоранилин. Больше этих канцерогенов может высвободиться при химическом, физическом и биологическом воздействии триклокарбана. [20] Продолжительность действия триклокарбана при использовании продуктов личного потребления относительно невелика. После утилизации триклокарбан смывается в канализацию на муниципальные очистные сооружения , где из воды удаляется около 97-98% триклокарбана.
Сброс сточных вод этих очистных сооружений и захоронение осадка на суше являются основным путем воздействия триклокарбана на окружающую среду. Исследования показывают, что триклокарбан и триклозан обнаруживаются в сточных водах и осадке ( твердых биологических веществах ) из-за их неполного удаления при очистке сточных вод. [21] Из-за их гидрофобной природы значительные количества их в потоках сточных вод переходят в ил с концентрацией на уровне мг/кг. Объем триклокарбана, повторно попадающего в окружающую среду с осадком сточных вод после первоначального успешного улавливания из сточных вод, составляет 127 000 ± 194 000 кг/год. Это эквивалентно 4,8–48,2% от общего объема потребления в США. К культурам, способным поглощать противомикробные вещества из почвы, относятся ячмень, овсяница луговая, морковь и фасоль пинто. [20] Исследования показывают, что значительные количества триклокарбана (227 000–454 000 кг/год) могут проникать через очистные сооружения и повреждать водоросли в поверхностных водах. [20]
Высокие концентрации триклокарбана могут обнаруживаться в сточных водах . По состоянию на 2011 год он входил в десятку наиболее часто обнаруживаемых органических соединений в сточных водах по частоте и концентрации. Триклокарбан обнаруживался в увеличивающихся концентрациях за последние пять лет, и в настоящее время его выявляют чаще, чем триклозан . [6]
Триклокарбан имеет коэффициент опасности выше единицы, что указывает на возможность неблагоприятного воздействия на организмы из-за токсичности. [6] Поскольку триклокарбан обнаруживается в высоких концентрациях в водной среде, существуют опасения относительно его токсичности для водных видов. В частности, было показано, что триклокарбан токсичен для земноводных, рыб, беспозвоночных и водных растений, а следы этого соединения были обнаружены у атлантических дельфинов. [6] [22] Триклокарбан может нарушать выработку гормонов, имеющих решающее значение для развития и эндокринных процессов у диких животных, подвергшихся воздействию. При контакте с этим соединением особенно страдают неврологическая и репродуктивная системы . Триклокарбан также может влиять на поведение животных в дикой природе. [22] Например, триклозан и триклокарбан в 100–1000 раз более эффективны в подавлении и уничтожении водорослей, ракообразных и рыбы, чем в уничтожении микробов. Триклокарбан и триклозан наблюдались у многих организмов, включая водоросли, водных червей, рыб и дельфинов. [20]
Биоаккумуляция триклокарбана возможна у ряда организмов. Известно, что дождевые черви хранят это химическое вещество в своем организме, и из-за их экологической роли в качестве источника пищи они могут перемещать триклокарбан вверх по пищевой цепи. [23] Виды микробов, обнаруженные в почвах, также биоаккумулируют триклокарбан. Однако не было обнаружено влияния на здоровье этих микробов присутствия химического вещества. [24] Триклокарбан быстро накапливается как в водорослях, так и во взрослых улитках, содержащихся в клетках. [25] Более того, триклокарбан с большей вероятностью, чем триклозан, биоаккумулируется в водных организмах. [26]
Биоаккумуляция происходит в растениях, обработанных водой, содержащей триклокарбан. Однако, по оценкам, менее 0,5% приемлемого ежедневного потребления триклокарбана для человека приходится на потребление овощей. Таким образом, концентрация триклокарбана в съедобных частях растений представляет собой незначительный путь воздействия на человека. [ нужна цитата ]
Потенциал биоаккумуляции триклокарбана в растениях использовался при строительстве водно-болотных угодий, призванных помочь удалить триклокарбан из сточных вод. Эти построенные водно-болотные угодья считаются экономически эффективным вариантом очистки PPCP , включая триклокарбан и триклозан, из бытовых сточных вод. Такие соединения имеют тенденцию концентрироваться в корнях водно-болотных растений. Потенциальные экологические риски, связанные с этим методом, заключаются в уменьшении корневой системы у водно-болотных растений, снижении поглощения питательных веществ, снижении конкурентоспособности и повышении вероятности выкорчевывания. Из-за этих рисков долгосрочное воздействие на экосистемы водно-болотных угодий сточных вод, содержащих триклокарбан, как основного решения проблемы загрязнения сточных вод все еще обсуждается. [27]
В одном исследовании изучалось, как триклокарбан сохраняется в организме человека после использования куска мыла со следами триклокарбана. Анализ образцов мочи людей-испытуемых показывает, что после того, как триклокарбан подвергся глюкуронизации , его окислительные метаболиты выводятся из организма менее легко, чем сам триклокарбан. В том же исследовании проводилось местное лечение триклокарбаном крыс и путем анализа уровней в моче и плазме было продемонстрировано, что триклокарбан действительно остается в организме. [28]
Триклокарбан индуцирует слабые реакции, опосредованные арилуглеводородными , эстрогеновыми и андрогенными рецепторами in vitro . Это еще предстоит подтвердить in vivo . [29] In vitro дигидротестостерон-зависимая активация экспрессии генов, реагирующих на андрогенные рецепторы, усиливается триклокарбаном до 130%. [30] Триклокарбан также является мощным ингибитором фермента растворимой эпоксидгидролазы (sEH) in vitro . [28] Кроме того, триклокарбан усиливает биологическую активность тестостерона и других андрогенов. Такая повышенная активность может иметь неблагоприятные последствия для репродуктивного здоровья. [7] [23] Исследования триклокарбана на крысах показали увеличение размера предстательной железы образцов. [31] Усиление половых гормонов может способствовать росту рака молочной железы и простаты. [ нужна цитата ]
Химическая токсичность триклокарбана с точки зрения летальности низкая ( LD 50 >5000 мг/кг). Скорость поглощения кожей также низкая. [32] Однако повторное воздействие низких доз может со временем вызвать эндокринные нарушения. [ нужна цитата ]
Утечка может увеличить риск воздействия триклокарбана на человека, окружающую среду и окружающую среду. Настоятельно рекомендуется немедленно удалить и локализовать разлив, в том числе триклокарбан в виде пыли. [31] Хотя триклокарбан практически не оказывает прямого вредного воздействия на здоровье, за исключением аллергических реакций, рекомендуется предотвращать воздействие триклокарбана. Поскольку триклокарбан попадает в организм через поры, ношение перчаток, правильное мытье рук и соблюдение общей гигиены снижают риск воздействия на кожу и раздражения. Высокие концентрации триклокарбановой пыли могут оставаться в легких и подавлять легочную и дыхательную функцию. Для людей с предшествующими респираторными заболеваниями триклокарбан усугубляет тяжесть респираторных заболеваний, поэтому в качестве меры предосторожности рекомендуется соответствующая защита. В случае воздействия триклокарбана человеку рекомендуется промыть пораженное место водой или очистить дыхательные пути. [31] Помимо негативного воздействия на человека и окружающую среду, твердый триклокарбан представляет опасность пожара. Он особенно горюч в виде пыли. Загрязнение другими окислителями также может привести к возгоранию. [31]
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов начало анализировать безопасность триклокарбана и триклозана в 1970-х годах, но из-за трудностей с поиском альтернатив противомикробным препаратам не было разработано окончательной политики или «монографии о лекарствах». [20] Судебный иск Совета по защите природных ресурсов в 2010 году вынудил FDA пересмотреть триклокарбан и триклозан . [20] Агентство по охране окружающей среды США осуществляет нормативный контроль над триклокарбаном и триклозаном . [20]
2 сентября 2016 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов объявило, что триклозан и триклокарбан должны быть исключены из всех антибактериальных мыльных продуктов к концу 2017 года . уже был запрещен FDA. [20]
Ученые ищут более устойчивые противомикробные препараты, которые сохраняют свою эффективность и при этом минимально токсичны для окружающей среды, человека и дикой природы. Это влечет за собой низкую степень биоаккумуляции и быстрое, чистое биоразложение на существующих очистных сооружениях. Предпочтителен также пониженный потенциал или отсутствие потенциала сопротивления. [20] Эти химические вещества следующего поколения должны действовать на широкий спектр микробов и патогенов, будучи при этом минимально токсичными и способными к биоаккумуляции у нецелевых видов. [ нужна цитата ]
Синтез этих соединений можно улучшить, найдя возобновляемые источники их производства, не связанные с профессиональными вредностями. [20] Исследования в области устойчивого химического производства помогают разрабатывать экологически чистые фармацевтические препараты. Эти же принципы могут быть применены к разработке улучшенных противомикробных препаратов. [20] Разработки в этой области принесут пользу как людям, так и окружающей среде. [20]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )