Действие вредных веществ на организм

Вредное вещество, попадая в организм человека, вызывает патологические изменения. В частности, они могут стать причиной отравлений.

Отравление – это интоксикация организма, вызванная действием веществ, поступающих в него извне.

Как правило в течении любого отравления можно выделить четыре основных периода: период контакта с веществом, скрытый период, период разгара заболевания, период выздоровления. Иногда особо выделяют период осложнений. Выраженность и продолжительность каждого из периодов зависит от вида и свойств вещества, вызвавшего отравление, его дозы и условий взаимодействия с организмом.

Механизмы формирования и особенности течения отравлений зависят от строения токсичных веществ, их доз, условий взаимодействия с организмом.

Можно выделить некоторые общие характеристики отравлений.

В зависимости от локализации патологического процесса отравление может быть местным и общим.

Местным называется отравление, при котором преобладает повреждение тканей на месте их соприкосновении с токсичным веществом, что сопровождается появлением раздражений, воспалений, ожогов кожных и слизистых покровов. Возможно местное поражение глаз, участков кожи, дыхательных путей и легких, различных областей желудочно-кишечного тракта.

Общее (резорбтивное) действие развивается в результате всасывания токсичного вещества в кровь. При этом нередко наблюдается относительная избирательность, выражающаяся в том, что преимущественно поражаются определенные органы и системы (например, нервная система при отравлении марганцем, органы кроветворения при отравлении бензолом).

В зависимости от продолжительности взаимодействия химического вещества и организма отравления протекают в острой, подострой и хронической формах.

Острым называется отравление, развивающееся в результате однократного или повторного действия веществ в течение ограниченного периода времени (как правило, до нескольких суток) и выражающееся бурными и специфическими клиническими симптомами. В производственных условиях острые отравления чаще всего связаны с авариями, неисправностью аппаратуры или с введением в технологию новых материалов с малоизученной токсичностью. В бытовых условиях острые интоксикации наблюдаются при употреблении в пищу некачественной воды и продуктов питания, при использовании с целью опьянения или самоубийства различных технических жидкостей, кислот щелочей, сильнодействующих лекарств, при применении высокотоксичных инсектицидов без использования средств защиты и т.п. Немаловажным отличительным признаком воздействия некоторых токсикантов (метиловый спирт, фосген и др.) является наличие скрытого периода, когда после появления первых симптомов состояние отравленного улучшается, а через определенное время развивается клиническая картина тяжелого отравления.

Подострым называется отравление, развивающееся в результате непрерывного или прерываемого во времени действия токсиканта продолжительностью до 90 суток.

Хронические отравления вызваны поступлением в организм незначительных количеств токсичного вещества и связаны с развитием патологических явлений только при условии длительного воздействия, иногда определяющегося несколькими годами. Они развиваются вследствие накопления массы вредного вещества в организме (материальная кумуляция) или вызываемых им изменений (функциональная кумуляция). Нередко имеют место функциональная и материальная кумуляция одновременно, но без функциональной кумуляции невозможно хроническое отравление. Существуют токсические вещества, которые обычно обусловливают развитие преимущественно хронической фазы отравлений (свинец, ртуть, марганец).

Поражаемые органы и системы в организме при хроническом и остром отравлении одним и тем же веществом могут отличаться. Например, при остром отравлении бензолом страдает нервная система, при хроническом – система кроветворения.

Помимо специфических отравлений токсическое действие вредных химических веществ может способствовать общему ослаблению организма, в частности снижению сопротивляемости к инфекционному началу. Например, известна зависимость между развитием гриппа, ангины, пневмонии и наличием в организме таких токсических веществ, как свинец, сероводород, бензол и др. Отравление раздражающими газами может резко обострить латентный туберкулез и т. д.

Развитие отравления и степень воздействия яда зависят от особенностей физиологического состояния организма. Физическая нагрузка в процессе производства существенно влияет на развитие интоксикаций. Здесь выделяют два важных аспекта.

1.Тяжелый физический труд сопровождается повышенной вентиляцией легких и усилением скорости кровотока, что приводит к увеличению количества яда, поступающего в организм. Кроме того, интенсивная физическая нагрузка может приводить к истощению механизмов адаптации с последующим развитием профессионально обусловленных заболеваний.

2. Влияние тренировки физическими упражнениями на устойчивость организма к ядам.

Чувствительность к ядам в определенной мере зависит от пола и возраста работающих. Установлено, что некоторые физиологические состояния у женщин могут повышать чувствительность их организма к влиянию ряда ядов (бензол, свинец, ртуть). Бесспорна плохая сопротивляемость женской кожи к воздействию раздражающих веществ, а также большая проницаемость в кожу жирорастворимых токсических соединений. Что касается подростков, то их формирующийся организм обладает меньшей сопротивляемостью к влиянию почти всех вредных факторов производственной среды, в том числе и промышленных ядов.

Токсическое действие отдельных вредных веществ может проявляться в виде вторичных поражений, например, колиты при мышьяковых и ртутных отравлениях, стоматиты при отравлениях свинцом и ртутью и т. д.

Не следует путать понятие острого, подострого, хронического отравлений с острым, подострым, хроническим течением заболевания, развившегося в результате контакта с веществом. Острое отравление некоторыми веществами (иприты, люизит, диоксины, галогенированные бензофураны, паракват и др.) может сопровождаться развитием длительно текущего (хронического) патологического процесса.

При повторном воздействии одного и того же вредного вещества в субтоксической дозе кроме явления кумуляции могут наблюдаться явления сенсибилизации и митридатизма.

Сенсибилизация – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. Эффект сенсибилизации связан с образованием под влиянием токсичного вещества в крови и других внутренних средах измененных и ставших чужеродными для организма белковых молекул. Последние провоцируют формирование антител – особых структур белковой природы, осуществляющих защитную функцию организма. Повторное, даже значительно более слабое, токсическое действие с последующей реакцией вредного вещества с антителами вызывает ответ организма в виде явлений сенсибилизации. К веществам, вызывающим сенсибилизацию относят бериллий и его соединения, карбонилы никеля, железа, кобальта, соединения ванадия и т.д.

При повторном воздействии вредных веществ на организм человека вследствие привыкания может наблюдаться и явление обратное сенсибилизации – митридатизм – устойчивость (толерантность) к высокотоксичным веществам, формирующаяся в организме в результате длительного их приема.

Механизмы развития толерантности объясняют разные теории, но можно выделить три основные.

Согласно первой – метаболической, длительно воздействующие на организм вещества становятся постоянными участниками тканевого обмена и тем самым постоянно теряют свои признаки, свойственные им как чужеродным соединениям. Соответственно утрачивается защитная реакция на них.

Вторая теория – иммунологическая – основана на экспериментально установленной способности организма вырабатывать антитела к различным чужеродным веществам. При этом периоды сенсибилизации и адаптации при длительном воздействии токсичного вещества можно объяснить соответствующими изменениями содержания антител в кровяном русле.

По третьей теории – ферментативной – в организме могут синтезироваться специальные, так называемые ферменты-инактиваторы, способные быстро расщеплять различные ксенобиотики (чужеродные для живых организмов химические вещества). Это явление, получившее название самостимуляции ферментов или ослабления эффекта дозы, способствует адаптации организма к токсическому воздействию и сопровождается все большим образованием и выделением биологически инертных метаболитов.

В общем случае для развития привыкания к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрация (доза) была достаточной для вызова ответной приспособительной реакции, но, чтобы эта реакция не была чрезмерной, приводящей к быстрому и серьезному повреждению организма.

При оценке явления привыкания (толерантности) надо учитывать развитие повышенной устойчивости к одним веществам после многократного воздействия других. Существуют адаптогены (витамины, женьшень, элеутерококк), способные уменьшить реакцию на стрессорные воздействия и в определенной мере увеличить устойчивость организма ко многим факторам окружающей среды, в том числе и химическим.

На производстве, как правило, в течение всего рабочего дня концентрации вредных веществ не постоянны. Они либо постепенно увеличиваются, снижаясь за обеденный перерыв и вновь увеличиваясь к концу рабочего дня, либо резко колеблются, оказывая на человека интермиттирующее (прерывистое) действие, которое во многих случаях оказывается более вредным, чем непрерывное, поскольку частые и резкие колебания раздражителя ведут к более сильному воздействию его на организм. Например, неблагоприятное действие интермиттирующего режима отмечено при вдыхании монооксида углерода (угарного газа).

Биологическое действие вредных веществ осуществляется через рецепторный аппарат клеток и внутриклеточных структур. Во многих случаях рецепторами токсичности являются ферменты, аминокислоты, витамины, некоторые активные функциональные группы (сульфгидрильные, гидроксильные, карбоксильные, амино- и фосфорсодержащие), а также различные медиаторы и гормоны, регулирующие обмен веществ. Первичное специфическое действие вредных веществ на организм обусловлено образованием комплекса «вещество – рецептор». Токсическое действие яда проявляется тогда, когда минимальное число его молекул способно связывать и выводить из строя наиболее жизненно важные клетки-мишени. Например, токсины ботулинуса способны накапливаться в окончаниях периферических двигательных нервов и при содержании восьми молекул на каждую нервную клетку вызывать их паралич.

Опасность вредных веществ для человека во многом определяется их химической структурой и физико-химическими свойствами. Немаловажное значение в отношении токсического воздействия имеет дисперсность[2] проникающего в организм химического вещества, причем, чем выше дисперсность, тем токсичнее вещество.

В природно-техногенной среде редко встречается изолированное действие вредных факторов, обычно человек подвергается совокупному их воздействию. При этом различают комбинированное, комплексное и сочетанное воздействия.

Комбинированное действие вредных веществ – это одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления.

Различают несколько видов комбинированного действия ядов.

1. Аддитивное действие – суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов. Аддитивность характерна для веществ однонаправленного действия, когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, причем при количественно одинаковой замене компонентов друг другом токсичность смеси не меняется.

Для оценки токсического эффекта при аддитивном действии токсикантов используют уравнение:

(1.1)

где С₁, С₂, С_n– концентрация каждого вещества в воздухе, мг/м³,

ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n – предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м³.

Если в воздухе присутствуют пары двух раздражающих веществ, для которых установлена ПДК = 10 мг/м³для каждого, то это значит, что в комбинации они окажут такое же действие, как концентрация 20 мг/м³ какого-либо одного из этих веществ. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в большинстве случаев производственные яды в сочетании действуют по типу суммации. Вещества с аддитивным действием приведены в ГН 2.2.5.686-98.

2. Потенцированное действие (синергизм) – компоненты смеси действуют так, что одно вещество усиливает действие другого. Эффект комбинированного действия при синергизме больше аддитивного, и это учитывается при анализе гигиенической ситуации в конкретных производственных условиях. Явление потенцирования возможно только в случае острого отравления. Примерами синергизма служат совместное действие сернистого ангидрида и хлора.

3. Антагонистическое действие – такое, при котором эффект комбинированного действия менее ожидаемого. Компоненты смеси действуют так, что одно вещество ослабляет действие другого, эффект – менее аддитивного. Примером могут служить многие варианты антидотного взаимодействия.

4. Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого яда в отдельности. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. Комбинации веществ с независимым действием встречаются достаточно часто, например, бензол и раздражающие газы, смесь продуктов сгорания и пыли.

Комбинированное воздействие может происходить как при однократном (остром), так и при хроническом воздействии ядов. При однократном действии аддитивный эффект наблюдается у веществ наркотического действия и у раздражающих газов: хлора и оксидов азота, оксидов азота и сернистого газа, сернистого газа и аэрозолей серной кислоты.

Комплексное действие – одновременное поступление в организм вредных веществ несколькими путями (через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, органы дыхания и кожу и т. д.).

Воздействие токсических веществ на человека в условиях производства не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов, таких как экстремальный температурный режим, повышенная или пониженная влажность, шум, вибрация, излучения.

Сочетанное действие – одновременное воздействие на организм нескольких химических и физических факторов.

Установлено, что токсичность ядов в определенном температурном диапазоне является наименьшей, усиливаясь как при повышении, так и при понижении температуры воздуха. Главной причиной этого является изменение функционального состояния организма: нарушение терморегуляции, потеря жидкости при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение биохимических процессов. Учащение дыхания и усиление кровообращения приводят к увеличению поступления яда в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых оболочек повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Усиление токсического действия при повышенных температурах воздуха отмечено в отношении многих летучих ядов: паров бензина, паров ртути, оксидов азота и др. Низкие температуры повышают токсичность бензола, сероуглерода и др.

Повышенная влажность воздуха увеличивает опасность отравления, особенно раздражающими газами. Причиной этого служит усиление процессов гидролиза, повышения задержки ядов на поверхности слизистых оболочек, изменение агрегатного состояния ядов. Растворение ядов с образованием слабых растворов кислот и щелочей усиливает их раздражающее действие.

Изменение атмосферного давления также влияет на токсический эффект. При повышенном давлении усиление токсического эффекта происходит вследствие двух причин: во-первых, в результате наибольшего поступления ядов вследствие роста парциального давления газов и паров в атмосферном воздухе и ускоренного перехода их в кровь, во-вторых, за счет изменений функций дыхания, кровообращения, центральной нервной системы и анализаторов. Пониженное атмосферное давление усиливает воздействие таких ядов, как бензол, алкоголь, оксиды азота, ослабляется токсическое действие озона.

Шум и вибрация всегда усиливают токсический эффект промышленных ядов. Причиной этого является изменение функционального состояния центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы. Шум усиливает токсический эффект оксида углерода, стирола, крекинг-газа и др. Вибрация, изменяя реактивность организма, повышает его чувствительность к другим факторам, например, кобальту, кремниевым пылям, дихлорэтану; оксид углерода более токсичен в сочетании с вибрацией.

Одновременное воздействие этанола и ультразвука приводит к более выраженному неблагоприятному воздействию на функциональное состояние центральной нервной системы.

Ультрафиолетовое излучение, оказывая влияние на взаимодействие газов в атмосферном воздухе, способствует образованию смога. При ультрафиолетовом облучении возможна сенсибилизация организма к действию некоторых ядов, например, развитие фотодерматита при загрязнении кожи пековой пылью. Вместе с тем ультрафиолетовое облучение может понижать чувствительность организма к некоторым вредным веществам вследствие усиления окислительных процессов в организме и более быстрого обезвреживания яда. Так, токсичность оксида углерода при ультрафиолетовом облучении снижается благодаря ускоренной диссоциации карбоксигемоглобина и более быстрого выведения яда из организма.

Большое практическое значение имеет проблема сочетанного действия ионизирующего излучения и химического фактора. Особенно актуальны два аспекта этой проблемы.

1.Уменьшение разрушающего действия радиации путем одновременного воздействия вредного вещества. Например, установлено, что острое воздействие ядов, вызывающее в организме гипоксию (снижение кислорода в тканях), и одновременное и последовательное действие ионизирующей радиации сопровождается ослаблением тяжести радиационного поражения, т.е. способствует большей радиоустойчивости организма. Такой эффект замечен для оксида углерода, анилина, цианидов, а также веществ, относящихся к классу индолилалкиламинов, производных триптофана (серотонин, мексамин). К другой группе веществ, снижающих радиочувствительность биологических тканей, относятся меркаптоалкиламины. Защитное действие гипоксии и некоторых веществ наиболее выражено при действии гамма- и рентгеновского излучения, нейтронном облучении, облучении тяжелыми ядрами.

2. Усиление эффекта действия вследствие синергизма радиационного воздействия и теплоты, радиации и кислорода. К числу радиосенсибилизирующих веществ относятся ртуть и ее соединения, формальдегид, вещества, относящиеся к сульфгидрильным ядам.

 

 

Антидоты

Антидоты (противоядия) – это медицинские средства (в том числе и лекарственные препараты), которые либо обезвреживают яд в организме в процессе физических и химических превращений при непосредственном взаимодействии с ядом, либо предупреждают и устраняют токсические эффекты за счет антагонизма с ядом в действии на рецепторы, ферменты и физиологические системы.

Применение антидотов лежит в основе профилактических или терапевтических мер по нейтрализации токсических эффектов химических веществ. Поскольку многие химические вещества обладают множественными механизмами токсического действия, в некоторых случаях приходится одновременно вводить различные антидоты и вместе с тем применять терапевтические средства, устраняющие не причины, а только отдельные симптомы отравления. Более того, поскольку глубинные механизмы действия большинства химических соединений изучены недостаточно, лечение отравлений часто ограничивается симптоматической терапией. Опыт, накопленный в клинической токсикологии, показывает, что некоторые препараты, в частности витамины и гормоны, можно отнести к универсальным антидотам благодаря положительному профилактическому и терапевтическому действию, которое они оказывают при различных отравлениях. Объясняется это тем, что в основе отравлений лежат общие патогенетические механизмы.

Общепризнанной классификации антидотов до сих пор не существует. Наиболее рациональная система классификации основывается на сведении антидотов в основные группы в зависимости от механизма их антитоксического действия.

Выделяют антидоты прямого и непрямого действия.

Антидоты прямого действия осуществляют непосредственное физико-химическое или химическое взаимодействие яда и противоядия.

Антидоты физическо-химического действия оказывают защитное действие главным образом за счет адсорбции яда. Благодаря своей высокой поверхностной активности адсорбенты связывают молекулы твердого вещества и препятствуют его поглощению окружающей тканью. Однако молекулы адсорбированного яда могут позже отделиться от адсорбента и вновь попасть на ткани желудка. Это явление отделения называется десорбцией. Поэтому при применении антидотов физическо-химического действия исключительно важно сочетать их с мерами, направленными на последующее выведение адсорбента из организма. Этого можно добиться промыванием желудка или применением слабительных, если адсорбент уже попал в кишечник. Предпочтение здесь следует отдавать солевым слабительным (например, сульфату натрия), являющимся гипертоническими растворами, стимулирующими поступление жидкости в кишечник, что практически исключает поглощение твердого вещества тканями.

Сорбцию возможно осуществлять с кожных покровов, слизистых оболочек, из пищеварительного тракта (энтеросорбция), из крови (гемосорбция, плазмосорбция). Если яд уже проник в ткани, то применение сорбентов не эффективно.

Наиболее типичными антидотами этой группы являются активированный уголь и каолин (белая глина). Они дают большой эффект при остром отравлении алкалоидами (органическими веществами растительного происхождения) или солями тяжелых металлов.

В основе механизма антидотов химического действия лежит непосредственная реакция взаимодействия между ядом и антидотом.

Химические антидоты могут быть как местного действия, так и резорбтивного действия.

Местное действие химических антидотов обеспечивается в результате реакций нейтрализации, образования нерастворимых соединений, окисления, восстановления, конкурентного замещения и образования комплексов. Первые три механизма действия имеют особую важность и изучены лучше других.

Хорошим примером нейтрализации ядов служит использование щелочей для противодействия случайно проглоченным или попавшим на кожу сильным кислотам. Нейтрализующие антидоты применяются и для осуществления реакций, в результате которых образуются соединения, имеющие низкую биологическую активность. Например, в случае попадания в организм сильных кислот рекомендуется провести промывание желудка теплой водой, в которую добавлен оксид магния (20 г/л). В случае отравления плавиковой или лимонной кислотой больному дают проглотить кашицеобразную смесь хлорида кальция и оксида магния. При попадании едких щелочей следует провести промывание желудка 1% раствором лимонной или уксусной кислоты. Во всех случаях попадания в организм едких щелочей и концентрированных кислот следует иметь в виду, что рвотные средства противопоказаны. При рвоте происходят резкие сокращения желудочных мышц, а поскольку эти агрессивные жидкости могут поразить желудочную ткань, возникает опасность прободения.

Антидоты, образующие нерастворимые соединения, которые не могут проникнуть через слизистые оболочки или кожу, обладают избирательным действием, т. е. эффективны только в случае отравления определенными химическими веществами. Классическим примером антидотов такого типа могут служить 2,3-димеркаптопропанол, образующий нерастворимые, химически инертные сульфиды металлов. Он дает положительный эффект при отравлении цинком, медью, кадмием, ртутью, сурьмой, мышьяком.

Местное применение антидотов при отравлениях следует сочетать с подкожными, внутримышечными или внутривенными инъекциями.

В случаях попадания в организм опия, морфина, аконита или фосфора широко применяется окисление твердого вещества. Наиболее распространенным антидотом для этих случаев является перманганат калия, который применяется для промывания желудка в виде 0,02 – 0,1%-го раствора. Этот препарат не дает эффекта при отравлении кокаином, атропином и барбитуратами.

Резорбтивное действие развивается после всасывания вещества и поступления в общий кровоток, а затем в ткани. Резорбтивные антидоты химического действия можно подразделить на две основные подгруппы:

a) антидоты, вступающие во взаимодействие с некоторыми промежуточными продуктами, образующимися в результате реакции между ядом и субстратом;

б) антидоты, непосредственно вмешивающиеся в реакцию между ядом и определенными биологическими системами или структурами. В этом случае химический механизм часто бывает связан с биохимическим механизмом антидотного действия.

Различные виды функционального антагонизма взаимодействующих в организме химических веществ дают основание рассматривать как особую группу такие антидоты, специфический эффект которых проявляется без непосредственного их контакта с ядом. Поэтому вполне будет оправдано их объединение под общим названием антидоты непрямого действия. В данном случае наблюдается более сложный тип антагонистического взаимодействия яда и антидота, когда они взаимодействуют не прямо, а косвенно, через различные биоструктуры, оказывая на них стимулирующее или угнетающее действие. Такой антагонизм называется функциональным.

Для рассмотрения этого вида взаимодействия необходимо определить понятие «клеточные рецепторы». В молекулярной токсикологии ими принято называть компоненты белковых, мукополисахаридных или липидных молекул, которые расположены внутри или на поверхности клеток и которые способны взаимодействовать с токсичным агентом или антидотом, вызывая специфический эффект. Часто понятие «рецептор» отождествляется с активными центрами ферментов, т.е. функциональными группировками атомов, непосредственно реагирующими с молекулами биологически активных веществ.

Различают несколько видов функционального антагонизма.

1. Конкурентный антагонизм возникает при взаимодействии яда и антидота с одними и теми же рецепторами клеток, что приводит (в зависимости от их концентрации) к определенному эффекту, свойственному одному из этих комбинирующихся в организме веществ. Отсюда следует, что сущность конкурентного антагонизма состоит именно в том, что присутствие в организме антагониста уменьшает число рецепторов, способных взаимодействовать с агонистом (в нашем примере – с токсичным веществом), а его итогом, как правило, является противоположное по направлению действие яда и антидота на одни и те же клеточные элементы.

2. При независимом антагонизме яд и антидот действуют на разные клеточные элементы или на функционально различные и самостоятельные рецепторные биохимические структуры одних и тех же клеток и тем самым стимулируют или тормозят те или иные физиологические функции.

3. В случае неконкурентного антагонизма яд и антидот реагируют с достаточно удаленными друг от друга, но взаимозависимыми ее функциональными группами (рецепторами). В том случае, когда данная структура представлена ферментом, одно из комбинирующихся веществ взаимодействует с его активным центром (центрами), а другое – с участком фермента вне активного центра. С точки зрения возможного применения антидотов, естественно, наибольший интерес представляет такое неконкурентное взаимодействие двух веществ, которое приводит к ослаблению или подавлению эффекта одного из них.