Ксенобиотики - синтетические вещества, чуждые естественному окружению или метаболизму человека и животных.

Существует множество классификаций токсических веществ. Они различаются по своим подходам.

1. Классификация по химическому составу:

- органические соединения (алифатические углеводороды, спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, жирные кислоты, галогенопроизводные, ароматические углеводороды);

- элементоорганические соединения (фосфорорганические, хлорорганические, ртутьорганические и другие);

- неорганические вещества, в том числе и различные металлы (марганец, свинец, ртуть), их окислы, кислоты и основания.

2. Классификация по путям поступления:

- через органы дыхания (аммиак, сернистый газ, окислы азота); таким путем поступают яды в виде паров, газов и пыли;

- через желудочно-кишечный тракт (свинец, кристаллические нитропроизводные бензола); таким путем поступают яды в виде пыли, паров, газов, с грязных рук;

- через неповрежденную кожу (углеводороды ароматического и жирного ряда, их производные, металлоорганические соединения); таким путем поступают яды преимущественно жидкой, маслянистой и тестообразной консистенции.

3. Классификация по путям выделения:

- через легкие (бензин, бензол, хлороформ, этиловый эфир, спирты, ацетон, сложные эфиры); т.е. летучие вещества, неизменяющиеся или медленно изменяющиеся в организме;

- через почки (свинец, ртуть, марганец, мышьяк), т.е. хорошо растворимые в воде вещества и продукты превращения ядов в организме;

- через желудочно-кишечный тракт (свинец, ртуть, марганец, сурьма), т.е. плохо растворимые или нерастворимые вещества;

- через кожу сальными железами выделяются все растворимые в жирах вещества (потовыми железами выделяются ртуть, медь, мышьяк, сероводород);

- через молочные железы вместе с молоком выделяются вещества, растворимые в жирах (спирт, хлороформ, бензол).

4. Классификация по происхождению:

- промышленные,

- сельскохозяйственные,

- бытовые,

- боевые отравляющие вещества.

5. Классификация по физическому состоянию:

- газы,

- пары,

- пыль,

- жидкости и др.

6. Классификация по преимущественно поражаемой системе:

- вещества раздражающего типа действия (хлор, аммиак, фосген, сернистый ангидрид);

- нейротропные яды (ртуть, марганец, свинец, сероуглерод);

- гепатотропные яды (хлорированные углеводороды: хлороформ, дихлорэтан, хлорнафталины);

- гематотропные яды (бензол, мышьяковистый водород, фенилгидразин);

- промышленные аллергены (хром, бериллий, формальдегид);

- нефротропные яды (этиленгликоль, сулема, соединения фтора, кадмия).

Для проявления токсических свойств ксенобиотиков важное значение имеют концентрация токсического вещества и время действия яда, определяющие его дозу, поглощенную организмом (рис. 1).

В соответствии с классификацией токсичности и опасности по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса. При этом токсичность вещества определяется как величина, обратная средней смертельной концентрации или дозе.

Этот принцип заложен в классификации токсических веществ по ГОСТу 12.1.007 – 76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».

Требования стандарта распространяются на вредные вещества, содержащиеся в сырье, продуктах, полупродуктах и отходах производства, и устанавливают общие требования безопасности при их производстве, применении и хранении.

Стандарт не распространяется на вредные вещества, содержащие радиоактивные и биологические вещества.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности:

1-й – вещества чрезвычайно опасные;

2-й - вещества высокоопасные;

3-й - вещества умеренно опасные;

4-й - вещества малоопасные.

Этот же документ содержит основные требования безопасности и меры профилактики профессиональных отравлений. Их можно разделить на три основные группы:

1. Применение современных технологий, направленных на уменьшение воздействия вредного фактора.

2. Разработка предельно-допустимых концентраций.

3. Организация контроля за содержанием вредных веществ (рис.2).

Чужеродные для живого организма химические вещества, циркулирующие в окружающей среде, при контакте с человеком или животными не могут во всех случаях приводить к одинаковым последствиям. Это обусловлено не только большой динамичностью уровня загрязнений, особенно атмосферного воздуха, но и гетерогенностью популяции, различными видовыми особенностями, биологическим ритмом живых систем.

Характер ответной реакции на воздействие вредных факторов внешней среды может быть неодинаков у человека и различных видов животных. Механизм видовых различий к интоксикации химическими веществами учеными объясняется по-разному. В первую очередь, он зависит от особенностей обмена веществ, степени сложности и дифференцированности центральной нервной системы, уровня развития регуляторных механизмов, особенностей кожных покровов, размеров животного, продолжительностью его жизни (рис.4).

Реакция человека на воздействие химических соединений может быть отлична от реакции отдельных видов животных, как по качеству, так и по силе действия на организм. Так, при воздействии нитрита натрия у морских свинок и кроликов метгемоглобин почти не образуется в отличие от человека и крыс. Доза синильной кислоты, вызывающая тяжелое отравление у собак, слабо действует на человека. Переносимая доза атропина, наоборот, для собак и кроликов в 100 раз выше дозы для человека.

Указанные различия во многом определяются активностью ферментных систем, видовыми особенностями ферментов, скоростью поступления яда в клеточные структуры и, особенно, липидные клеточные мембраны. Заслуживают внимания и различия в связывании ядов белками крови, особенности питания и др.

В настоящее время общепринято сравнивать видовую чувствительность животных к действию ядов по показателям острой токсичности – величина среднесмертельных концентраций и доз. На основе сопоставления среднесмертельных доз для четырех видов животных предложена оценка коэффициентов видовой чувствительности (КВЧ).

КВЧ менее трех указывает на отсутствие видовых различий в чувствительности животных к яду. Эти различия заметны при КВЧ выше трех, а при КВЧ выше девяти – резко выражены. (Уланова)

Различия до трех не существенны, так как могут зависеть от дополнительных факторов: времени года, объема вводимого раствора, степени разведения вещества, условий питания и т.д.

Наиболее труден вопрос о переносе данных, полученных на животных, на человека. Считают, что при однозначной реакции у нескольких видов животных можно ожидать подобную реакцию и у человека. При экстраполяции данных с животных на человека предложено учитывать сходство и видовые различия по биохимическим, физиологическим и фармакологическим признакам, а для нивелирования различий в чувствительности человека и животных – пересчитывать дозу вещества на единицу поверхности тела млекопитающих.

Отличие человека от животных больше, чем животных одного вида от другого. Основные отличия человека от животных предопределяется высоким развитием его центральной нервной системы. Болезни человека существенно отличаются от болезней животных, поэтому экспериментальные модели различных заболеваний не могут считаться удовлетворительными. У животных с большим трудом удается обнаружить побочные эффекты лекарственных веществ. Экстраполяция экспериментальных данных с животных на человека не может быть универсальной. Она может быть осуществлена по одним принципам в одном классе соединений и по другим принципам – в другом.

Всегда следует помнить о том, что, хотя, и получены обнадеживающие данные, на заключительном этапе оценки опасности химического вещества необходимы эпидемиологические исследования людей. Однако, в большинстве своем экспериментальные данные позволяют достаточно надежно обосновать мероприятия для защиты человека и животных от неблагоприятного воздействия химических соединений.

Помимо видовых различий токсический эффект зависит и от ряда других факторов:

- от пола,

- от возраста;

- от индивидуальной чувствительности;

- от окружающей температуры;

- от сезонных и суточных колебаний (рис.3).

Знание указанных закономерностей необходимо как в теории, так и в практике экологической токсикологии.

Литература:

1. Барышников И.И., Лойт А.О., Савченков М.Ф. Экологическая токсикология. 1 часть-Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1991

2. Навроцкий В.К. Гигиена труда. М.: Медицина, 1974

3. Руководство по профессиональным заболеваниям. Под ред. Измерова Н.Ф. М.: Медицина, т. 1

4. Справочник по гигиене труда. Под ред. Карпова Б.Д., Ковшило И.Е. Л.: Медицина, 1976

 

Лекция № 3

Тема: Общие вопросы токсикокинетики.

План лекции:

1. Поступление и транспорт ксенобиотиков в организм.

Проникновение ядов через дыхательные пути.

2. Поступление ядов через желудочно-кишечный тракт.

3. Поступление ядов через кожу.

4. Диффузия ксенобиотиков в организме.

5. Фильтрация.

6. Пиноцитоз.

7. Активный транспорт.

Поступление ядовитых веществ в организм человека или животного во многом определяется его физическим состоянием и физико-химическими свойствами веществ.

Основными путями поступления ядов являются:

- дыхательные пути;

- желудочно-кишечный тракт;

- кожа.

1. Поступление через дыхательные пути.

Динамика поступления вещества в организм через легкие определяется, прежде всего его агрегатным состоянием (газообразные, парообразные вещества, пыль, туманы, дымы).

Проникновение ядовитых веществ через дыхательную систему относится к наиболее быстрому пути поступления в организм. Это объясняется очень большой поверхностью легочных альвеол (она составляет 100-120 м²) и непрерывным током крови по легочным капиллярам. Общий барьер воздух/кровь можно схематически представить в следующем виде: липидная пленка, мукоидная пленка, слой протоплазмы альвеолярных клеток, базальная мембрана эпителия, в отдельных участках сливающаяся с базальной мембраной капилляров. Между альвеолами имеются участки промежуточной ткани.

Проникновение в организм летучих соединений (газов и паров) происходит уже частично в верхних дыхательных путях и трахее, что доказано, например, для фтористого и хлористого водорода, ацетальдегида, для этилового спирта, ацетона и других веществ.

Переход через клеточные мембраны нереагирующих газообразных и парообразных органических веществ осуществляется в легких по закону простой диффузии, в направлении падения градиента концентрации. Подобным образом происходит поступление из воздуха углеводородов, спиртов, эфиров и многих других летучих веществ. Скорость и величина задержки проникновения в организм подобных веществ определяется их физико-химическими свойствами и, в меньшей степени, физиологическим состоянием организма (интенсивность дыхания и кровообращения). Задержку в дыхательных путях нужно рассматривать одновременно с поступлением яда в кровь и ткани организма. При вдыхании яда в постоянной концентрации содержание его в крови сначала быстро нарастает, а затем устанавливается примерно на одном уровне. Содержание яда в венозной крови постепенно выравнивается с его концентрацией в артериальной крови. Организм постепенно насыщается ядом и поглощение последнего существенно замедляется.

Предельное содержание неэлектролитов в крови зависит от их физико-химических свойств, из которых наибольшее значение имеет коэффициент растворимости паров в воде. Чем выше значение этого коэффициента, тем больше вещества из воздуха поступает в кровь. Значение коэффициента растворимости сказывается также и на скорости, с которой устанавливается равновесие между содержанием вещества в воздухе и в крови. Неэлектролиты с высоким коэффициентом растворимости (спирт, ацетон) длительно переходят из воздуха в кровь, соединения с низким коэффициентом растворимости (углеводороды) быстро достигают равновесной концентрации между кровью и воздухом.

Среди промышленных ядов, поступающих в организм через дыхательные пути, значительное место занимают аэрозоли, образующиеся в воздухе при многих производственных операциях: пыли, дымы, туманы. Как правило, аэрозоли представляют собой смесь частиц разного размера. При вдыхании эти частицы попадают в дыхательные пути, где происходит оседание. На задержке аэрозоля в дыхательных путях сказывается его агрегатное состояние и присущие ему физические и химические свойства: размер частиц, их форма, гигроскопичность, заряд, активность поверхности и т. д.

Частицы аэрозолей неодинакового размера оседают в различных отделах дыхательного тракта. Относительно крупные частицы оседают обычно в верхних дыхательных путях. В нижних и, соответственно, более узких дыхательных путях, где скорость движения воздуха меньше, происходит оседание более мелких частиц.