Токсикологическое значение спиртов.

Токсикологическое значение спиртов связано с их широким применением в народном хозяйстве и в быту.

Метиловый спирт (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) используется как растворитель для лаков, красок, как исходное сырье для синтеза лекарственных веществ и различных красителей. Большие количества метанола идут для производства формальдегида, применяемого при изготовлении пластмасс. Используется он и в качестве антифриза и стеклоочистителя. Большое значение имеет факт использования метанола для денатурирования этанола.

Этиловый спирт. (этанол, винный спирт, метилкарбинол) Широко используется в самых различных отраслях народного хозяйства: химической промышленности как растворитель, для синтеза различных лекарственных веществ, в ликеро-водочной промышленности, как добавка к моторным топливам для повышения октанового числа и снижения концентрации вредных веществ в выхлопных газах. В медицинской практике применяют преимущественно как наружное антисептичесое и раздражающее средство для обтирания, компрессов и т.д. Используют для приготовления фармацевтических препаратов.

Пропиловый спирт (1-пропанол). Применяют в качестве растворителя для восков, полиамидных чернил, природных и синтетических смол, полиакрилонитрила; в производстве полиэтилена низкого давления; для получения карбометоксицеллюлозы; как обезжириватель металлов; сорастворитель поливинилхлоридных адгезивов; желатинирующий и пластифицирующий агент целлюлозноацетатных пленок; алкилирующий агент. Его используют также для синтеза пропионовой кислоты, пропионового альдегида, пропилацетата, пропиламина, ПАВ, пестицидов, некоторых фармацевтических препаратов.

Изопропиловый спирт. Широко используется как технический спирт в средствах для чистки стёкол, оргтехники и т.п. и как растворитель в промышленности. Изопропиловый спирт применяется как референс-стандарт в газовой хроматографии (например, при испытании лекарственных средств на остаточные органические растворители). Входит в состав косметики, парфюмерии, бытовой химии, дезинфицирующих средств, средства для автомобилей (антифриз, растворитель в зимних стеклоомывателях), репеллентов. 70 % изопропиловый спирт применяется вместо этилового спирта как антисептик для пропитки медицинских салфеток.

Амиловые спирты. Используются в качестве растворителей для различных органических веществ, масел, жиров, смол и восков. Они имееют токсикологическое значение как главная составная часть сивушного масла - побочного продукта спиртового брожения.

Токсичность спиртов з ависит от положения их в гомологическом ряду и от пространственной структуры молекулы. Токсичность возрастает с увеличением числа атомов углерода, примерно 3:1 (правило Ричардсона. Если принять силу наркотического действия этилового спирта за 1, то сила действия остальных выражается следующим образом: метиловый спирт (СН₃ОН) – 0,8; пропиловый спирт (С₂Н₅СН₂ОН) – 2; бутиловый спирт (С₃Н₇СН₂ОН) – 3; аллиловый (С₄Н₉СН₂ОН) – 4.). Исключением является поведение первых членов гомологических рядов, которые отличаются очень высокой токсичностью.

Однако сила наркотического действия нарастает лишь до определенного члена ряда, а затем резко уменьшается. Это объясняется тем, что в гомологическом ряду растворимость веществ в воде падает быстрее, чем нарастает их токсичность.

Вообще наличие гидроксильной группы в составе спиртов, придающей им способность растворяться в воде, делает спирты менее токсичными, чем углеводороды.

 

Этиловый спирт по своему токсикологическому значению занимает особое место в группе спиртов. Этанол не относится к ядам, но последствия интоксикации им настолько тяжелы для нашего общества и в моральном плане, и в материальном, что алкоголизм превратился в социальную проблему, на решение которой тратятся значительные силы и средства. Большая часть антисоциальных поступков совершается в нетрезвом виде. Среди нарушителей трудовой дисциплины лица в состоянии опьянения составляют 80%, то же самое наблюдается среди нарушителей уличного движения (пешеходы, попавшие под автомобиль). При вскрытии трупов лиц, погибших от несчастных случаев, также очень часто обнаруживается алкоголь.

Отравления самим этиловым спиртом сравнительно редки, чаще он выступает не как яд, а как отягчающее обстоятельство, являясь косвенной причиной большого числа смертельных исходов, нетрудоспособности и травм в быту и на производстве. Часто причиной отравления являются суррогаты (технические спирты, самогон, фальсификаты водки).

Нередко этиловый спирт сопутствует различным ядовитым и сильнодействующим веществам в случае отравления с целью самоубийства, либо преступного отравления, так как способствует более быстрому всасыванию этих веществ и наступлению смерти. С некоторыми из лекарственных веществ психотропного действия он выступает как синергист, усиливая их действие (барбитураты, транквилизаторы и другие седативные средства). Судебно-химическое исследование на этиловый алкоголь и его суррогаты составляет до 80% от общего числа экспертиз.

 

В организм спирты могут попадать перорально, перкутанно и ингаляционно. Преобладают острые пероральные отравления при употреблении их в качестве суррогатов. Из-за ограниченной летучести и медленного насыщения спиртами организма ингаляционные отравления в острой стадии редки. Однако повторные отравления могут привести к кумуляции спиртов в органах. Еще реже встречаются острые перкутанные отравления, поскольку кожная резорбция спиртов невелика. Они в основном случаются при массивном обливе.

В организме спирты быстро попадают в кровь. Всасывание начинается быстро, уже во рту и пищеводе, но основная масса спирта всасывается в желудке или кишечнике. Механизм всасывания спирта - простая диффузия, молекулы его транспортируются в кровь в неизмененном виде. Скорость всасывания зависит от концентрации и количества принятого спирта, от степени и характера наполнения желудка и кишечника. При приеме натощак максимальная концентрация этанола в крови наблюдается через 40-80 мин (в среднем около 1 часа), при полном желудке - через 1,5-2,5 часа.

Через кровь этанол распространяется по органам и тканям, обильно снабжаемым кровью, и концентрируется в тканях пропорционально содержанию в них воды. Наибольшие количества спирта содержатся в биологических жидкостях (кровь, моча, спинномозговая жидкость) и головном мозге. Несколько меньше его в тканях, мышцах, и минимальное количество - в жировой ткани. Небольшие количества этилового спирта могут присутствовать в биоматериале вследствие естественных процессов при гниении крови и других органов трупа.

Выделение (элиминация) спирта протекает по механизму простой диффузии и происходит через легкие, кожу, почки, кишечник, слюнные железы в виде метаболитов. Только 10% этанола выделяется в неизмененном виде, из них 7% - через легкие, 2-2,5% - почками, около 1% с потом.

Метаболизм (биотрансформация). После всасывания спирты подвергаются в организме процессам биотрансформации в основном через окисление до соответствующих альдегидов и кислот, конечными продуктами превращения которых являются СО₂ и Н₂О. Биотрансформация осуществляется преимущественно в печени при участии спиртоокисляющих ферментных систем. Образующиеся продукты выделяются в основном почками.

Окисление первичных спиртов происходит по схеме: спирт®альдегид®кислота, вторичных: спирт®кетон®кислота.

В первой стадии окисления спиртов принимают участие 4 ферментные системы: Алкогольдегидрогеназа (АДГ), Микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС), Каталаза, Ксантиноксидаза

Скорость метаболизма зависит, главным образом, от времени, очень незначительно - от концентрации спирта. У взрослого человека скорость метаболизма спирта около 10 мл/час, суточный метаболизм - 400-500 мл.

Метанол окисляется в организме значительно медленнее, его можно обнаружить в крови на 3-4 день после смерти.

Токсическое действие спиртов в первую очередь связано с их влиянием на ЦНС. Все спирты являются ядами ЦНС, так как обладают наркотическим действием и ослабляют процессы возбуждения.

Этиловый спирт при приеме внутрь (острая интоксикация) вызывает вначале возбуждение, а затем угнетение и паралич ЦНС. Относится к веществам наркотического действия и вызывает пристрастие - алкоголизм. Наркотический эффект этанола зависит от скорости всасывания (резорбции), фазы интоксикации (стадии резорбции и элиминации), от концентрации в крови, толерантности. При длительном воздействии (хроническая интоксикация) на организм этанол может привести к тяжелым функциональным расстройствам нервной системы (алкогольные психозы - «белая горячка»: бред, галлюцинации с устрашающими видениями), вызвать поражение органов пищеварения, сердечно-сосудистой системы, жировое перерождение печени (цирроз) и т.д. Известно, что алкоголь влияет на потомство, приводя к рождению детей с умственными и физическими недостатками.

Смертельная доза этанола при однократном приеме составляет 4-12 г на килограмм массы тела, то есть для взрослого человека она составляет около 300 мл чистого 96% спирта (без учета толерантности).

Алкогольная кома развивается при концентрации спирта в крови 3 г/л (3%), абсолютно смертельная концентрация в крови - 5-6 г/л (5-6 %).

Метиловый спирт избирательно поражает зрительный нерв и сетчатку глаз, что в 50% случаев приводит к слепоте. Обладает кумулятивными свойствами. Смертельная доза от 30 до 100г. наступление слепоты возможно от принятия 7-8 г чистого спирта. При отравлении метанолом латентный период составляет 3-4 дня, но иногда смерть наступает очень быстро, в течение 30 минут, причем состояния опьянения при этом может и не быть.

В отравлении метиловым спиртом различают три стадии: наркотическую, ацидотическую и поражение ЦНС (прежде всего зрения). После приема метанола наблюдается эйфория, не сопровождаемая возбуждением и приподнятым настроением, а скорее напоминает похмелье с головной болью, вялостью, нарушением координации движения. Наступает сон. Скрытый период отравления длиться от 12 ч. до 1,5 суток, после чего наступает общее недомогание, головокружение, мышечная слабость, боли в пояснице и животе. Далее снижение зрения, переходящее в слепоту. Процесс является необратимым даже при выздоровлении. Наблюдается острый нефрозонефрит. Реакция мочи сильнокислая. Смерть возникает в результате остановки дыхания, отека головного мозга и легких, коллапса или уремии.

Паталогоанатомическая картина – застойное полнокровие внутренних органов, множественные мелкие кровоизлияния, темная, дегтеобразная кровь.

Пропиловый спирт: Быстро всасывается из ЖКТ, в течение первого часа резорбция – 80%. Обладает большей липофильностью, чем этанол, поэтому накапливается в жировых тканях.

Метаболизм протекает с участием АДГ и АЛДГ. Окисляется в 1,5 раза быстрее этанола. Промежуточные продукты метаболизма – пропиловый альдегид и пропиловая кислота, конечные – ацетон, вода и углекислый газ.

Ферментативному окислению подвергается лишь 50% принятого пропанола, остальные выводятся через легкие, почки, кишечник.

Проявления острого отравления пропанолом аналогичны отравлению этиловым спиртом. Пропанол обладает наркотическим и нейротоксическим действием, при перкутанном отравлении – раздражающим.

Отсутствие скрытого периода после перорального приема приводит к быстро развивающимся расстройствам сознания с осложненными нарушениями дыхания и кровообращения. При длительном контакте наблюдается раздражение слизистых оболочек глаз, сужение остроты и полей зрения. Хронические отравления характеризуются поражением верхних дыхательных путей.

Смерть наступает в первые сутки отравления на фоне коматозного состояния, экзотоксического шока и нарушением кислотно-основного баланса.

Изопропиловый спирт. Основные пути поступления изопропилового спирта – ингаляционный и перкутанный. Биотрансформация изопропилового спирта осуществляется в печени при участии АДГ и проходит в 2 раза медленнее. Конечный продукт окислении – ацетон.

Изопропиловый спирт на 20% выделяется в неизменном виде через легкие (основной путь) и почки. Незначительное количество выделяется со слюной и желудочным соком. Образовавшийся в процессе метаболизма ацетон выводиться легкими (ощущается запах ацетона) и почками (кетонурия). Период полувыведения изопропилового спирта от 3 до 16 ч, ацетона от 7,5 до 26 ч.

Картина отравления изопропиловым спиртом – развитие сопора и токсической комы. Особенностью является стойкий запах ацетона в выдыхаемом воздухе. Сопор и кома протекают на фоне гипотензии, тахикардии и гипотермии. Длительность комы до 1 суток, т.к. наркотический эффект в 2 раза сильнее чем у этанола. Для острых отравлений изопропиловым спиртом характерны расстройства ЖКТ, отек сетчатки, нарушение остроты зрения, «игра зрачков». Летальный исход наступает от остановки дыхания и сердечной деятельности на пике токсической комы.

Бутиловые спирты. Чаще всего поступление бутанолов носит пероральный и ингаляционный характер, реже – перкутанный. При пероральном поступлении бутанолы быстро всасываются в желудке и верхних отделах тонкой кишки. Выводяться бутанолы и их метаболиты с выдыхаемым воздухом и через почки.

Метаболизм осуществляется в печени при участии АДГ и АЛДГ. Образовавшиеся в процессе метаболизма альдегиды и кислоты могут конъюгировать с белками и др. БАВ.

Бутиловый спирт быстро метабилизируется в организме до бутилового альдегида и масляной кислоты, которые вступают в различные реакции конъюгации, в том числе с образованием глюкуронидов, и выводяться с мочой.

Механизм действия бутанолов детально не изучен. Считается что их токсический эффект связан с мембранотоксическим действием и способностью повреждать мембраны митохондрий. Клиническая картина острых отравлений бутиловыми спиртами схожа с клинической картиной отравления этанолом, но у них менее выражено наркотическое действие. При отравлении бутанолами наступает кратковременное состояние опьянения в дальнейшем переходящее в общее недомогание (если не развилась кома) с выраженными синдромами токсической нефропатии и гастроинтестинальным синдромом. Как при остром, так и при хроническом отравлении все бутиловые спирты оказывают раздражающее действие на конъюктиву глаз, дыхательные пути и органы ЖКТ.

Амиловые спирты.

Амиловые спирты: 1-пентанол (нормальный амиловый спирт), 2-пентанол, 3-пентанол, 2-метил-1-бутанол, 2-метил-2-бутанол, 2-метил-3-бутанол, 3-метил-1-бутанол (изоамиловый спирт), 4-метил-карбинол.

Являются частью сивушного масла. Сивушное масло на 80% состоит из пропилового, бутилового и амилового спиртов и их изомеров. Изоамилового спирта в сивушном масле до 60%. Отравления чистым амиловым спиртом достаточно редки. Чаще всего наблюдаются отравления спиртсодержащими жидкостями с высокой концентрацией сивушных масел (спирт сырец, самогон и др.).

Амиловые спирты более токсичны, чем все предыдущие спирты. Прием всего 0,5 г вызывает выраженную головную боль, головокружение, боли в животе и т.д. Даже небольшая примесь амилового спирта при употреблении этанола дает тяжелое течение отравления с последующим тяжелым похмельным синдромом.

Возможны ингаляционные и перкутанные отравления амиловым спиртом.

Попадая в организм пентанолы подвергаются метаболизму в системе АДГ, с образованием альдегидов, кетонов и соответствующих кислот. До 25% принятой дозы пентанола выделяется через легкие в неизменном виде.

Продуктами метаболизма изоамилового спирта являются изовалериановый альдегид и изовалериановая кислота.

При пероральном приеме амилового спирта развитие клинической картины отравления достаточно стремительное. Пострадавших беспокоит сильная головная боль, головокружение, приливы крови в голове, тошнота, рвота, диарея (фекалии имеют запах сивушных масел), возможны галлюцинации и бред, иногда развивается глухота. При тяжелых отравлениях – кома, осложненная острой дыхательной недостаточностью. Смерть может наступить уже в первые часы после приема амилового спирта.

Паталогоанатомическая картина после вскрытия – некроз слизистых оболочек ЖКТ, поражения печени, почек.

При судебно-химическом исследовании органов трупа наводящим указанием является специфический запах изоамилового спирта, исходящий от биологического материала.

Наиболее важными объектами для судебно-химической экспертизы служат кровь и моча, реже ткани мозга, легких, печени, почек, редко - глубокие мышцы бедра. Желудок не может быть взят в качестве объекта исследования, так как возможно образование спирта естественным путем при брожении углеводов или при гнилостных процессах его содержимого. Содержание эндогенного алкоголя в крови находится в пределах 0,008-0,4‰.

Выделение спиртов из биологичских объектов проводят перегонкой с водяным паром. При специальном исследовании на метанол приемник для дистиллята охлаждают льдом для уменьшения потерь искомого токсического вещества. При целенаправленном исследовании на этанол приемник охлаждают водой, чтобы предотвратить испарение спирта.

Перед исследованием дистиллята на группу высших спиртов необходимо провести их концентрирование, поскольку вода будет мешать проведению анализа. Дистиллят извлекают эфиром, а эфирное извлечение выпаривают досуха в фарфоровых чашках. Реакции проводят с остатком.

При судебно-химических исследованиях для доказательства спиртов используют их общие свойства.

1. Реакция этерификации

Реакция основана на способности спиртов вступать в реакцию образования сложных эфиров при взаимодействии с органическими кислотами в присутствии концентрированной серной кислоты.

Продукты реакции определяются только по запаху, что снижает аналитическое значение реакции. Реакция образования сложных эфиров высокочувствительна, но не специфична, поэтому ей придается отрицательное судебно-химическое значение. При положительном результате реакции необходимо подтвердить наличие того или иного спирта дополнительными испытаниями.

Предел обнаружения этилового спирта составляет 15 – 20 мг/мл, метанола – 0,3 мг/мл.

2. Реакция окисления

Реакция основана на способности спиртов окисляться до соответствующих альдегидов, которые обнаруживаются по запаху или по реакции окрашивания.

Метанол окисляется до формальдегида, который обнаруживают по наиболее чувствительным для него реакциям окрашивания с кодеином в концентрированной серной кислоте и с фуксинсернистой кислотой (см. качественный анализ формальдегида).

При использовании фуксинсернистой кислоты и кодеина предел обнаружения метанола – 0,1 мг/мл в дистилляте.

Поскольку определение метанола проводят косвенно по образовавшемуся формальдегиду, исследуемый отгон необходимо предварительно проверить на его отсутствие, чтобы избежать ошибки переоткрытия метанола.

При несоблюдении условий проведения реакции этанол, который может находиться в дистилляте, окисляется до формальдегида и приведет к переоткрытию метанола.

В отсутствие формальдегида реакция имеет положительное судебно-химическое значение для метанола и позволяет обнаружить метанол в присутствии других спиртов.

Этиловый спирт окисляется до ацетальдегида, а изоамиловый спирт - до изовалерианового альдегида, которые обладают характерным запахом и определяются по его наличию.

При окислении изоамилового спирта перманганатом калия ощущается приятный запах изовалерианового альдегида, затем запах гнилостного сыра (изовалериановая кислота), переходящий в приятный запах изоамилового эфира изовалериановой кислоты. Эта реакция является подтверждающей для амиловых спиртов.

Предел обнаружения этилового спирта по реакции окисления его бихроматом калия 3 мг/мл. Изоамилового спирта до 0,11 мг в остатке.

В судебно-химических исследованиях иногда приходится решать задачу обнаружения какого-либо спирта при возможном присутствии других. Для этого должны быть использованы специфичные реакции, позволяющие отличить спирты друг от друга при их совместном присутствии.

Реакциями отличия служат:

ü образование формальдегида с последующим его обнаружением цветными реакциями (метанол);

ü реакция образования кристаллического осадка йодоформа (этанол).

Предел обнаружения этилового спирта 0,04 мг/мл дистиллята. Эту реакцию будут давать молочная кислота и ацетон, которые почти всегда присутствуют в содержимом желудка и внутренних органах. Судебно-химическое значение реакция имеет при отрицательном значении.

ü реакция Комаровского - взаимодействие с ароматическими альдегидами - салициловым, n-диметиламинобензальдегидом и др. (реакция отличия высших спиртов (пропанол, бутанол, пентанол) от низших (метанол,этанол).

 

 

Реакция	Метанол	Этанол	Амиловый спирт
Этерификации	+	+	+
Окисления	+	+	+
С салициловым альдегидом (реакция Комаровского)	-	-	+
Образования йодоформа	-	+	-

 

Таким образом, при судебно-химических исследованиях доказательство этанола в дистилляте строится на общих реакциях и реакции образования йодоформа. Этой реакции придается отрицательное судебно-химическое значение, то есть по ней можно делать вывод только о необнаружении этанола. Исследование на этанол обязательно начинается с йодоформной пробы, а при положительном ее результате требуется выполнить все остальные реакции.

Заключение о нахождении этанола делается по комплексу положительных результатов всех реакций.

 

Количественное определение алифатических спиртов проводят методом газожидкостной хроматографии, в том числе используя алкилнитритный метод. В основе метода лежит реакция образования алкилнитрита.

Алкилнитриты, более летучие, чем спирты соединения. Так, например, для этилового спирта Т _кип. = 78⁰С, а для этилнитрита Т _кип.=17⁰С. В качестве эталонного вещества применяют 95-96%-й спирт (метанол, этанол). Для получения алкилнитрита к соответствующему спирту прибавляют нитрит натрия и трихлоруксусную кислоту:

С₂Н₅ОН + ССl₃COOH + KNO₂ → C₂H₅ONO + CCl₃COOK + H₂O

Образовавшийся алкилнитрит, который находится в газообразном состоянии над жидкостью, вводят в газовый хроматограф, и проводят хроматографирование. После окончания хроматографирования эталонного вещества производят точно такой же опыт с исследуемым раствором, в котором предполагается наличие спирта. Идентификация спирта и других веществ проводится по времени удерживания их алкилнитритов хроматографической колонкой.

Для количественного определения этилового спирта в моче и крови применяют метод внутреннего стандарта как один из методов газожидкостной хроматографии. Внутренним стандартом служит пропиловый спирт (Т _кип. = 97,5⁰С). Содержащийся в биологической жидкости этиловый спирт, а также пропиловый спирт, прибавленный в качестве внутреннего стандарта, переводят в более летучие соединения (в этилнитрит Т _кип. = 78⁰С и пропилнитрит Т _кип. = 46-48⁰С). Смесь этилнитрита и пропилнитрита вводят в дозатор хроматографа и проводят хроматографирование. При этом на хроматограмме выписывается два пика, один из которых соответствует этиловому спирту (этилнитриту), а второй – пропиловому спирту (пропилнитриту). Затем рассчитывают отношение высоты или площади пика этилового спирта (этилнитрита) к высоте или площади пика внутреннего стандарта – пропилового спирта (пропилнитрита). Расчет количественного содержания этилового спирта в крови или в моче производится по калибровочному графику. Чувствительность метода для этилового спирта составляет 0,01 %.

 

Кроме того, для количественного определения метанола используют его способность к окислению до формальдегида, который образует окрашенные растворы с фуксинсернистой кислотой, хромотроповой кислотой. На основе этих реакций предложен спектрофотометрический метод определения метанола.