Лекция №16. Понятие токсикология, цели и задачи. Классификация вредных химических веществ. Кумулятивные свойства химических соединений. Методы детоксикации

Токсикология — область знаний, изучающая законы взаимо­действия живого организма и яда. Токсичность вещества тем боль­ше, чем меньшее его количество (доза) вызывает расстройства жизнедеятельности организма.

Вещество, вызывающее отравление или смерть при попадании в организм в малом количестве называется ядом. В роли последнего может оказаться практически любое химическое соединение, по­павшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно важных функций и создать опасность для жизни.

Токсикология в современном понимании — это наука о вредном воздействии на человека, животных и растения химических соедине­ний, поступающих из окружающей среды — среды обитания (произ­водственной, коммунальной, бытовой, природной и пр.).

Вредное воздействие химических соединений проявляется в виде заболевания или нарушения состояния здоровья, обнаруживаемых современными методами как в процессе контакта с веществами, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поко­лений

Патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия вредного химического вещества с организмом, называет­ся интоксикацией, или отравлением. В соответствии с принятой терминологией отравлением обычно называют только те ин­токсикации, которые вызваны «экзогенными» ядами, поступивши­ми в организм извне. В результате воздействий вредных веществ на организм могут возникнуть острые и хронические отравления.

Острые отравления характеризуются кратковременностью дей­ствия относительно больших количеств вредных веществ и ярким типичным проявлением непосредственно в момент воздействия или через сравнительно небольшой (обычно в несколько часов) скрытый (латентный) период. Острое профессиональное заболевание — это отравление, являющееся, как правило, результатом однократного (в течение не более одного рабочего дня, одной рабочей смены) воздействия на работника вредного производствен­ного фактора (факторов), повлекшее за собою временную или стой­кую утрату профессиональной трудоспособности.

Хронические отравления развиваются постепенно, при длитель­ном воздействии вредных веществ в относительно небольших ко­личествах. Эти отравления возникают вследствие накопления вредного вещества в организме (материальная кумуляция) или вызы­ваемых ими изменений (функциональная кумуляция). Хроническое профессиональное заболевание — это заболевание, являющееся результатом длительного воздействия на работника вредного про­изводственного фактора (факторов), повлекшее за собою времен­ную или стойкую утрату трудоспособности.

Основная цель токсикологии состоит в предупреждении, рас­познавании и лечении больных с заболеваниями химической этио­логии, предупреждении и устранении отдаленных последствий вредного воздействия химических веществ у индивидуумов и их потомства.

В связи с этим выделяют следующие направления токсикологии: - экспериментально-теоретическое — изучение основных зако­номерностей взаимодействия вредного вещества с биологически­ми объектами;

- профилактическое (гигиеническое) — предупреждение потен­циальной опасности вредного воздействия веществ на человека. Сюда входят коммунальная (атмосферная, водная, почвенная), пищевая, промышленная, бытовая, косметическая;

- клиническое — исследование отравлений, возникающих вслед­ствие влияния на человека химических веществ окружающей сре­ды, и их лечение;

- экологическое — изучение действия веществ на экосистемы, биоценозы.

Основоположниками отечественной промышленной токсико­логии как науки являются известные ученые Н.В.Лазарев и Н. С. Правдин. Ими впервые были сформулированы задачи токси­кологии:

1) гигиеническая экспертиза токсических веществ; 2) гигиени­ческое нормирование содержания вредных веществ в объектах среды обитания; 3) гигиеническая стандартизация сырья и продуктов производства.

Если первое направление предполагает установление гигиени­ческих нормативов химических веществ по сокращенной схеме с последующим расчетом ориентировочных временных нормативов, то второе направление охватывает полный комплекс токсиколо­гических исследований и разработку на этой основе фундамен­тальных гигиенических нормативов — ПДК. Третья задача направлена на ограничение в сырье, промежуточных и готовых продуктах токсических примесей до уровней, не оказывающих неблагопри­ятного воздействия на организм. Эти исследования в настоящее время стали обязательными, поскольку любая производимая про­дукция должна иметь гигиенический сертификат качества. Ответ­ственность за осуществление стандартизации возлагается на пред­приятие-изготовитель.

Взаимодействие яда с организмом изучается в двух аспектах: как влияет вещество на организм (токсикодинамика) и что про­исходит с веществом в организме (токсикокинетика). Токсикокинетика изучает закономерности процессов поступления, распре­деления, метаболизма и выделения путем определения концент­раций самих веществ или их метаболитов в биологических средах организма (крови, плазме, моче, выдыхаемом воздухе, тканях) в различные периоды интоксикации. Токсикодинамика изучает ха­рактер действия веществ на организм, вызываемый ими эффект.

Количество химических соединений, используемых в настоя­щее время настолько велико, а характер биологического действия настолько разнообразен, что применяют несколько видов класси­фикаций. В основу существующих классификаций вредных хими­ческих веществ положены различные принципы, учитывающие агрегатное состояние веществ, характер воздействия на организм, степень токсичности, опасности и другие признаки.

По агрегатному состоянию в воздушной среде вредные веще­ства могут быть классифицированы как газы, пары и аэрозоли (жидкие или твердые).

По химическому строению вредные химические вещества делят на органические, неорганические и элементоорганические. Исхо­дя из принятой химической номенклатуры, определяют класс и группу этих веществ.

По пути проникновения в организм выделяют вещества, дей­ствующие через дыхательные пути, пищеварительную систему и кожу.

По цели применения различают следующие вещества.

Ксенобиотики пищи, к ним относятся неалиментарные (не имеющие пищевой ценности) компоненты пищи и антиалимен­тарные вещества, включающие, в частности, различные эссенции (сложные эфиры), нитриты и нитраты, кофеин, алкоголи, ду­бильные вещества (танниды), катехины и ряд других веществ.

Промышленные вещества — наиболее разнообразная группа. Среди выбросов в атмосферу, почву, воду имеется группа неорга­нических веществ, содержащих практически все элементы перио­дической системы, а также все классы органических соединений, начиная с простейших алифатических углеводородов и кончая син­тетическими высокомолекулярными соединениями, а также ве­ществами, сравнимыми по степени токсичности с боевыми отрав­ляющими веществами.

Агрохимикаты (пестициды и химические средства защиты рас­тений), которые включают в себя гербициды, инсектицидов, Фун-гициды, репелленты, протравители семян. Без использования этих веществ сегодня представляется немыслимым получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Лекарственные средства, имеющие свою фармакологическую классификацию.

Косметические средства, которые также включают некоторые биологически активные соединения, чужеродные для организма и способные в определенных концентрациях вызывать токсический эффект, например аллергические реакции.

Отравляющие вещества (ОВ), которые применяются в качестве токсического оружия для массового уничтожения людей.

По виду токсического действия химические вещества разделя­ют по характеру их токсического действия на организм.

По степени токсичности — гигиеническая классификация, в основу которой положена количественная оценка токсической опас­ности химических веществ, согласно экспериментальным данным по определению их ПДК, параметров токсикометрии.

По специфике биологического последствия отравления орга­низма выделяют следующие группы веществ:

- раздражающего действия, которые обладают указанным воздей­ствием, попадая на покровы, слизистые оболочки и прежде всего на орган зрения, верхние дыхательные пути;

- сенсибилизирующего (аллергического) действия, которые вы­зывают возникновение аллергических заболеваний — бронхиаль­ной астмы, астматических бронхита, конъюнктивита, дерматита;

- мутагенного действия, которые повреждают генетическую на­следственную функцию организма;

- тератогенного действия, которое приводит к отклонениям в развитии эмбриона, находящегося в чреве матери;

- канцерогенного действия, которые приводят в конечном счете к возникновению раковых заболеваний;

репродуктивного действия, которые снижают детородную функ­цию у мужчин и женщин.

Метеорологические условия среды оказывают влияние на терморегуляцию организма, что в свою очередь влечет за собой изменение восприимчивости орга­низма к вредным веществам. Так, увеличение температуры возду­ха ведет к усиленному потоотделению, ускорению многих био­химических процессов и изменению веществ.

Влажность воздуха также может увеличивать опасность отравле­ния, в особенности раздражающими газами. Это объясняется уси­лением процессов гидролиза. Растворение газов и образование ту­мана кислот и щелочей ведет к усилению раздражающего действия на слизистую оболочку. Кроме того, эти вещества задерживаются в органах дыхания.

Кумуляция — это суммирование действия повторных доз вред­ных веществ, когда последующая доза поступает в организм рань­ше, чем заканчивается действие предыдущей. При кумуляции по­ступление вещества в организм превышает выведение его из орга­низма. Так происходит накопление радиоактивного стронция в костях, йода в щитовидной железе, тяжелых металлов в почках.

В зависимости от того, накапливается ли при этом в организме само вещество, различают три вида кумуляции: материальную (хи­мическую), функциональную и смешанную.

Под материальной кумуляцией подразумевается, однако, не само по себе накопление вещества, а участие его в возрастающем коли­честве в развитии токсического процесса. Примером материальной кумуляции может служить фиксация некоторых тяжелых металлов и мышьяка SН-группами белков, оксида углерода и цианидов ме­таллом гемоглобина и некоторых ферментов (цианиды, кроме того, могут взаимодействовать с карбонильными группами ферментов и субстратов).

В случае функциональной кумуляции конечный токсический эф­фект зависит не от постепенного скопления небольших количеств вредных веществ, а от его повторного действия на определенные клетки организма. Действие небольших количеств вещества на клет­ки суммируется, что в результате приводит к токсическому эф­фекту. К веществам, обладающим свойством функциональной ку­муляции, относятся прямые метгемоглобинобразователи (натрия нитрат) и химические мутагены.

При смешанной кумуляции фиксируются не молекулы веществ, а их осколки (например, в реакциях ацилирования белковых моле­кул). Смешанный характер такого типа кумуляции состоит в том, что налицо присоединение материальной частицы, однако исход­ное вещество разрушается и, следовательно, накапливаться не может. Смешанным типом кумуляции обладают, например, фосфорорганические соединения.

Тип кумуляции характеризует кумулятивные свойства веществ лишь с качественной стороны.

Изучение кумулятивного действия особенно необходимо при решении задач охраны окружающей среды, так как следовые количества вещества могут действовать в течение длительного време­ни, иногда в течение одного или нескольких поколений, накап­ливаясь или концентрируясь в трофических цепях.

Адаптация — истинное приспособление организма к изме­няющимся условиям окружающей среды (особенно химической), которое происходит без каких-либо необратимых нарушений в дан­ной биологической системе и без превышения нормальных гомеостатических особенностей ее реагирования.

Истинное приспособление организма к действию загрязняю­щих окружающую среду химических веществ возможно лишь при низких уровнях воздействия. При воздействии химических агентов в высоких концентрациях преобладает классическая система регу­ляции, которая приводит к срыву адаптации — переходу состоя­ния физиологической адаптации в компенсированный патологи­ческий процесс. В основе этого явления лежат биохимические и биофизические нарушения.

Освобождение организма от ядов производится усилением оп­ределенных естественных физиологических процессов (вызывание рвоты, промывание желудка, очищение кишок, форсированный диурез, гипервентиляция), искусственной детоксикации (гемодиа­лиз, перитониальный диализ, гемосорбция, обменное перелива­ние крови и др.) или методом антидотной терапии. Указанные выше методы освобождения организма от ядов производятся вра­чами.

В среду, окружающую человека, ежегодно поступают все новые и новые химические агенты. Это приводит к беспрерывному изменению химического состава среды проживания человека. Кроме того, на человека воздействуют и другие вредные факторы окружающей среды: физической (шум, вибрация, ионизирующее излучение и др.), биологической (препараты биотехнологии, микробиологических процессов) и психофизиологической природы.

В некоторых случаях влияния комплекса химических факторов производственной среды обусловлено многокомпонентным составом применяемых в производстве или получаемых продуктов (каменноугольные смолы и лаки, комбинированные пестициды), или технологических выбросов (сварочные аэрозоли). Современные технологические процессы характеризуются одновременным поступлением в воздух рабочей зоны производственных помещений не одиночных, а, как правило, нескольких или многих вредных химических веществ.

В связи с этим, различают комбинированное, комплексное и сочетанное действие двух или нескольких факторов одной природы (комбинация ядов, шума и вибрации и др.)

1. 
   аддитивное (суммирование) – совместный эффект равняется сумме эффектов каждого из химических веществ при изолированном воздействии на организм;
   
2. 
   более чем аддитивное (синергизм, или потенцирование) – совместный эффект превышает сумму эффектов каждого из веществ, входящих в комбинацию, при их изолированном воздействии на организм;
   
3. 
   менее чем аддитивное (антагонизм) – совместный эффект меньше суммы эффектов каждого из веществ, входящих в комбинацию, при их изолированном воздействии на организм. Данная классификации дает возможность осуществлять не только качественную, но и количественную оценку комбинированного эффекта вредных факторов.
   

Обычно под отдельным эффектом понимают онкогенное, мутагенное и тератогенное действие химических, физических и биологических факторов окружающей среды. Однако в действительности понятие отдаленных последствий воздействий факторов окружающей среды является еще более широким, поэтому к ним следует относить также возникновение и развитие ряда патологических состояний в организме, изменения в органах и системах и, наконец, ускорение процессов старения и сокращение продолжительности жизни, если они связаны с воздействием химических, физических и биологических факторов окружающей среды.

Для многих видов злокачественных новообразований профилактические мероприятия оказываются чрезвычайно эффективными.

К факторам окружающей среды, способствующим возникновению опухолей, следует отнести химические канцерогены, неправильное питание, различные виды радиации, генетические (наследственные) факторы, вирусы.

Мутагенное действие. Основными мутагенами в окружающей среде являются три группы веществ:

1. 
   естественные неорганические соединения (оксиды азота, нитриты, нитраты, свинец, радиоактивные материалы) и органические соединения (алкалоиды, гормоны);
   
2. 
   переработанные природные вещества (продукты нефти, сжигание угля);
   
3. 
   химические продукты, не встречающиеся в природе (пестициды, пищевые добавки, лекарственные препараты).
   

Эмбриотоксический эффект дают метилртуть (атрофия головного мозга, задержка психического развития), свинец (пребывание беременности, поражение центральной нервной системы), полихлорирование цвета кожных покровов), этиловый спирт (задержка физического и психического развития, микроцефалия), мышьяк (спонтанные выкидыши, снижение массы тела новорожденных, дефекты развития).