Общий характер действия на организм ядов и токсических веществ

В производственных условиях токсические вещества поступают в организм человека через дыхательные пути, кожу, а также через желудочно-кишечный тракт. Пути поступления веществ в организм зависят от их агрегатного состояния (газообразные и парообразные вещества, жидкие и твердые аэрозоли) и от характера технологического процесса (нагрев вещества, измельчение и др.).

Токсическое действие веществ, их судьба в организме зависят от физических характеристик и химической активности, так как биологическое действие является результатом химического взаимодействия между данным веществом и биологическими рецепторами. Это взаимодействие определяет степень задержки вещества в организме, процессы его биотрансформации, депонирования и выведения из организма.

При поступлении в легкие газы, пары и аэрозоли резорбируются в кровь. Степень резорбции для различных веществ не одинакова и зависит прежде всего от растворимости в биологических жидкостях и способности проникать через альвеолярные, сосудистые и клеточные мембраны. После резозоции в кровь и распределения по органам яды подвергаются превращениям (биотрансформации) и депонированию. Почти все неорганические, а также многие органические вещества длительно задерживаются в организме, накапливаясь в различных органах и тканях.

Циркуляция металлов в организме осуществляется путем образования биокомплексов с жирными кислотами и аминокислотами (глутаминовой и аспарагиновой кислотами, цистеином, метионином и др.). Комплексы с аминокислотами образуют ртуть, свинец, медь, цинк, кадмий, кобальт, марганец и некоторые другие металлы. Однако наиболее устойчивы комплексы металлов с белками, что обусловливает их длительную циркуляцию и депонирование в мягких тканях и паренхиматозных органах.

Металлы накапливаются в основном в тех же тканях, в которых они содержатся как микроэлементы, а также в органах с интенсивным обменом веществ (печень, почки, эндокринные железы). Преимущественное депонирование свинца, бериллия и урана в костной ткани связано с их способностью образовывать устойчивые, малорастворимые соединения с фосфором и отложением в костной ткани в виде фосфатов. Ртуть и кадмий накапливаются в паренхиматозных органах (печень, почки), что обусловлено образованием устойчивых комплексов этих металлов с белками. Хром, достигая клетки, фиксируется на клеточных мембранах, в значительных количествах накапливаясь, например, на мембране эритроцитов.

Пути поступления ксенобиотиков в организм

Чужеродные вещества, которые поступают в человеческий организм всместе с пищевыми продуктами и имеющие довольно высокую токсичность, получили название ксенобиотиков. Поскольку они попадают вместе с пищей, основные пути поступления ксенобиотиков в организм человека это полость рта и желудочно-кишечный тракт, где они имеют свойство накапливаться.

Распределение в организме элементорганических и органических соединений связано с их взаимодействием с липидными компонентами тканей и прежде всего с липидными компонентами клеточных мембран, что определяет их проникновение в клетку и дальнейшую биотрансформацию. Биотрансформация чужеродных соединений — это цепь последовательныхферментативных реакций. Она подразделяется, как правило, на две фазы. Основную нагрузку в реакциях первой фазы несет семейство микросомальных ферментов цитохрома Р-450, локализованных в гладком эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов. Кроме того, превращение ксенобиотиков катализирует и ферменты, содержащиеся в плазме крови, цитозоле и митохондриях паренхиматозных органов.

В первой фазе в результате реакций окисления, восстановления, гидролиза, гидратации, дегалогенирования и др. молекула яда получает функциональные группы, необходимые для протекания второй фазы — конъюгации. Следует иметь в виду, что образование промежуточных продуктов метаболизма (интермедиатов) ксенобиотиков не всегда сопровождается снижением токсичности. Так, некоторые фосфорорганические инсектициды (например, октаметил и тиофос) образуют в организме более токсичные (фосфамидоксид и параоксон, соответственно).

Вторая фаза включает реакции синтеза (конъюгации) интермедиатов или поступивших ядов с эндогенными соединениями (глюкуроновой, серной, уксусной киспотами, аминокислотами, глутатионом), а также реакции метилирования.

В результате биотрансформации ксенобиотики превращаются в более полярные (более растворимые) и, как правило, менее токсичные вещества. Молекулярная масса и размеры полученных соединений возрастают, облегчается их экскреция и выведение из организма. К настоящему времени накоплен материал о том, что конъюгаты определенных веществ могут подвергаться дальнейшим превращениям в организме, что иногда называют третьей фазой биотрансформации. Образующиеся в результате этих реакций соединения могут быть более токсичными, чем исходные.

Так, конъюгаты с глюкуроновой кислотой, выделяясь в желчь и попадая затем в кишечник, могут катаболизироваться ft - глюкуронидазой (ферментом микрофлоры кишечника с последующим выделением) либо повторной реабсорбцией и дальнейшим метаболизмом. Глутатионовые конъюгаты под влиянием кишечноймикрофолоры могут превращаться в тиоловые с повышением токсичности. Сульфирование и ацетилирование приводит к метаболической активации N-гидроксиароматических аминов. Конъюгаты глутатиона могут играть важную роль при объяснении нефротоксических свойств веществ, а реакции метилирования — в токсичности металлов, глюкуронид-ная конъюгация — в процессах канцерогенеза при воздействии ft - нафтиламина или 3,2'-диметил-4-ами-нобифенила. Преобладание процессов детоксикации или токсификации зависит от многих факторов: прежде всего активности соответствующих ферментов и кинетических параметров реакций, доступности эндогенных субстратов и кофакторов, дозы поступившего вещества и степени насыщения метаболических путей, генетической вариабельности метаболических путей, биологического вида организма, пола, возраста, диеты, сопутствующих заболеваний.

Выделение поступивших в организм токсических веществ происходит различными путями: через легкие, желудочно-кишечный тракт, почки, кожу. С выдыхаемым воздухом через легкие выделяются летучие вещества (бензол, толуол, ацетон, хлороформ и многие другие) или летучие метаболиты, образовавшиеся при биотрансформации ядов. Например, одним из конечных продуктов биотрансформации хлороформа, четыреххлористого углерода, этиленгликоля и многих других веществ является углекислота, которая выводится через легкие.

Резорбированные и циркулирующие в крови яды и их метаболиты выводятся почками путем пассивной фильтрации в почечных клубочках, пассивной канальцевой диффузии и активным транспортом. Многие токсические вещества (ртуть, сероуглерод) выделяются потовыми железами кожи, а также слюнными железами. Многие яды и их метаболиты, образующиеся в печени, выделяются с желчью в кишечник. Такой путь выведения характерен для металлов (ртуть, свинец, марганец и др.). Обратная резорбция металлов из кишечника в кровь и из крови в печень обуславливает кишечно-почечную циркуляцию металлов, которая и определяет в итоге долю металла, выводимого кишечником.Циркуляция, превращение и выведение токсических веществ отражают совокупность явлений, происходящих с ядом в организме, и определяют токсикокинетику процессов детоксикации, т. е. кинетику (динамику) прохождения токсических веществ через организм. В основе токсикокинетики лежат, как правило, экспериментальные данные о содержании веществ и их метаболитов в различных биосредах подопытных животных в определенные интервалы времени. Математический анализ указанных данных позволяет выявить закономерности токсикодинамики любого химического вещества и экстраполировать их на человека с учетом особенностей обменных и других процессов.

Промышленные яды в зависимости от их свойств и условий воздействия (концентрация/доза, время) могут вызывать развитие острых и хронических интоксикаций. Как правило, острые отравления возникают при авариях, грубых нарушениях технологического процесса. Острые отравления развиваются непосредственно после контакта с ядом (например, окисью углерода) или после скрытого периода — от 6-8 ч до нескольких суток (например, двуокисью азота). В результате модернизации технологии и проведения широких гигиенических мероприятий в настоящее время происходит загрязнение воздуха рабочей зоны низкими концентрациями промышленных ядов, которые приводят к развитию хронических интоксикаций при длительном, многолетнем воздействии.

Проявления действия промышленных ядов на человека весьма разнообразны, так как патологические процессы, возникающие при воздействии химического вещества, обусловлены не только его свойствами, но и ответной реакцией организма, которая варьирует в широких пределах. При воздействии промышленных веществ может развиться любой из известных патологических процессов — воспаление, дистрофия, сенсибилизация, фиброз, повреждение хромосомного аппарата клетки, канцерогенный эффект и др.

При этом в силу физико-химических особенностей каждое вещество обладает собственным, характерным для него действием на организм, а также несет свойства, присущие химическому классу (группе), к которой оно относится.Среди промышленных веществ выделяют: раздражающие, нейротропные, гепатотропные, почечные яды, яды крови, аллергены, мутагены, канцерогены, тератогены и некоторые другие группы. Подобное разделение указывает на преимущественный (избирательный) характер действия яда, который проявляется при его воздействии в минимальных количествах. При экспозиции в более высоких дозах (концентрациях) и/или в течение длительного времени развиваются и политропные (общетоксические) проявления интоксикации.

Раздражающими веществами, вызывающими развитие воспаления на месте контакта с тканями организма, являются хлор, сернистый ангидрид, двуокись азота, кислоты, щелочи и др. Преимущественное поражение нервной системы характерно для органических растворителей, некоторых тяжелых металлов. К гепатотропным промышленным ядам относятся четыреххлористый углерод, аллиловый спирт и др. Выраженными аллергенными свойствами обладают хром, бериллий, формальдегид и многие другие вещества. Среди веществ, оказывающих действие в основном на почки, следует назвать мышьяковистый водород, этиленгликоль. К веществам, обладающим мутагенным, тератогенным, канцерогенным и гонадотропным свойствами, относятся бенз(а)пирен, никель, шестивалентный хром, этиленимин, гидразин и его производные, органические перекиси.