Лекции по основам токсикологии

      К тиоловым ядам относятся химические вещества, способные блокировать  сульфидгидрильные (SH-) группы белков и тем самым нарушать обменные процессы в организме. Это Cd, Hg, Pb, Cu, Fe, Co, Zn, Mn, Mo, Cr, V, Ni.

      Все эти химические агенты являются блокаторами  функционально активных групп белков, т.к. они связывают аминные, карбоксильные  и др. группы в существенно больших дозах. Сульфидгидрильные группы блокируются при более низких концентрациях.

      Большая часть металлов относится к категории  биоактивных и необходимых для  нормальной жизнедеятельности организма. При недостатке или избытке микроэлементов в организме возникают негативные реакции, изменение физиологических функций или метаболизм. Новая наука «неорганическая биохимия» раскрывает закономерности образования комплексов металлов с олигомерами, пептидами, белками и небелковыми макромолекулами.

      Отличительной особенностью рассматриваемой группы токсикантов является их выраженная способность к материальной кумуляции (накоплении) в биообъектах с возможными признаками токсического действия после более или менее продолжительного латентного периода.

      Ведущим механизмом токсического действия тяжелых металлов признается угнетение ими многих ферментных систем в результате блокирования сульфидгидрильных и др. функциональных групп в активных центрах и иных биологически важных участках белковых молекул.

      К тяжелым металлам относятся элементы, обладающие металлическими свойствами и имеющие высокую плотность. Плотность >5 г/см³. И. М. Трахтенберг и соавторы включают в эту группу 43 металла из периодической системы элементов Менделеева, среди них 10 имеют признаки неметаллов и плотность 7,14 – 21,4 г/см³. Отклонение от существующей классификации подтверждают сложность биохомических механизмов токсического действия ионов металлов.

      Любая биологическая система реагирует  на следовые количества катионов тяжелых  металлов, поступающих из внешней в ее внутреннюю среду. В качестве лигандов в организме млекопитающих могут выступать аминокислоты, пептиды, нуклеотиды, порфины, гормоны и белки. В тканях и биологических жидкостях организма металлы прежде всего связываются с пептидами и аминокислотными остатками белков.

      Сульфидгидрильные группы проявляют высокую реакционную способность в разнообразных химических реакциях, что обуславливает биологическую активность. Нарушение комплекса в результате модификации SH-группы (вытеснение из связи ионов металла) может приводить к изменению структуры белка, оказывать деформирующее влияние на средние участки белковой глобулы. Ингибирование ферментов лежит в основе действия большинства токсикантов и лекарственных средств.

      Подавление  активности фермента может быть связано с искажением его трехмерной структуры (конформации). При действии тиоловых ядов это может быть обусловлено нарушением 3-мерной структуры молекулы белка, так и происходить вследствие нарушений внутримолекулярных связей, либо из-за деформирующего влияния ингибитора на молекулу белка.

      Связанный ингибитор может также экранировать активный центр. Блокирование SH-группы затрудняет возвращение белка в исходную, более энергетически выгодную и более стабильную конформационную форму.

      При реакции SH-групп с ионами металла образуются меркаптиды:

       R – SH + Me⁺             R – SMe + H⁺

равновесие  смещено в сторону образования слабодиссоциирующих меркаптидов.

      Высоким сродством к SH-группам обладают Ag⁺, Cu⁺, Au⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, As³⁺, Sb³⁺. SH –группы влияют на процессы мышечного сокраще ния окислительного фосфорилирования, нервной деятельности, делении клеток.Токсичесое действие тиоловых ядов нарушает проницаемость клеточных мембран.

      Металлы влияют не только активность ферментов  и белковый обмен, но вмешиваются в метаболизм ряда микроэлементов.

      В клетках содержится большое количество ионов металлов. В организме человека массой 70 кг содержится: Сa – 1050 г; K – 245 г; Na – 105 г; Mg – 35 г; Fe – 3 г; Zn – 2,3 г; Rb – 1,2 г. Важную биологическую роль играют не менее семи элементов, которых содержится менее 1 г: Cu – 100 мг; Mn – 20 мг; Co – 5 мг; Mo, Cr, Sn, V – менее 6 мг. В организме присутствует Ag, B, Al, Pb, Ni, Rb, Sr – считаются малотоксичными, а Sb, As, Ba, Be, Ca, Pb, Hh, Ag, Th – высокотоксичными. Нарушение баланса вышеперечисленных элементов при взаимодействии с ионами тяжелых металлов вызывает тяжелое поражение организма, основанное на патогенетических механизмах отравления.

      Всасывание, распределение и выведение тиоловых ядов из организма регулируется в первую очередь на клеточном уровне за счет механизмов мембранного транспорта через мембраны, чему в значительной мере способствует относительная легкость связывания металлов в катионной форме с мембранными и клеточными белками

      Общие принципы лечения отравлений тиоловыми ядами

      Под детоксикацией понимают прекращение  воздействия токсических веществ  и их удаление из организма. В антидотную терапию входит положительное применение унитиола. К процессам, очищающим организм относят: промывание желудка, применение рвотных и слабительных средств, электростимуляцию кишечника. Применение витаминов считается обязательным. Схема лечения изменяется при проявлении конкретных симптомов. 

      Таблица. Токсические свойства тиоловых ядов 

      Нефть и ее токсическое  действие, продукты нефтепереработки 
 

      С химической точки зрения нефть представляет сложную смесь разнообразных по химической структуре углеводородов (до тысячи) с примесью их производных, включающих в основном серу, кислород и азотсодержащие соединения, а также асфальтенов и смол. Основную массу сырых нефтей, главным образом, составляют неполярные и малополярные углеводороды: жидкие, твердые и газообразные метановые (алканы и парафины), нафтеновые (цикланы) и ароматические. В сырой нефти, кроме того, содержится вода (до 10 %), минеральные соли (главным образом, хлориды от 0 до 4 г/л) и многие микроэлементы (как металлы и металлоиды).

      По  критерию содержания в нефти углеводородов  они подразделяются на парафиновые, парафино-нафтено-ароматические, ароматические.

      К нефтепродуктам обычно относят различные углеводородные фракции, получаемые из нефти: бензины, керосины, дизельные топлива, а также котельные топлива и т.д.

      Кислородосодержащие соединения могут составлять в нефти  до 10%. Они представлены в основном кислотами, фенолами, кетонами и эфирами. Наиболее распространены кислоты и фенолы. Под термином «нефтяные кислоты» подразумевают любые органические кислоты (алифатические, циклические, ациклические, ароматические и др.), входящие в состав нефти.

      Содержание  серы в нефти может доходить до 14%. Она встречается в виде элементарной серы, меркаптанов, сульфидов и дисульфидов, производных тиофена и входит в органические соединения, содержащие также кислород и азот.

      Содержание  азота в нефти доходит до 1%. Он входит в состав таких соединений как моно-, ди- и триметил пиридины и их производные, а также в состав производных пиррола и амидов кислот.

      В состав нефти входят многие металлы, в том числе щелочные и щелочноземельные (Li, Na, K, Ba, Ca, Sr, Mg), металлы подгруппы меди (Cu, Ag, Au), цинка (Zn, Cd, Hg), бора (B, Al, Ga, Jn, Tl), металлы переменной валентности (Ni, Fe, Mo, Co, W, Cr, Mn, Sn и др.), типичные неметаллы (Si, P, As, Cl, Br, J и др.). Эти элементы находятся в нефти в виде мелкодисперсных взвесей минеральных пород, в виде комплексных соединений. Наиболее типичные для нефти металлы – ванадий и никель, которые обнаруживаются почти во всех нефтях.

      Важная  токсикологическая роль металлоорганических  компонентов в нефти, несмотря на их микроколичества, состоит в том, что они могут легче проникать в живую клетку, «втаскивая» за собой органическую часть комплекса, которая оказывает токсическое действие на клетку.

      Радионуклиды  в нефти и пластовых водах  представлены преимущественно семействами урана-238 и тория-232, включая входящий в ряд урана радон-222 и дочерние продукты его распада, среди которых следует выделить долгоживущие изотопы полония-210 (Т_1/2=138,38 сут.) и свинца-210 (Т_1/2=22,3 года).

      Среди органических компонентов нефти  есть мутагены, вызывающие изменения  клеточных структур, отвечающих за наследственность, есть канцерогены, индуцирующие злокачественное перерождение живых клеток, есть ингибиторы биосинтеза жизненно необходимых соединений, есть токсиканты, нарушающие нормальное деление клеток, эмбриогенез, рост, дыхание, размножение, иммунную активность и способность, в принципе, поражать центральную нервную, сердечнососудистую и эндокринную системы, изменять гематологические показатели организма, работу печени и т.п.

      Нефть может вызывать отравление и поражение  кожи. Токсическое действие связано с менее летучими жидкими составными частями, обладающими судорожным и наркотическим действием. Причиной острых отравлений также могут быть сернистые соединения. Возможны молниеносные отравления при переработке многосернистой нефти, которые вызваны комбинированным действием сероводорода (H₂S) и углеводородов. Продуктами переработки нефти являются бензин, керосин, горючие газы, смазочные масла.

      Бензин. Острые отравления бензином возможны при очистке цистерн, баков на НП заводах, нефтеналивных судах, при очистке одежды и переливании бензина в небольших плохо проветриваемых помещениях, при употреблении бензина как растворителя, при мойке рук и др. Тяжелые отравления могут возникнуть при применении этилированного бензина, содержащего ТЭС (тетраэтилсвинец). При очень высоких концентрациях бензина в воздухе возможны молниеносные отравления. Отмечают случаи потери сознания с последующей смертью пострадавших, которые работали в цистернах и баках. При отравлении бензином появляется боль в груди, кашель с кровянистой мокротой, головная боль, судороги, потеря сознания с дальнейшим развитием пневмонии. Если бензин «заглатывают» - возникают посинение, рвота, головная боль, головокружение, возбуждение, судороги, сердечная слабость, покраснение слизистых и кожи лица, болезненная печень, в моче – белок. Пострадавшего выносят из атмосферы и проводят меры по восстановлению дыхания, промывать желудок нельзя, рвотные средства также, внутривенно назначают раствор глюкозы.

      Смазочные масла вызывают поражения кожи, сухость, воспаление, экзему, дерматит, фотодерматит, фолликулит.

      Значительная  доля нефти и газа (до 10 %) утрачивается в процессе переработки и транспортировки, загрязняя окружающую природную среду. Через факельные системы нефтеперерабатывающих заводов постоянно происходит выброс нефтепродуктов в атмосферу. Сбрасываются в окружающую среду жидкие и твердые отходы предприятий нефтехимии.

      Источниками загрязнения среды нефтепродуктами  являются наливные эстакады нефтепродуктов, вакуумсоздающие системы, печи крекинга и другие технологические узлы нефтеперерабатывающих предприятий. Происходящие в последние десятилетия вследствие морального устаревания и износа оборудования аварии на трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов влекут за собой загрязнение этими продуктами всех компонентов окружающей среды. Растекание нефти по поверхности земли в случае ее утечки из транспортных систем обуславливает широкомасштабное загрязнение почвеннорастительного покрова и, как следствие, уничтожение растительности.