ТОКСИКАНТОВ - раздел Электроника, ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ Интенсивное Изучение Функции Клеточных И Внутриклеточных Мембран Позволило В ...
Интенсивное изучение функции клеточных и внутриклеточных мембран позволило в последние годы выделить специальную группу веществ, оказывающих специфическое мембранотоксическое действие, так называемыемембранотоксины.
К их числу относят вещества, обладающие способностью разрушать фосфолипиды, в результате чего дезорганизуется и разрушается жидкокристаллическая структура мембран с последующей гибелью клеток.
Показано, что избыток или недостаток витаминов D и Е повышают проницаемость лизосомальных мембран. В этом отношении многие жирорастворимые витамины можно рассматривать как поставляемые с пищей экзогенные регуляторы или своеобразные “настройщики” свойств биологических мембран.
С другой стороны, холестерин, кортизон и ряд синтетических аналогов глюкокортикоидных гормонов, хлорохин, хлорпромазин (аминазин), салицилаты способствуют стабилизации мембран. Естественно, что эти препараты используются в качестве лекарственных средств при отравлениях многими мембранотоксинами. Итак, повреждение мембранных структур клеток является одной из основных причин нарушения их жизнедеятельности при самых разнообразных болезнях.
Существует, по-видимому, несколько механизмов повреждения мембран. Наиболее существенны четыре: а) разрушение собственной фосфолипазой, активируемой ионами Са2+; б) перекисное окисление, активируемое ионами Fе2+; ультрафиолетовым облучением и кислородом; в) механическое повреждение, проявляющееся, например, при изменении осмотического давления в клетке; г) разрушающее действие антител.
Три первые “болезни мембран” (кальциевая, перекисная и осмотическая) относятся как к клеточным (цитоплазматическим), так и к внутриклеточным мембранам (митохондрии, эндоплазматический ретикулум, ядерная мембрана и пр.). Четвертая “болезнь” (иммунологическая) относится преимущественно к клеточной мембране.
При острых отравлениях наиболее распространенной причиной повреждения является перекисное окисление липидов в мембранах митохондрий, липосом и пр., в результате чего происходит увеличение проницаемости мембран для ионов, в первую очередь Н+ (или ОН-), затем К+, Na+, Са2+. Следствием этого могут быть осмотические эффекты и разрывы мембран с выходом ферментов, в частности цитохрома С. Дальнейшее окисление липидов ведет к полному разрушению мембран и гибели клеток.
Повреждение мембран при гипоксии, сопровождающей многие заболевания химической этиологии, связано с недостатком энергии, выделяющейся при метаболизме АТФ, по следующему механизму: гипоксия → деэнергизация и падение мембранного потенциала митохондрий → выход Са2+→ активирование фосфолипазы →гидролиз фосфолипидов →увеличение ионной проницаемости →разобщение окислительного фосфорилирования.
| Рис. 5 Схема действия мембранотоксинов на клетки.
| |
Повреждение мембран при гипоксии, сопровождающей многие заболевания химической этиологии, связано с недостатком энергии, выделяющейся при метаболизме АТФ, по следующему механизму: гипоксия → деэнергизация и падение мембранного потенциала митохондрий → выход Са2+→ активирование фосфолипазы →гидролиз фосфолипидов →увеличение ионной проницаемости →разобщение окислительного фосфорилирования.
Видно, что повреждение мембранных структур обусловлено изменением поверхностного заряда на мембране и степени гидрофобности липидной фазы мембран. Это приводит к изменению их проницаемости для ионов, т.е происходит по универсальныму механизмаму. Оба эти фактора действуют одновременно, хотя их относительный вклад в итоговое изменение проницаемости мембран в разных случаях различен. Отсюда следует неспецифическое действие на проницаемость мембран разных соединений, например таких, как стероиды, белки и многие другие природные соединения.
Большинство органических и неорганических соединений являются электролитами: либо слабыми кислотами, либо основаниями. Поэтому скорость транспорта электролитов через мембраны, кроме градиента концентраций, будет прежде всего определяться степенью ионизации молекулы в данных условиях, а затем уже степенью растворимости нейтральной молекулы в жирах. Степень ионизации органических электролитов является функцией константы диссоциации (рКа) и рН среды, рассчитывается по уравнению Гендерсона:
рКа – рН == 1оg Cm/Ci - для кислот,
рКа – рН == 1оg Ci/Cm - для оснований,
где Сm – концентрация молекулярной формы; Сi – концентрация ионизированной формы. Отсюда следует, что каждая молекула в соответствии с рН биологической среды будет существовать в виде этих двух форм, имеющих различную биологическую активность. Возможность многократной ионизации молекулы приводит к появлению разных диссоциированных форм при различных значениях рН в соответствии с рКа этой формы.
Процессы диссоциации электролитов и законы “неионной диффузии” чрезвычайно важны для практической токсикологии, так как биологическое действие ионизированной и неионизированной форм часто бывает несравнимо. Например, показано, что действие барбитуратов на миокард прямо пропорционально концентрации в нем неионизированной формы, а ионизированные молекулы барбитуратов вообще не вызывают токсического эффекта. Для этого примера можно сказать, что накопление и токсическое действие электролитов прямо пропорционально концентрации нейтральной формы, а при значении рН, не допускающем накопления этой формы, токсическое действие вообще не обнаруживается.
Между внеклеточной средой и содержимым клетки, а также протоплазмой клетки и ее органеллами существует концентрационный градиент водородных ионов (рН). Именно этим градиентом во многом определяется накопление токсических веществ в тканях или отдельных органеллах клетки, также влияющих на избирательность токсического действия. Например, клеточная мембрана полностью непроницаема для ионов ртути: этому препятствует градиент Н+. Они могут проникнуть внутрь клетки только после разрушения ее участков за счет связи с сульфгидрильными группами белков. Органические соединения ртути, обладая большой жирорастворимостью, легко минуют мембраны гематоэнцефалического барьера и затем отщепляют ион ртути, оказывающий токсическое действие на центральную нервную систему (ЦНС). Вот почему этилмеркурхлорид на порядок токсичнее двухлористой ртути, при этом избирательная токсичность первого касается преимущественно ЦНС (куда он попадает вследствие своей гидрофобности), а второго — желудочно-кишечного тракта и почек (ворота их непосредственного поступления и выведения из организма).
Все темы данного раздела:
ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ
Учебное пособие
Под редакцией А.Н. Глебова
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим центром
КГТУ им. А.Н.Туполева
КАЗАНЬ
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Токсикология (от греч. Toxicon – яд и logos – учение) – наука, изучающая взаимодействия живого организма и яда. Ядом может оказаться любое химическое соединение, попавшее в организм, если оно спосо
На прорастание семян
Одной из важнейших задач токсикологии является определение токсикологических параметров вредных веществ, т.е. ПДК и DL50 (или CL50). Они необходимы для сопоставления с найденн
Ход работы
Взвешивается навеска соли для приготовления первоначального раствора (1 М) и растворяется в расчетном количестве дистиллированной воды.. Методом последовательных разбавлений дистиллированной водой
Общая характеристика токсического действия. Токсикокинетика
Острые отравления целесообразно рассматривать как “химическую травму”, развивающуюся вследствие внедрения в организм токсической дозы чужеродного химического вещества. Последствия, связанные со спе
Всасывание, распределение, биотрансформация и выделение ядов
Поступление чужеродных веществ в организм, их распределение между органами и тканями, биотрансформация (метаболизм) и выделение предполагают их проникновение (транспорт) через ряд биологических мем
Ход работы
Из стакана с водой, содержащего популяцию инфузорий, забирается пипеткой капелька и наносится на предметное стекло. Предметное стекло помещается на столик микроскопа и устанавливается общее увеличе
Работа 3. Определение устойчивости клеток различных растений к обезвоживанию серной кислотой
В условиях жаркого сухого климата, а также городских экосистем явление обезвоживания органов (и, соответственно, клеток) у древесных растений встречается очень часто. Особенно это выражено на освещ
Ход работы
Берут листья разных древесных растений, растущих в относительно чистой зоне, но встречающихся в уличных посадках города. Из листа растения вырезают пластинки размером 2-4 см2 и кладут в
Металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки
Соли тяжелых металлов в водной среде распадаются на ионы. Все ионы металлов могут быть разделены на две группы: биогенные (Си, Zп, Со, Мп, Fе и др.) и небиогенные (РЬ, Нg, Sn, Ni, А1, Сd, Sr, Сs и
Ход работы
С поверхности сильноокрашенной синей луковицы сделать несколько срезов эпидермиса, состоящего из 1-2 слоев окрашенных клеток, содержащих антоциан. Поместить срезы по отдельности в капли воды на пре
Растительных и животных белков
Работа наглядно показывает действие солей биогенных и небиогенных тяжелых металлов на животные и растительные белки, выявляет разницу в реакции тех и других. Белки с тяжелыми металлами образуют ком
Ход работы
Приготавливают серию растворов сульфата меди, нитрата свинца, хлорида кадмия, сульфата цинка из исходного раствора с концентрацией 0,5 М методом последовательных разбавлений: 0,1 М, 0,03 М, 0,01 М,
Основные и дополнительные факторы, определяющие развиие отравлений
В случае, когда токсикант достиг рецепторов токсичности в достаточно большой дозе и в течение короткого времени, возникает токсический эффект. Он зависит от многих факторов, как обусловленных внешн
Основные методы детоксикации организма при острых отралениях
Лечебные мероприятия, направленные на предотвращение действия токсиканта на организм, приводятся в табл.7. Они предусматривают как усиление естественных механизмов детоксикации, так и использование
Работа 6. Нейтрализация токсического действия фенола янтарной кислотой
Одним из методов преодоления токсического действия вредного вещества является мобилизация внутренних резервов организма с тем, чтобы компенсировать отрицательное действие токсиканта
Ход работы
Из первоначального раствора фенола методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,1, 0,02, 0,004, 0,0008, 0,00016, 0,000032% и воды в качестве контроля. 8 мл этих
Трилона Б.
Одним из методов преодоления токсического действия вредного вещества является связывание токсиканта антидотом, в результате чего его отрицательное действие ослабевает. Ионы тяжелых металлов связыва
Ход работы
Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,1 М, 0,02 М, 0,004 М, 0,0008 М, 0,00016 М, 0,000032 М и воды в ка
Оценка и управление риском
В условиях широкого применения синтетических химических соединений (известно около 100 млн таких соединений, из которых около 120 тыс. находится в постоянном использовании, а примерно 11 тыс. произ
Особо опасные экотоксиканты
Проблемы, связанные с наблюдаемыми нарушениями эволюционно сложившихся химических равновесий, носят крупнорегиональный или глобальный характер. Как было показано, такие изменения, особенно отчетлив
Тяжелые металлы
Словосочетание "тяжелые металлы" большинством людей сейчас воспринимается как синоним понятия "токсичные металлы". Однако надо иметь в виду, что многие из причисляемых к этой гр
Ртуть, природные и антропогенные источники
Среднее содержание ртути в литосфере (ее кларк) составляет 83 мкг/кг. Она образует такие самостоятельные минералы, как киноварь и метациннабарит (НgS), ливингстонит (HgSb4S7)
СНзСОО)Нg → (СНзСОО)НgСНз +СО2.
Однако главную роль в метилировании ртути играют микроорганизмы. Биохимическое метилирование осуществляют микроскопические организмы разных таксономических групп: анаэробные и аэробные бактерии, ак
Цинк и медь
Оба эти металла относятся к числу эссенциальных и в то же время наиболее распространенных элементов земной коры. Общее содержание цинка в ней составляет примерно 1,5 • 10-2 %, а кларк ме
Другие металлы
Опасность для естественных экосистем представляют не только металлы, о которых речь шла выше, но также некоторые другие элементы, не относящиеся к тяжелым металлам. В их числе следует прежде всего
Полихлорированные пестициды
Применение пестицидов - химических средств борьбы с сорняками (гербициды и дефолианты), грибковыми заболеваниями (фунгициды) и насекомыми-вредителями (инсектициды) - наиболее интенсивными темпами н
Полихлорированные бифенилы
Как и хлорорганические пестициды, полихлорированные бифенилы (ПХБ) относятся к продуктам, промышленное производство которых дало значительный экономический эффект, но в конечном счете нанесло тяжел
Дибензофураны
Полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и полихлорированныедибензофураны (ПХДФ) не относятся к числу целевых продуктов синтеза, а образуются в виде примесей в различных технологических процесса
Сернистого газа, почв, воды, пестицидов методом высечек листьев
(по разрушению хлорофилла)
Содержание хлорофилла в листе – весьма изменчивая величина, с его разрушением связана хлоротичность (исчезновение темно-зеленого цвета и появлен
Ход работы
При испытании влияния сернистого газа на дно эксикатора насыпают сульфит натрия в объеме взятого тигелька, возле него устанавливают тигелек с концентрированной серной кислотой. На решетчатый
Биологические методы контроля
Химическая экотоксикология для обнаружения и количественного определения токсических веществ в объектах природной и окружающей человека среды использует самые современные химико-аналитические метод
Требования, предъявляемые к биоиндикаторам
Требования, предъявляемые к биологическим индикаторам фоновых уровней загрязнения, выработаны эмпирически и в основном сводятся к следующему.
1. Широкий ареал. Виды, заселяющие узкие ареал
Млекопитающие биоиндикаторы
В настоящее время для биоиндикации загрязнения наземных экосистем предложено использовать ряд млекопитающих, в значительной мере удовлетворяющих приведенным выше требованиям. Использование естестве
Почвенная мезофауна
Живое население почв весьма богато и разнообразно по видовому составу. Хищники-насекомые наиболее ярко представлены такими зоофагами, как жужелицы (сем. Саrаbidaе). В Европейской части Росси
Растительные биоиндикаторы
Критерии выбора биоиндикаторов среди растений остаются такими же, как и в случае млекопитающих и других животных. При биоиндикации загрязнения почв и снега тяжелыми металлами в настоящее время во м
Биоиндикация в пресноводных экосистемах
При разработке методов контроля качества пресноводных экосистем большое внимание уделяется поиску подходящих биоиндикаторов загрязнения и состояния. При изучении водоемов более перспективной считае
Морские экосистемы
Поступающие в моря и океаны экотоксиканты распределяются в них неравномерно. Максимально загрязненными оказываются прибрежные воды, причем в содержании токсикантов обычно наблюдаются мозаичность и
Биотестирование и биоидентификация
Суть биотестирования заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических или биохимически
Металлов на активность микроорганизмов почвы.
Одно из самых важных мест в почвенных экосистемах занимают микроорганизмы. Они являются последней ступенью в большинстве пищевых цепей, т.е. редуценты.
Такие организмы, как плесневые грибк
Ход работы
Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,1 М, 0,02 М, 0,004 М, 0,0008 М, 0,00016 М, 0,000032 М и воды в ка
Ход работы
Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентрацией 0,01 М, 0,002 М, 0,0004 М, 0,00008 М, 0,000016 М, 0,0000032 М и вод
Ход работы
Предварительно калибруются и выбираются пробирки с одинаковым диаметром. Из первоначального раствора соли тяжелого металла методом последовательных разбавлений в 5 раз готовятся растворы с концентр
Экологическое нормирование
В общем виде ограничения на выбросы загрязняющих веществ, например, в атмосферу подчиняются требованию непревышения ПДК в любой точке населенного пункта
ΣS(qi)+CФ
Отравления алкоголем и его суррогатами
Эта патология обусловлена приемом этилового спирта или различных алкогольных напитков с содержанием этилового спирта более 12%. Этиловый спирт (этанол С2Н50Н) – бесцветная жид
Отравления суррогатами алкоголя
Суррогаты алкоголя подразделяют на две категории:
1) препараты, приготовленные на основе этилового спирта и содержащие различные примеси;
2) препараты, не содержащие этилового спи
Отравления фосфорорганическими веществами
Фосфорорганические вещества (ФОБ) имеют широкое применение в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, акарицидов (средства для уничтожения клещей), фунгицидов (средства для борьбы с возбудителям
Острые отравления окисью углерода
Окись углерода встречается везде, где существуют условия для неполного сгорания веществ, содержащих углерод. Она входит в состав многих промышленных газов (доменный, генераторный, коксовый); содерж
Отравления соединениями тяжелых металлов и мышьяка
Органические и неорганические соединения тяжелых металлов и мышьяка используются во многих отраслях промышленности в качестве сырья или побочных продуктов, применяются в сельском хозяйстве как герб
Особенности лабораторной диагностики
Острые отравления соединениями тяжелых металлов и мышьяка характеризуются следующими основными клиническими синдромами: поражением желудочно-кишечного тракта, экзотоксическим шоком, поражением ЦНС
ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ
Учебное пособие
Под редакцией А.Н.Глебова
Ответственный за выпуск Л.М.Самуйлина
Технический редактор С.В. Фокеев
Новости и инфо для студентов