ГОМЕОСТАЗ И ХИМИЧЕСКАЯ ПАТОЛОГИЯ - раздел Электроника, ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ В Результате Взаимодействия Токсических Веществ С Живыми Системами Может Прои...
В результате взаимодействия токсических веществ с живыми системами может произойти нарушение равновесия организма с внутренней средой, т.е. нарушение гомеостаза. Таким образом, понятие “гомеостаз” отождествляется с постоянством внутренней среды (по классическому определению Клода Бернара). Согласно современным представлениям, понятие “гомеостаз” включает не только динамическое относительное постоянство внутренней среды организма, но и устойчивость основных физиологических функций организма человека и животных.
Понятие “гомеостаз” часто используется при объяснении механизмов неспецифического действия ядов. Гомеостатические механизмы непосредственно участвуют в реализации специфических проявлений интоксикации. Болезнь по своей биологической сущности представляет собой событие, затрагивающее гомеостаз, нарушение его механизмов и путей восстановления.
Гомеостатические механизмы чрезвычайно многообразны. Принято выделять шесть уровней регуляции гомеостаза:
|
Уровень
регуляции
гомеостаза
|
Вовлекаемые в регуляцию
биосистемы,
процессы и механизмы
|
|
Молекулярный
|
Биохимические системы клеток, молекулярные механизмы саморегуляции, биосинтетические процессы
|
|
Субклеточный
|
Система органелл, участвующая в общеклеточных функциях (дыхание), в синтезе белков (рибосомы), гранулярная эндоплазматическая сеть, внутриклеточное пищеварение (лизосомы)
|
|
Клеточный
|
Элементарная живая система, поддерживающая и восстанавливающая свою целостность благодаря высоким адаптивным возможностям
|
|
Тканевой или органный
|
Система клеток, обеспечивающая функциональную и морфологическую устойчивость дифференцированных тканей и специализированных органов и систем
|
|
Организменный
|
Целостная биологическая система, способная к длительному независимому существованию за счет высоких адаптивных возможностей во взаимодействии со средой обитания, осуществляемому нервным и гуморальным путем
|
|
Популяционный
|
Элемент биоценоза, система организмов, поддерживающая сохранение вида
|
Химические вещества, как факторы, приводящие к нарушению гомеостаза, обладают рядом особенностей, главная из которых состоит в том, что, попадая в организм, они нарушают “химическую чистоту” внутренней среды. Попав в организм уже в начальной стадии, химические вещества сталкиваются с первыми механизмами гомеостаза - детоксикацией. Полнота детоксикации становится невозможной, когда количество чужеродного вещества и скорость его поступления превышают детоксикационные возможности организма. Детоксикация осуществляется преимущественно в биологических мембранах, поэтому непременным условием эффективности детоксикации является целостность мембран. Именно нарушение целостности биологических мембран приводит к проникновению вещества во внутриклеточную среду, что и лежит в основе токсического действия ряда химических веществ (мембранотоксины).
Вмешиваясь в молекулярные механизмы функционирования биохимических систем (рецепторов, ферментов), химические агенты изменяют нормальные процессы клеточного и тканевого гомеостаза, что приводит к функциональным нарушениям на соответствующих уровнях. Это первичные сдвиги гомеостаза. Когда первичные нарушения достигают критического уровня, в патологический процесс включаются сопряженные биологические системы. В этот период нарушения равновесия в функционировании систем становятся более распространенными и значимыми (вторичные нарушения гомеостаза).
Вторичные нарушения гомеостаза приводят к развитию патологического процесса, а затем к формированию устойчивого патологического состояния, или “патологической системы”.
В развитии патологического состояния значительная роль принадлежит токсическому стрессу, который при отравлениях имеет определенные особенности. Главная особенность состоит в том, что стресс в начале интоксикации зачастую маскируется типичными для данного яда симптомами отравления и лишь потом проявляются общие биохимические и функциональные сдвиги.
Развитие патологического процесса можно рассмотреть на примере острого отравления фосфорорганическими соединениями (ФОС). При остром отравлении ФОС патологический процесс развивается очень быстро в следующей последовательности:
ФОС
¯
торможение ацетилхолинэстеразы (АХЭ)
¯
гиперхолинэргический сдвиг
токсический стресс ® гипоксия
нарушение метаболизма
выздоровление гибель
В данной схеме развития патологического процесса можно выделить пусковой механизм и лидирующие механизмы:
- торможение активности АХЭ (пусковой биохимический механизм);
- гиперхолинэргический сдвиг (избирательный физиологический эффект);
- токсический стресс (неспецифический защитный механизм);
- гипоксия (лидирующий патогенетический механизм);
- нарушение клеточного метаболизма (дистрофические изменения).
Из 5-ти механизмов только 2 первых являются специфическими, а остальные являются общими токсическими.
Существует понятие “иерархия регулирования гомеостаза ”. Классическая схема иерархии регулирования гомеостаза включает 3 уровня саморегулирующейся системы.
Низший уровень определяет постоянство основных физиологических параметров и обладает достаточной автономностью.
Средний уровень осуществляет адаптивные реакции в связи с изменениями внутренней среды организма.
Высший уровень обеспечивает изменение вегетативных функций и поведения организма в соответствии с условиями внешней среды.
Характер токсического нарушения гомеостаза в значительной мере определяется тем, какие гомеостатические механизмы оказались вовлеченными в патологический процесс в результате прямого или опосредованного действия токсических веществ. Иными словами, действие яда может быть охарактеризовано не только по принципу органотропности или системности, но и по нарушениям гомеостаза. Например, нарушения сердечной деятельности при ряде интоксикаций коррелируют с изменениями калиевого гомеостаза.
Выраженность нарушений гомеостаза находится в прямой зависимости от степени токсического воздействия:
| Степень
токсического
воздействия
| Состояние гомеостаза
|
|
Подпороговая доза
|
Полностью компенсированный гомеостаз без существенных функциональных отклонений
|
|
Пороговая доза
|
Субкомпенсированный гомеостаз
|
|
Минимальная
токсическая доза
|
Существенные отклонения отдельных сторон гомеостаза
|
|
Минимальная смертельная доза
|
У части животных экстремальные сдвиги
|
|
Смертельная доза
|
У всех животных экстремальные сдвиги, смерть
|
Наиболее серьезные сдвиги гомеостаза наступают при остром воздействии летальных и сублетальных доз яда. Меньшие дозы вызывают не столь значительные отклонения, или эти отклонения полностью компенсируются. Чем больше доза и короче период по времени действия, тем меньше возможностей противостоять этому удару у гомеостатических систем организма. При постепенном развитии интоксикации гомеостатические системы успевают включиться в процесс детоксикации, что приводит к восстановлению вызванных изменений.
Одним из важных аспектов явления нарушения гомеостаза является установление отличий между физиологической адаптацией (адаптация - результат приспособительных процессов, обеспечивающий нормальное существование в измененных условиях) и компенсацией патологического процесса, вызванного химическими агентами различной природы.
Выявление дезадаптирующих сдвигов возможно на различных уровнях изменения гомеостаза. На молекулярном уровне очень информативны биохимические критерии. Именно на этом уровне происходит связывание яда с субстратом, хотя сам факт связывания яда рецептором или ферментом еще не означает биологического реагирования с ним. Например, прочное связывание мембраной эритроцитов ионов свинца до определенного критического уровня не ведет к выходу из них калия, т.е. процесс перестройки молекул при определенном воздействии химического агента может происходить без функциональных изменений биосубстрата.
Возникновение биологически значимого эффекта зависит от значимости субстрата в жизнедеятельности клетки, существования резервного метаболического пути, скорости регенерации и дозы яда. Если снижение ферментативной активности сопровождается увеличением концентрации субстрата, то эти изменения следует рассматривать как нарушения гомеостаза. Изменение активности фермента может быть и результатом увеличения компенсаторного синтеза (ферментная адаптация). Метаболическая адаптация является главным механизмом детоксикации. Для неметаболизируемых ядов (например, хлорид метилена) признаком нарушения системы адаптации является уменьшение константы выведения яда при повышении дозы. Для метаболизируемых соединений критерию нарушения системы адаптации отвечает действие яда в тех концентрациях, при которых интенсивность метаболизма начинает уменьшаться. Все многообразие клеточных механизмов адаптации направлено в итоге на динамическую авторегуляцию и стабилизацию.
Высшим уровнем регулирования гомеостаза является центральная нервная система (ЦНС), и особенно кора головного мозга. Хронические химические воздействия малой интенсивности вызывают многообразные ответные реакции ЦНС, и в итоге происходит адаптация высшей нервной деятельности к изменившимся условиям внутренней среды. Исключительная лабильность и приспосабливаемость механизмов высшей нервной деятельности, направленная на поддержание гомеостаза, объясняет большие адаптивные возможности организма в условиях изменения внутренней среды. Вместе с тем применение очень тонких физиологических тестов позволяет все же выявить скрытые отклонения в деятельности ряда механизмов высшей нервной деятельности, которые свидетельствуют о нарушении гомеостаза в самой ЦНС (изменение уровня нейромедиаторов или гормонов ЦНС).
Для оценки полноты восстановления гомеостаза большое значение имеют характер и выраженность структурных изменений в тканях. Методом электронной ауторадиографии установлено, что, например, на каждое очередное введение тетрахлорида углерода организм отвечает стереотипной реакцией, в частности, резким подъемом синтетической активности печеночных клеток. При этом увеличение синтеза гепатоцитов как бы повторяет частоту действия данного яда. В результате формируется биологический ритм, соответствующий ритму воздействия яда, и уравновешивается отрицательное действие яда на организм.
Восстановление гомеостаза возможно за счет усиления функциональной активности клеток крови в ответ на воздействие токсических факторов. Этот ответ отражает участие клеток крови в обезвреживании ксенобиотиков, выработке биологически активных веществ. В то же время существуют резервные возможности клеток крови, выражающиеся в том, что морфологические и функциональные сдвиги могут быть длительно на одном уровне в течение продолжительного контакта организма с субтоксическими концентрациями химических веществ за счет включения механизмов адаптации. При больших дозах и при кумуляции химических веществ, т.е. при хронической интоксикации может произойти истощение механизмов гомеостаза и обнаружится повреждающее действие химических веществ на клетки крови. Признаками повреждения клеток крови является угнетение внутриклеточных ферментов, повреждение ядерного аппарата и др. Таким образом, при хроническом отравлении нарушение гомеостаза носит компенсаторный характер, так как имеет место включение гомеостатических механизмов различных уровней регулирования, благодаря чему достигается относительная устойчивость (толерантность) к повторным воздействиям ксенобиотиков.
Все темы данного раздела:
В В Е Д Е Н И Е
Любой вид человеческой деятельности прямо или косвенно связан с влиянием на организм химических веществ, количество которых составляет десятки тысяч и продолжает непрерывно расти. В числе таких хим
И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ
Современная химическая промышленность создает колоссальное количество новых химических соединений, которые постоянно внедряются в различные сферы производства и быта. В промышленно развитых странах
Токсические вещества в воздухе
Определенную степень профилактики химической опасности можно обеспечить рядом запретительных и ограничительных мероприятий, касающихся употребления воды и пищи. Но в отношении ингаляционного пути в
Токсические вещества в воде
Основным источником химического загрязнения гидросферы являются промышленные и бытовые сточные воды, представляющие собой сложные гетерогенные смеси минеральных и органических веществ в растворенно
Токсические вещества в продуктах питания
Загрязнение продуктов питания происходит через воздух, воду и почву. Например, используемые в пищу растения, выращенные на почвах с содержанием химических удобрений и пестицидов, становятся источни
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ТОКСИКОЛОГИИ
Токсикология (от греческих toxicon – яд и logos – учение) – это наука, изучающая взаимодействие организма и яда. В роли яда может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в колич
Основные параметры токсикометрии
Основными показателями токсичности ядов являютя DL50, DL100, CL50, CL100, ПДК, ОБУВ.
DL50, DL100 - это среднесмертельная (
Острые отравления
Острым профессиональным отравлением называется заболевание, возникающее после однократного воздействия вредного вещества на работающего. Острые отравления могут иметь место в случае аварий, значите
Хронические отравления
Хроническим отравлением называется заболевание, развивающееся после систематического длительного воздействия малых концентраций или доз вредного вещества, то есть доз, которые при однократном посту
Воздействии токсических веществ
Для каждого яда есть граница эффективных концентраций и доз, ниже которой вредного действия при обычной производственной работе не наступает. Такие безопасные, или предельно допустимые концентрации
Воздействиях вредных веществ
На производстве, как правило, в течение всего рабочего дня не бывает постоянных концентраций вещества. Они либо постепенно увеличиваются, либо оказываются резко колеблющимися. В случае обслуживания
РАЗВИТИИ ТОКСИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА
Вопрос о соотношении специфического и неспецифического действия ядов до сих пор остается открытым, так как единой точки зрения среди специалистов нет.
Специфическое действие - это действие
Материальная и функциональная кумуляция
Накопление массы яда в организме называют материальной кумуляцией, а накопление вызванных ядом изменений - кумуляцией функциональной.
Без функциональной кумуляции невозможно хроническое от
Свойств промышленных ядов
Традиционно количественная оценка функциональной кумуляции вредных веществ производилась по показателю гибели животных при повторных затравках. В этих случаях оцениваются результаты повторного введ
АДАПТАЦИИ И ПРИВЫКАНИЕ
Свойство живого организма приспосабливаться к меняющимся условиям среды существования путем коррекции процессов жизнедеятельности называется адаптируемостью.
Процессом адаптации обозначает
Интоксикации
Реакцию организма при хроническом воздействии яда можно условно разделить на 3 фазы: фаза первичных реакций; вторая фаза привыкания; третья фаза выраженной интоксикации.
Фаза перви
МЕХАНИЗМЫ ПРИВЫКАНИЯ К ЯДАМ
Привыкание к ядам на клеточном уровне обусловлено повышением сопротивляемости клеток за счет снижения их чувствительности к конкретному действующему фактору, или за счет повышения способности клето
Комплексном воздействии
Привыкание к комбинированному действию различных токсичных веществ в случае одно направленности всех составляющих сходно с привыканием к одному яду. Если на организм воздействуют одновременно вещес
Привыкание к ядам специфического действия
Привыкание к ядам специфического действия основано на ослаблении влияния ядов на структуры, имеющие сродство к данному яду.
Известно, что защитно-приспособительные механизмы животных и чел
О механизмах толерантности
Одним из наиболее сложных проявлений адаптации следует считать толерантность. Толерантность - это устойчивость (терпимость, переносимость) организма к воздействиям (часто повторным) химических веще
О ТЕОРИИ РЕЦЕПТОРОВ КАК МЕСТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЯДА
Представление о рецепторе как месте конкретной реализации токсического действия яда до настоящего времени остается не до конца выясненным, хотя идея эта была сформулирована Джоном Ленгли более 100
Яда с биологиЧеским объектом
Выделяют 4 стадии взаимодействия яда с биологическим объектом: поступление яда в организм; распределение между органами и тканями; биотрансформация (метаболизм) токсических веществ; выведение яда и
Дыхательные пути
Всасывание токсических веществ через дыхательную систему является наиболее быстрым путем поступления токсикантов в организм. Это объясняется большой поверхностью легочных клеток альвеол и непрерывн
Желудочно-кишечного тракта
Желудочно-кишечный тракт является одним из важнейших путей проникновения в организм чужеродных соединений.
Часть ядовитых веществ может всасываться в кровь уже из полости рта благодаря про
Всасывание токсических веществ через кожу
Одним из возможных путей проникновения ядов в организм является кожа. Особенности строения кожи обеспечивают возможность быстрого проникновения жирорастворимых соединений через эпидермис - липопрот
Транспорт токсических веществ
Токсические вещества, независимо от пути их поступления в организм, далее попадают в кровь и лимфу. С током крови они переносятся в межклеточную жидкость, а затем в клетки. При этом различные ядови
Веществ в организме
Распределение химического вещества в организме определяется его относительной концентрацией в плазме крови, скоростью кровотока через различные органы и ткани, скоростью, с которой вещество проника
Превращение токсических веществ в организме
Большая часть ядов, попадая в организм, претерпевает в нем те или иные изменения. В зависимости от вида вещества его превращения могут быть более или менее глубокими и затрагивать все поступившие в
Выведение токсических веществ из организма
Пути и механизмы выделения многочисленных ядовитых соединений различны. Токсические соединения и их метаболиты выделяются через легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, кожу; часто они экскретируют
И ВОЗНИКАЮЩИМ ЭФФЕКТОМ
Известно, что чем больше доза или концентрация воздействующего на организм вредного вещества, тем, при прочих равных условиях, больший эффект эта доза вызывает.
Однако для развития эффекта
НА ДЕЙСТВИЕ ЯДОВ
Температура.Токсический эффект большинства ядов в различных температурных условиях проявляется по-разному. Эффект может усиливаться как при повышении, так и при понижении температу
ДЕЙСТВИЕМ
Известный русский токсиколог Е.П.Пеликан в середине прошлого века писал: “Действие ядов определяется их химическим составом или свойством, числом и расположением частиц, их образующих; поэтому веще
Их структурной сложностью
Сопоставление эффективности биологического действия большого количества принадлежащих к разным классам химических соединений с их молекулярной массой позволило установить закономерность, получившую
Состав вещества химических группировок и атомов
Существенные, подчас резкие сдвиги токсичности ряда химических соединений наблюдаются при введении в их молекулы галоидов. Например, атом хлора или фтора в молекуле углеводорода усиливает ее химиче
По чувствительности к ядам
В настоящее время общепризнанным является факт о различной видовой чувствительности животных к ядам. Например, при введении ацетофоса в DL50 активность фермента холинэстеразы через один
Зависимость токсического эффекта от пола
Вопрос о влиянии половых особенностей организма на проявление токсического эффекта до сих пор остается дискуссионным. В исследованиях одних авторов более чувствительными к яду являются самки, у дру
Возраст и токсический эффект
Сведения о влиянии возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных ядов являются противоречивыми, т.е. одни яды оказываются более токсичными по отношению к молодым
Ферментные системы
Механизм токсического действия большой группы ядов обусловлен преимущественно воздействием их на ферментные системы организма. Известно, что большинство обменных процессов в клетке осуществляется с
ТИОЛОВЫЕ ЯДЫ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
Важнейшими тиоловыми (“металлическими”) ядами являются соединения бария, висмута, кадмия, меди, ртути, свинца, хрома, цинка, серебра, таллия и некоторых других. К этой группе относят также соединен
Сульфгидрильные группы биомолекул
РТУТЬ. В чистом виде ртуть применяется в производстве некоторых медицинских и других препаратов, взрывчатых веществ (гремучая ртуть), ядохимикатов (гранозан), а также для заполнения термометров, ба
Химизм действия тиоловых ядов
Каков же общий механизм взаимодействия ядов с сульфгидрильными соединениями? Прежде всего надо отметить, что в результате реакции ионов металлов с SH-группами образуются слабо диссоциирующие и, как
Строение печени
В поддержании и регуляции гомеостаза значительная роль принадлежит печени. Это самый крупный из внутренних органов, участвующих в гомеостазе. Она контролирует многие обменные процессы, играющие важ
Функции печени
Печень выполняет несколько сотен функций, включающих тысячи различных химических реакций. Все эти функции связаны с положением печени в кровеносной системе и с тем огромным объемом крови, который п
СОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОРГАНИЗМ И ПУТИ БИОТРАНСФОРМАЦИИ ЭТАНОЛА
Угрожающая тенденция к росту потребления алкогольных напитков и, как следствие, увеличение числа больных алкоголизмом наблюдаются во многих странах. За последние 20-30 лет потребление алкоголя в ми
Алкоголь в организме: пути биотрансформации
Алкоголь (этанол, этиловый спирт, винный спирт) относится к первичным спиртам (СН3-СН2-ОН) и содержится не только в спиртных напитках, но в пределах долей процента обнаружен в
Метиловый спирт как высокотоксичный яд
Метиловый спирт широко применяется в качестве одного из исходных продуктов производства пластмасс, искусственной кожи, стекла, фотопленки, при синтезе ряда биопрепаратов и лекарств, а также как орг
ФУНКЦИИ КРОВИ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Кровь состоит из клеток, взвешенных в жидкой среде, называемой плазмой. Клетки составляют около 45%, а плазма - 55% общего объема крови. Плазма состоит на 90% из воды и на 10% из растворенных и взв
Компоненты плазмы крови и их функции
Компонент
Функция
Компоненты,
постоянной
присутствующие в
концентрации
1. Вода
ГЕМОЛИЗА
Гемолитические яды - это яды, оказывающие прямое действие на гемоглобин и эритроциты, а также вызывающие ферментативные нарушения. Все гемолитические яды условно делят на:
1) вещест
НЕЙРОНЫ, СИНАПСЫ, МЕДИАТОРЫ
Для упорядоченного и эффективного функционирования сложного многоклеточного организма необходима согласованная деятельность его разных частей, а следовательно, необходимы механизмы, контролирующие
Нейроны
Нервная система построена из отдельных клеток - нейронов. Диаметр среднего нейрона составляет несколько менее 0,1 мм. В нейроне различают три части: тело клетки, длинный аксон,
Синапсы
Нервная система состоит из нейронов, но действует как единая система проводящих путей, т.е. между нейронами существуют функциональные связи. Межнейронные соединения называются синапсами - эт
Медиаторы нервной системы
Основные медиаторы нервной системы - ацетилхолин и норадреналин, хотя существуют и другие. Нейроны, высвобождающие ацетилхолин, называют холинэргическими, а норадреналин - адренэргиче
СОЕДИНЕНИЙ
Ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве, принадлежат к различным классам химических соединений. Все они объединены под общим названием “пестициды”. Пестициды - это химические ве
Естественные и искусственные радионуклиды
Естественными радиоактивными веществами принято считать такие радиоактивные вещества, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека. Это, прежде всего, долгоживущие,
Поступление радиоактивных веществ в организм
Важнейшими оценочными критериями опасности радиоактивных веществ являются величина их всасывания, скорость выведения из организма и кратность накопления в том или ином органе или ткани.
Распределение радионуклидов в организме
Существует ряд факторов, влияющих на распределение радионуклидов в организме: скорость всасывания радиоизотопа в организм, путь поступления его, рН среды, где находится радиоизотоп, и т.д.
РАДИАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
В реальных условиях в окружающей среде на человека действует сложный комплекс разнообразных факторов физической, химической и биологической природы, которые могут сочетаться с ионизирующим излучени
Яды, вызывающие гемическую гипоксию
Оксид углерода. СО относится к числу наиболее распространенных промышленных и бытовых ядов. Образуясь в процессе неполного сгорания углеродсодержащих материалов, этот газ является причиной о
ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СОЧЕТАННОГО ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ ЛУЧЕВОЙ И НЕЛУЧЕВОЙ ПРИРОДЫ
Знание отдаленных эффектов при совместных поражениях факторами лучевой и нелучевой природы позволяет оценить как значение каждого из факторов в патогенезе, так и их суммарный эффект.
В раб
ВЕЩЕСТВ
Радионуклиды обладают различной биологической эффективностью. По своему биологическому действию радиоактивные вещества различаются между собой в зависимости от вида, энергии излучения, периода полу
РАДИОТОКСИНЫ
При действии ионизирующих излучений на биосреды, органеллы, клетки, ткани и целые организмы в них образуется группа веществ с большой биологической активностью, объединяемых под общим названием “
МИКРООРГАНИЗМОВ-Деструкторов
Загрязнение окружающей среды происходит в результате выброса разнообразных ксенобиотиков, многие из которых плохо подвержены деструкции или биотрансформации во внешней среде. Эти вещества накаплива
Новости и инфо для студентов