С. А. Куценко Основы токсикологии, Санкт-Петербург, 2002

С. А. Куценко Основы токсикологии, Санкт-Петербург, 2002

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

В этой книге изложены основные представления современной токсикологии. Цель, к которой я стремился при её написании – ознакомить читателей с учением о токсичности химических веществ и токсическом процессе, проблемами химической опасности, столь актуальными в современном мире, для каждого из нас, отдельных коллективов и населения в целом. Книга рассчитана главным образом на студентов-медиков, врачей и других специалистов, чьи интересы и потребности лежат в области медицины, биологии, экологии, а также смежных областях. Её основная задача - подготовить читателя к решению клинических, профилактических и организационных проблем здравоохранения, а также защиты окружающей среды с учетом представлений о химических веществах, как о важнейших потенциальных этиологических факторах, действие которых на организм может инициировать широчайший спектр патологических состояний.

В ХХ веке, в связи с бурным развитием промышленности и внедрением бесчисленного количества химических веществ практически во все сферы человеческой деятельности, возникла острая необходимость защиты человека от химической опасности. Это явилось объективной причиной появления в России и за рубежом больших коллективов специалистов, плодотворно работавших и работающих в настоящее время в трех направлениях практической токсикологии: экспериментальном, профилактическом, клиническом. Масштабы, сложность и значимость решаемых задач привлекли к проблемам ученых, ставших гордостью отечественной науки: Н.С. Правдина, Н.В. Лазарева, Н.Н., Савицкого, С.В. Аничкова, С.Н. Голикова, Л.А. Тиунова, оставивших после себя большие школы исследователей и многочисленные глубокие научные труды.

Однако, давно занимаясь преподаванием и имея в своем распоряжении обширную литературу по предмету, я не мог порекомендовать моим ученикам, желающим познакомиться с токсикологией, книг, где просто, без излишней детализации излагалось бы то, что представляется самым важным и необходимым для современного врача или биолога - общая методология процесса познания потенциальной опасности, таящейся в бесконечном многообразии химических веществ окружающего мира, в чем эта опасность состоит, в каких формах проявляется. Все, что я мог - это предложить ознакомиться с многочисленными справочниками, либо литературой по клинической и профилактической токсикологии, в которой рассматриваются, подчас достаточно глубоко, сугубо специальные, прикладные проблемы этой области знаний. Это, естественно, не удовлетворяло.

"Основы токсикологии" сформировались в результате примерно двадцати лет преподавания курса в стенах Военно-медицинской академии врачам различных специальностей, включая специалистов в области токсикологии. Некоторые разделы не преподавались ранее, но включены в книгу, поскольку без них токсикологические знания на современном этапе нельзя считать полными, а полнота охвата проблемы, целостность, структурированность содержания были моими основными ориентирами. Напротив, некоторые вопросы, обычно включаемые в традиционные курсы по клинической, профилактической, военной токсикологии, по причине их специального характера, мне пришлось либо существенно сократить, либо опустить вовсе.

Предлагаемая книга не справочник и не практическое руководство, она рассчитана на ознакомление с фундаментальными проблемами предмета. Тем, кто предпочитает более строгое изложение материала, следует обратиться к методическим документам, издаваемым ВОЗ и Минздравом России.

При написании книги я исходил из того, что читатель знаком с основами органической химии, биохимии, физиологии, общей патологии. Впрочем, глубокие знания по этим вопросам не обязательны. Минимум сведений, где в этом есть необходимость, включен в содержание глав и разделов.

Прекрасно понимая, что современная токсикология это слишком большая область человеческих знаний для того, чтобы один человек мог её полностью освоить и, тем более, изложить, я тем не менее, решился на это, полагая, что неизбежные при этом недостатки будут хотя бы отчасти компенсированы единством подхода к предмету, определенной позицией в отношении к имеющемуся огромному фактическому материалу, известной уравновешенностью и сбалансированностью включенных в книгу разделов. Поскольку субъективная трактовка некоторых вопросов и различного рода неточности в этих условиях неизбежны, я с удовольствием приму критические замечания и предложения по поводу книги, поскольку они могли бы послужить руководством при её последующей переработке. Я был бы особенно признателен читателям, если бы они смогли указать на ошибки, оставшиеся незамеченными при чтении корректуры.

В заключении мне хотелось бы выразить глубокую благодарность моему дорогому учителю профессору Николаю Васильевичу Саватееву за уроки честного отношения к жизни и специальности, за его бескорыстную помощь в моем становлении как ученого и педагога, без чьего доброго и внимательного слова, эта книга, кто знает, могла бы и не родиться вовсе.

 

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ТОКСИКОЛОГИИ

Предмет изучения

Попытка определения

Любой предмет уясняется через определение. Общепринятого определения токсикологии в настоящее время не существует. Самым простым является,… Так, в «Энциклопедическом словаре медицинских терминов» (1982) читаем:… В качестве примеров можно привести и другие определения:

Токсичность

Вещества существенно различаются по токсичности. Чем в меньшем количестве вещество способно вызывать повреждение организма, тем оно токсичнее… Таблица 1 – Сравнительная токсичность некоторых веществ для белых мышей (доза,…   Вещество Источник Токсичность (ЛД50), мкг/кг Ботулотоксин Бактерии …

Токсический процесс

Формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта, приводящих к её повреждению (т.е. нарушению её функций, жизнеспособности) или… Механизмы формирования и развития токсического процесса, его качественные и…  

Формы проявления токсического процесса на разных уровнях организации жизни

Проявления токсического процесса определяются уровнем организации биологического объекта, на котором токсичность вещества изучается: Ø клеточном; Ø органном;

Основные характеристики токсического процесса, выявляемого на уровне целостного организма

А. Процессы, формирующиеся по пороговому принципу. Причинно-следственная связь между фактом действия вещества и развитием… Б. Процессы, развивающиеся по беспороговому принципу.

Интоксикация (отравление)

1. В зависимости от продолжительности взаимодействия химического вещества и организма интоксикации могут быть острыми, подострыми и хроническими. … Острой называется интоксикация, развивающаяся в результате однократного или… Подострой называется интоксикация, развивающаяся в результате непрерывного или прерываемого во времени…

Другие формы токсического процесса

Явления раздражения слизистой дыхательных путей, глаз, кожи отмечается при остром воздействии многими веществами – альдегидами, кетонами, галогенами… При действии наркотических средств, многих лекарств, органических… Транзиторные токсические реакции могут стать следствием только острого действия химических веществ. Увеличение дозы…

Цель и задачи токсикологии

Эта цель достигается путем решения фундаментальных и прикладных токсикологических задач: 1. Установление количественных характеристик причинно-следственных связей… 2. Изучение механизмов, лежащих в основе токсического действия различных химических веществ, закономерностей…

Структура токсикологии

Экспериментальная токсикология изучает общие закономерности взаимодействия веществ и биологических систем (зависимости: «доза токсиканта – эффект»,… Профилактическая токсикология изучает токсичность новых химических веществ;… Клиническая токсикология – область практической медицины, связанная с оказанием помощи при острых токсических…

ГЛАВА 1.2. ТОКСИКАНТ (ЯД)

Общая характеристика токсикантов

Как указывалось ранее, следует исключить понятие яд из определения науки токсикологии. Однако это не означает, что этот термин не следует… Помимо термина яд в токсикологии используют и другие термины, характеризующие… Токсикант – более широкое понятие, употребляющееся не только для обозначения веществ вызвавших интоксикацию, но…

По происхождению

1.1. Токсиканты естественного происхождения

1.1.1. Биологического происхождения

1.1.1.1. Бактериальные токсины

1.1.1.2. Растительные яды

1.1.1.3. Яды животного происхождения

1.1.2. Неорганические соединения

1.1.3. Органические соединения небиологического происхождения

1.2. Синтетические токсиканты

По способу использования человеком

2.1. Ингредиенты химического синтеза и специальных видов производств

2.2. Пестициды

2.3. Лекарства и косметика

2.4. Пищевые добавки

2.5. Топлива и масла

2.6. Растворители, красители, клеи

2.7. Побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы

По условиям воздействия

3.1. Загрязнители окружающей среды (воздуха, воды, почвы, продовольствия)

3.2. Профессиональные (производственные) токсиканты

3.3. Бытовые токсиканты

3.4. Вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства, лекарства и т.д.)

3.5. Поражающие факторы при специальных условиях воздействия

3.5.1. Аварийного и катастрофального происхождения

3.5.2. Боевые отравляющие вещества и диверсионные агенты

Краткая характеристика отдельных групп токсикантов

Токсиканты биологического происхождения

Бактериальные токсины

По большей части бактериальные токсины представляют собой высокомолекулярные соединения, как правило, белковой, полипептидной или липополисахаридной…   Таблица 1 – Бактериальные токсины белковой и полипептидной природы

Микотоксины

Рисунок 2 – Структура некоторых микотоксинов  

Токсины высших растений

Огромное количество веществ, токсичных для млекопитающих, человека и других живых существ, синтезируется растениями (фитотоксины). Являясь… Рисунок 4 – Структура некоторых фитотоксинов

Токсины животных (зоотоксины)

Химическое строение зоотоксинов чрезвычайно разнообразно. Это и энзимы, и другие протеины, олиго- и полипептиды, липиды, биогенные амины, гликозиды,… Высокотоксичные соединения относительно простого строения обнаружены в тканях…

Неорганические соединения естественного происхождения

В естественных условиях металлы встречаются в форме руд и минералов. Они определяются в воздухе, почве и воде. Выплавка металлов из руд и… Большую опасность представляют некоторые органические соединения металлов… В группу газообразных поллютантантов входят вещества, находящиеся в газообразном состоянии при нормальной температуре…

Органические соединения естественного происхождения

  Рисунок 7 – Структура отдельных представителей полициклических ароматических углеводородов

Синтетические токсиканты

Пестициды

  Таблица 4 – Классы пестицидов   Классы Основные химические группы Альгициды оловоорганические …

Органические растворители

1. Алифатические углеводороды (пентан, гексан, октан и др.); 2. Галогенированные алифатические углеводороды (хлороформ: CHCl3;… 3. Алифатические алкоголи (этанол, метанол и т.д.);

Лекарства, пищевые добавки, косметика

  Рисунок 10 – Структура некоторых препаратов – частых причин острых интоксикаций

Боевые отравляющие вещества (БОВ)

В годы 2-й Мировой войны химическое оружие применяли в крайне ограниченных масштабах. Тем не менее работы по созданию новых образцов ОВ не…  

ГЛАВА 1.4. СВОЙСТВА ТОКСИКАНТА, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТОКСИЧНОСТЬ

Токсичность разных веществ не одинакова. Поскольку она проявляется во взаимодействии ксенобиотика с биологической системой, её величина зависит от свойств как токсиканта, так и биосистемы и в конечном итоге определяется:

1. Способностью вещества достичь структуры-мишени, взаимодействие с которой инициирует токсический процесс;

2. Характером и прочностью связи, образующейся между токсикантом и структурой-мишенью;

3. Значением структуры-мишени для поддержания гомеостаза в организме.

Строение биологических систем, особенности их морфо-функциональной организации в значительной степени неизменны в масштабах исторически обозримого времени. В этой связи, поскольку вещество обладает вполне определенными свойствами, оно оказывает на организм (биологическую систему) воспроизводимый с известным постоянством эффект. Изменение свойств действующего фактора (воздействие другим веществом) будет сопровождаться качественными и/или количественными изменениями развивающихся эффектов. Важнейшим принципом токсикологииявляется зависимость качественных и количественных характеристик развивающегося токсического процесса от строения действующего вещества.

Строение вещества определяет размеры молекулы, её массу, растворимость, летучесть, агрегатное состояние при нормальных условиях и химическую активность. Все эти свойства влияют на токсичность вещества, вместе с тем, ни одно из них не является единственно значимым.

Размеры молекулы

а). С увеличением молекулярной массы затрудняется процесс поступления токсиканта в организм и распределения его в органах и тканях. Низкомолекулярные, инертные в химическом отношении вещества в виде газа или в… Для высокомолекулярных соединений процесс прохождения через барьерные структуры, как правило, затруднен. С другой…

Геометрия молекулы токсиканта

Молекулы веществ могут быть ригидными и гибкими. Ригидные молекулы имеют постоянную пространственную организацию. Это прежде всего вещества,…  

Физико-химические свойства вещества

А. Растворимость в воде. Растворимость токсиканта в воде – необходимое условие его резорбции во…  

Стабильность в среде

После попадания в организм большая часть ксенобиотиков с различной скоростью подвергается биотрансформации. Так, при поступлении в…

Химические свойства

Большинство высоко токсичных соединений – инертные в химическом отношении молекулы. Сила межмолекулярного взаимодействия между токсикантом и… Иногда между токсикантом и молекулой-мишенью образуются прочные связи. В этих…

Типы химических связей, образующихся между токсикантами и молекулами-мишенями организма

  Таблица 3 – различные типы связей, формирующихся между токсикантами и…   Вид связи Пример Энергия связи (кдж/мол) Ионная …