РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ
М.В. Мухина
ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ
Курс лекций
Омск – 2007
УДК 615.9 : 546 (075)
ББК 52.84
М 92
Рецензенты:
А.М. Попов, канд. хим. наук, доц. каф. неорганической химии ОмГУ
С.В. Куликов, кандидат с./х наук, заместитель начальника отдела надзора в области агрохимии Управления Россельхознадзора по Омской области.
Мухина М.В.
М 92 Основы токсикологии: Курс лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. 106 с.
Рассмотрены основные параметры токсикометрии, основные положения токсикодинамики и токсикокинетики. Указывается специфика и механизм токсического действия веществ, теория рецепторов токсичности, распределение и кумуляция, биотрансформация ядов, взаимосвязь токсичности и структуры, математическая зависимость «структура-токсичность», антидоты, токсическая оценка разных стадий технологического процесса, токсикологическая паспортизация.
Указаны методы качественного обнаружения токсичных катионов и токсичных анионов, токсичных органических веществ (анилина, фенола, ацетона).
Даны примеры расчетов ПДК различными методами и контрольные вопросы для самоподготовки.
Рекомендуется для студентов экологических специальностей всех форм обучения.
ã Мухина М.В., 2007 г.
ã Омский государственный
технический университет, 2007 г.
РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ
Лекция 1.
Основные понятия токсикологии
План лекции
1. Введение.
2. Предмет и задачи курса
3. Основные разделы токсикологии
4. Понятия: вредное вещество, опасное вещество, яд, токсины, токсичность веществ, толерантность.
Введение
Ответить на вопрос о первой встрече с ядами человека весьма затруднительно: она состоялась в те далекие времена, когда наши предки впервые сталкивались с ядовитыми насекомыми, животными и растениями. Действие ядов было покрыто тайной и объяснялось связью с черной магией и злыми духами. Пользоваться ядами для охоты на животных, а затем с преступной и лечебной целью люди научились задолго до того, как поняли более менее механизм действия ядовитых веществ.
В качестве ядов использовались высокотоксичные вещества растительного происхождения: алкалоиды и глюкозиды (стрихнин, кураре, аканид, страфантин, белена, дурман и т.д.). Наиболее широко отравления использовались в политической борьбе и частной жизни во времена средневековья. Чаще всего применяли мышьяк, который составил целую эпоху применения ядов в криминальных целях, став причиной смерти многих тысяч жертв необузданных страстей и коварных замыслов. Массу примеров применения ядов с преступной целью можно найти в литературе («Моцарт и Сальери» А.С. Пушкина, «Граф Монте-Кристо» Дюма и др.)
С развитием химических наук были открыты механизмы действия химических веществ, и яды потеряли свое мистическое значение. Но появилось много синтетических веществ, большинство из которых оказались высокотоксичными. Они широко используются в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту.
И это создает новую экологическую опасность для здоровья людей.
Изучение токсичности применяемых на производстве и в быту химических веществ, механизм их воздействия на организм человека, разработка противоядий, мер профилактики с целью предупреждения отравлений и входит в задачу науки токсикологии. Специалисты в области охраны окружающей среды должны быть информированы о токсичности химических веществ, иметь представление о взаимосвязи токсичности и структуры, о путях биотрансформации ядов в организме, уметь рассчитать ПДК вредных веществ.
С этой целью и предлагается данное пособие будущим инженерам-экологам. Пособие содержит как отдельные теоретические вопросы, так и лабораторные работы по обнаружению токсичных катионов и анионов, а также токсичных органических веществ различными методами. Уметь предсказать возможные последствия применения синтетических материалов на здоровье людей и состояние окружающей среды.
Предмет и задачи токсикологии
Токсикология (от греческого toxicon – яд и logos – учение) – это наука, изучающая законы взаимодействия живого организма и яда. В роли последнего может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно важных функций и создать опасность для жизни.
Знаменитый врач древности Парацельс (1493-1541 гг. жизни) считал, что «все есть яд, и ничто не лишено ядовитости». С другой стороны, давно известно, что многие химические вещества, принятые внутрь в оптимальной дозе, приводят к восстановлению нарушенных какой-либо болезнью функций организма и тем самым проявляют лечебные свойства. В этом отношении токсикология тесно связана с фармакологией – наукой о действиях лекарств на организм. Кроме того, многие вещества сами являются составной частью живого организма, – это белки, жиры, углеводы и пр., и для проявления их токсических свойств нужны особые условия. Чаще токсическое действие оказывают чуждые живому организму вещества, которые получили название «ксенобиотики» (от греческого xenos – чуждый).
Некоторые вещества, находясь в определенном количестве в среде обитания или внутренней среде организма человека и животных, составляют обязательное условие их существования, например микроэлементы (серебро, йод, кобальт и др.).
Таким образом, одно и тоже химическое вещество может быть ядом, лекарством и необходимым для жизни средством, в зависимости от ряда условий, при которых оно встречается и взаимодействует с организмом.
Основная задача токсикологии – обнаружение и характеристика токсических свойств химических веществ, которые способны вызвать в организме патологические изменения, а также изучение условий, при которых эти свойства возникают, ярко проявляются и исчезают.
Второй важной задачей токсикологии является определение зоны токсического действия изучаемого химического вещества.
Третья задача токсикологии предусматривает изучение химических и патоморфологических признаков отравления при различных путях поступления ядов в организм.
Показатели токсичности зависят не только от свойств яда, но и от вида, пола, возраста, индивидуальной чувствительности к нему организма. Отсюда вытекает еще одна важная задача токсикологии – разработка основ экстраполяции на человека данных, изученных в эксперименте на животных.
Токсикология является фундаментальной наукой, которая решает широкий круг задач, привлекая знание многих смежных естественных наук: неорганической, органической химии, биохимии, физиологии, иммунологии и генетики. Основным методологическим приемом в токсикологии является эксперимент на животных. Он должен быть технически хорошо оснащен, чтобы выявить наиболее тонкий механизм действия ядов на организм в целом, на орган отдельно, на клеточном и молекулярном уровнях.
Основные разделы токсикологии
В настоящее время в токсикологии определяются три основных направления; теоретическое (экспериментальное), профилактическое (гигиеническое) и клиническое.
 |
Схема 1. Основные разделы токсикологии.
Теоретическая токсикология решает проблемы выявления основных законов взаимодействия организмов и ядов. Она включает два основных раздела:
1) токсикодинамику, которая рассматривает действие яда на организм;
2) токсикокинетику, которая изучает ответную реакцию организма на яд. Это происходит во времени, с разной скоростью.
Профилактическая токсикология изучает проблемы определения степени опасности и разработку мер и способов предотвращения и защиты от токсического воздействия химических веществ в окружающей человека среде. Поэтому она имеет экологический характер и включает следующие основные разделы: промышленный, сельскохозяйственный, коммунальный, пищевой, бытовой и др.
Клиническая токсикология исследует заболевания химической этиологии, т.е. болезни человека, возникающие вследствие токсического влияния химических соединений окружающей его среды.
Кроме того, выделяются специальные виды токсикологии, которые изучают отравление людей в любых условиях или обстоятельствах при воздействии определенного типа токсических веществ. Это военная, авиационная, космическая, судебная и прочие виды токсикологии, которые обычно включают в себя элементы всех основных направлений – теоретического, гигиенического и клинического.
Для будущих инженеров наибольший интерес представляет промышленная токсикология, задачами которой являются:
- гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в объектах производственной среды и биосредах;
- гигиеническая экспертиза токсичных веществ;
- гигиеническая стандартизация сырья и продуктов.
Гигиеническое нормированиеограничивает содержание вредных веществ путем установления предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны и на коже. Гигиеническая экспертиза представляет собой наиболее массовый вид токсикологической оценки вредных веществ, предусматривающий определение смертельных доз и концентраций при различных путях введения, адекватным путям поступления ядов в производственных условиях. Гигиеническая стандартизация сырья и продуктов предполагает ограниченное содержание токсичных примесей в промышленном сырье и готовых продуктах с учетом их вредности и опасности.
Основные понятия токсикологии
В токсикологии наиболее часто приходится оперировать определенными понятиями, например, терминами «яд» и «токсин». К ядам токсикологи относят химические соединения, способные в минимальных количествах вызывать тяжелые нарушения жизнедеятельности (отравления) или гибель животного организма. Токсинами традиционно называют белковые вещества, образуемые преимущественно микроорганизмами, растениями и животными, которые обладают ядовитым действием. В настоящее время термин «токсин» чаще всего относят к индивидуальному химическому веществу, выделенного из того или иного яда или тканей ядовитого организма. Термин «яд» обычно применяют к секретам ядовитых желез животных (змей, насекомых и пр.). В свою очередь слово «токсин» широко используется при образовании новых терминов, подчеркивающих источник происхождения данного токсина (зоотоксины, фитотоксины), либо особенности его физиологического или фармакологического эффекта (нейротоксины, кардиотоксины).
По своей химической структуре токсины природного происхождения весьма разнообразны. В их числе можно встретить алифатические и гетероциклические, алкалоиды, стероиды, ферментативные белки. Некоторые из этих соединений можно условно назвать «истинными токсинами» в том смысле, что они не встречаются в организме реципиента и является для него ксенобиотики (чужеродными веществами). Другая группа компонентов природных ядов образованы химическими веществами, которые встречаются и в организме реципиента. К ним относятся ацетилхолин, гистамин, катехоламины (адреналин, норадреналин), производные индола, различные ферменты и их ингибиторы. Токсический эффект этих соединений определяется избыточностью дозировки, значительно превышающей физиологические пределы их действующих концентраций в организме.
Биологическое значение зоотоксинов для их продуцентов связано с использованием ядов как оружия защиты или нападения. Защитное действие реализуется с помощью различных механизмов: болевого, репеллентного (отпугивающего) и некоторых других. При нападении на жертву на первый план выступает паралитическое (обездвиживающее) действие.
Токсикант – вещество антропогенного происхождения, способное при попадании в организм вызывать заболевание или гибель.
Токсичность – способность вещества вызывать в организме нарушение физиологических функций или его гибель.
Толерантность – способность организма переносить воздействие яда без развития токсического эффекта.
Вредное вещество – вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Опасное вещество – потенциально вредное вещество, т.е. вещество, которое может проявить свои вредные свойства в определенных условиях.
Лекция 2
ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ ЯДОВ
План лекции
1. Виды классификации ядов.
2. Химическая классификация.
3. Классификация ядов по цели применения, по характеру воздействия на организм, по избирательной токсичности.
4. Классификация промышленных ядов и пестицидов.
5. Классификация отравлений.
Количество химических соединений, используемых в настоящее время, настолько велико, а характер их биологического действия настолько разнообразен, что приходится применять несколько видов классификации. Они делятся на две группы: общие, основанные на каком-либо общем принципе оценки, подходящем для всех без исключения химических веществ, и специальные, отражающие связь между отдельными физико-химическими или другими признаками веществ и проявлениями их токсичности.
Принципы классификации ядов табл. 1
| Общие | Специальные |
| – По химическим свойствам (химическая) – По цели применения (практическая) – По степени токсичности (гигиеническая) – По виду токсического действия (токсикологическая) – По избирательной токсичности | – По типу развивающейся гипоксии (патофизиологическая) – По механизму взаимодействия с ферментными системами (патохимическая) –По характеру биологических последствий отравлений (биологическая) – По степени канцерогенной активности и др. |
Наиболее широко используется химическая классификация, предусматривающая деление всех химических веществ на органические, неорганические и элементоорганические. Исходя из принятой химической номенклатуры, определяют класс и группу этих веществ.
Большое значение для профилактики отравлений имеет классификация токсичных веществ по цели применения. По этому признаку различают:
- промышленные яды, используемые в промышленной среде. Среди них органические растворители, топливо, красители, хладореагенты, химреагенты, пластификаторы и др.
- ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве.
- лекарственные средства, имеющие свою классификацию.
- бытовые химикалии, используемые в быту современного человека в виде пищевых добавок, средств санитарии, личной гигиены и косметики, средств по уходу за одеждой, мебелью, автомобилем и пр.
- биологические и растительные яды, которые содержатся в различных растениях и грибах, животных и насекомых и вызывают отравление при попадании в организм.
- боевые отравляющие вещества, которые применяются в качестве токсического оружия как средства ведения химической войны (БОВ).
Для клинической токсикологии наибольшее значение имеет разделение химических веществ по характеру взаимодействия на организм. Это позволяет поставить первичный клинический диагноз, разработать принципы профилактики и лечения токсического поражения и определить механизм его развития.
Токсикологическая классификация ядов
1. Нервно-паралитическое действие (бронхоспазм, удушье, судороги и параличи): фосфорорганические инсектициды (хлорофос, карбофос), никотин, анабазин, БОВ (зарин и пр.).
2. Кожно-резорбтивное действие (местные воспалительные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими резорбтивными явлениями): дихлорэтан, гексахлоран, БОВ (иприт, люизит), уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть (сулема).
3. Общетоксическое действие (гипоксические судороги, кома, отек мозга, параличи): синильная кислота и ее производные, угарный газ, алкоголь и его суррогаты, БОВ (хлорциан).
4. Удушающее действие (токсический отек легких): оксиды азота, БОВ (фосген, дифосген).
5. Слезоточивое и раздражающее действие (раздражение наружных слизистых оболочек): хлорпикрин, БОВ (адамсит), пары крепких кислот и щелочей.
6. Психическое действие (нарушение психической активности, сознания): наркотики (кокаин, опий), атропин, БОВ (ЛСД, диэтиламид).
Однако токсикологическая классификация ядов имеет общий характер и обычно детализируется за счет дополнительной информации об их избирательной токсичности.