Токсикология неорганических веществ

Ксенобиотик - это чужеродное (не участвующее  в пластическом или энергетическом обмене) вещество, попавшее во внутренние среды организма.

В качестве токсикантов (ядов) могут  выступать практически любые  соединения различного строения, если, действуя на биологические системы не механическим путем, они вызывают их повреждение или гибель.

В настоящее время известны тысячи химических веществ, используемых человеком  в быту, медицине, на производстве, в  сельском хозяйстве. Поскольку, как следует из определения, по сути, любое из химических веществ при тех или иных условиях может вызвать токсический процесс, полная классификации токсикантов возможна только на принципе их химического строения. Она-то и положена в основу наиболее подробных справочных пособий по токсикологии как у нас в стране, так и за рубежом ("Вредные вещества в промышленности"; "Вредные химические вещества"). Однако такая классификация не позволяет составить общего представления о содержании проблемы химической опасности. Предлагаемая читателю структура токсикантов является рубрикатором, позволяющим идентифицировать химическую опасность по ряду принципов:

1. 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 

2. 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 

3. 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 

2. Краткая характеристика отдельных  групп токсикантов 

2.1. Токсиканты биологического происхождения

 

 

2.1 Токсиканты естественного  происхождения.

- Бактериальные токсины:

По большей части бактериальные  токсины представляют собой высокомолекулярные соединения, как правило, белковой, полипептидной или липополисахаридной природы, обладающие антигенными свойствами. В настоящее время выделены и изучены более 150 токсинов.

Многие бактериальные токсины  относятся к числу самых ядовитых из известных веществ. Это, прежде всего, ботулотоксин, холерные токсины, тетанотоксин, стафилококковые токсины, дифтирийные токсины и т.д. Ботулотоксин и стафилококковые токсины рассматривались как возможные боевые отравляющие вещества. Бактериальные токсины действуют на разные органы и системы млекопитающих и, в частности, человека, однако преимущественно страдают нервная и сердечно-сосудистая системы, реже слизистые оболочки.

Бактерии могут продуцировать  и токсические вещества относительно простого строения. Среди них формальдегид, ацетальдегид, бутанол.

 

- Микотоксины: 

Химическое строение и биологическая активность микотоксинов чрезвычайно разнообразны. Они не представляют собой некую единую в химическом отношении группу. С практической точки зрения наибольший интерес представляют вещества, продуцируемые микроскопическими грибами, способные заражать пищевые продукты человека и животных. К таковым относятся, в частности, некоторые эрготоксины, продуцируемые грибами группы Claviceps (спорынья, маточные рожки), афлатоксины (B₁, В₂, G₁, G₂) и близкие им соединения, выделяемые грибами группы Aspergillus, трихотеценовые микотоксины (более 40 наименований), продуцируемые несколькими родами грибов, преимущественно Fusarium, охратоксины (В, С), патулин и др.

Аналоги эрготамина действуют на центральную  нервную систему, вызывают спазм  кровеносных сосудов и сокращение мускулатуры матки. Отравление зерном, зараженным спорыньей, в старые времена не редко носили характер эпидемий. В настоящее время подобные эпидемии среди населения практически не отмечаются, однако возможно поражение рогатого скота. Отравление веществами случаются при попытке прервать с их помощью беременность. Аналоги эрготамина - производные эрготина. Одним из известнейших производных эрготина является галлюциноген диэтиламид лизергиновой кислоты (ДЛК).

Многие высшие грибы также продуцируют  токсические вещества различного строения с широким спектром физиологической активности. Наиболее опасными являются аманитины, аманины и фаллоидины, содержащиеся в бледной поганке и при случайном использовании в пищу гриба вызывающие поражение печени и почек. Другими известными токсикантами являются мускарин, гиромитрин, иботеновая кислота и др. Вещества, синтезирующиеся отдельными видами грибов обладают выраженной галлюциногенной активностью, например псилоцин, псилоцибин и др

 

- Токсины высших растений:

Огромное количество веществ, токсичных для млекопитающих, человека и других живых существ, синтезируется растениями (фитотоксины). Являясь продуктами метаболизма растений, фитотоксины порой выполняют защитные функции, отпугивая потенциальных консументов. Однако по большей части их значение для жизнедеятельности растения остается неизвестным. Фитотоксины представляют собой вещества с различным строением и неодинаковой биологической активностью. Среди них: алкалоиды, органические кислоты, терпеноиды, липиды, гликозиды, сапонины, флавоноиды, кумарины, антрахиноны и др.

Алкалоиды - азотсодержащие органические гетероциклические основания. В  настоящее время известно несколько  тысяч алкалоидов, многие из которых  обладают высокой токсичностью для  млекопитающих и человека.

Гликозиды - соединения, представляющие собой продукты конденсации циклических  форм моно- или олигосахаридов со спиртами (фенолами), тиолами, аминами и т.д. Неуглеводная часть молекулы называется агликном, а химическая связь агликона с сахаром - гликозидной. Гликозидная связь достаточно устойчива и не разрушается в водных растворах веществ. Наиболее известны сердечные (стероидные) гликозиды, в которых в качестве агликона выступают производные циклопентанпергидрофенантрена. Эти соединения, продуцируемые растениями самых разнообразных видов, обладают высокой токсичностью, обусловленной отчасти избирательным действием на сердечную мышцу.

Сапонины - наиболее часто встречаются  в виде стероидов спиростанового ряда и пентациклических терпеноидов. Сапонины обладают раздражающим действием на слизистые оболочки млекопитающих, а при попадании в кровь вызывают гемолиз эритроцитов.

Кумарины - кислородсодержащие гетероциклические  соединения, обладающие антикоагулянтным и фотосенсибилизирующим действием. Известно несколько сот веществ, относящихся к классу кумаринов.

Многие вещества растительного  происхождения широко используются в медицине, например атропин, галантамин, физостигмин, строфантин, дигитоксин и  многие, многие другие. Ряд фитотоксинов вызывают вредные пристрастия и являются излюбленным зельем токсикоманов и наркоманов. Среди них: кокаин, никотин, гармин, морфин, канабиноиды и др. Нередко продукты жизнедеятельности растений являются аллергенами. Отдельные фитотоксины обладают канцерогенной активностью. Например, сафрол и близкие соединения, содержащиеся в черном перце, соланин обнаруживаемый в проросшем картофеле, хиноны и фенолы, широко представленные в многочисленных растениях. Некоторые токсиканты, содержатся в растениях в ничтожных количествах и могут оказывать токсический эффект лишь в форме специально приготовленных препаратов, другие вызывают интоксикацию при поедании растений, содержащих их.

 

- Токсины животных (зоотоксины)

Любой живой организм синтезирует  огромное количество биологически активных веществ, которые после выделения, очистки и введения другим организмам в определенных дозах могут вызывать тяжелые интоксикации. Однако часть животных самых разных семейств, родов и видов содержат в органах и тканях чрезвычайно токсичные вещества, что позволяет выделить их в особую группу ядовитых (опасных) животных. Некоторые животные являются вторично-ядовитыми, поскольку не продуцируют, но аккумулируют яды, поступающие из окружающей среды (моллюски, накапливающие в тканях сакситоксин, синтезируемый одноклеточными организмами). Часть биологически активных веществ, вырабатываемых животными, являются так называемыми пассивными зоотоксинами, оказывающими действие при поедании животного-продуцента. Другие - активные токсины. Они вводятся в организм жертвы с помощью специального аппарата (жала, зубов, игл и т.д.). Ежегодно от укусов ядовитых животных в мире погибает несколько тысяч человек¹.

Высокотоксичные соединения относительно простого строения обнаружены в тканях некоторых насекомых, моллюсков, рыб  и земноводных. Отдельные представители этих веществ рассматривались как возможные боевые отравляющие вещества (сакситоксин, тетродотоксин, батрахотоксин, буфотенин и др.)

 

-  Неорганические соединения  естественного происхождения 

Среди многочисленных неорганических соединений естественного происхождения, вероятно, наибольшее токсикологическое значение имеют металлы и их соединения, а также газообразные вещества - поллютанты атмосферного воздуха и воздуха производственных помещений.

В естественных условиях металлы встречаются в форме руд и минералов. Они определяются в воздухе, почве и воде. Выплавка металлов из руд и использование в самых разнообразных отраслях человеческой деятельности привели к существенному увеличению их содержания в окружающей среде. Наибольшее токсикологическое значение имеют ртуть, кадмий, хром, мышьяк, свинец, бериллий, цинк, медь, таллий и др. Бериллий широко используется в металлургической промышленности. Кадмий воздействует на человека при проведении сварочных работ и в ходе других производственных процессов. В настоящее время кадмий рассматривается как один из опаснейших экотоксикантов. Ртуть нашла применение в электронной промышленности и производстве фунгицидов. Ранее эпидемии отравлений ртутью имели место на целлюлёзно-бумажных производствах. Еще одним важным, с точки зрения токсикологии, металлом является свинец. Широчайшее использование свинца в хозяйственной деятельности приводит к постепенному накоплению металла в окружающей среде.

Большую опасность представляют некоторые  органические соединения металлов (ртути, свинца, олова, мышьяка).

В группу газообразных поллютантантов входят вещества, находящиеся в газообразном состоянии при нормальной температуре  и атмосферном давлении, а также  пары летучих жидкостей. Среди веществ, представляющих наибольшую опасность: монооксид и диоксид углерода (СО, СО₂), сероводород (Н₂S), оксиды азота (N_xO_y), озон (О₃), оксиды серы (S_xO_y) и др. Обмен многих поллютантов в атмосфере проходит естественным путем. Так, в процессе вулканической активности в атмосферу выбрасываются оксиды серы, галогены, сероводород. В ходе лесных пожаров выделяется огромное количество СО, оксидов азота, сажи. Основным источником газообразных веществ в атмосфере являются растения. Источниками газообразных загрязнителей антропогенного происхождения являются:

1. Продукты сгорания топлива; 

2. Отходы эксплуатации транспортных  средств; 

3. Промышленные производства;

4. Добывающая и горнорудная промышленность.

Результатом горения топлива является образование большого количество оксидов углерода, азота, серы. Эксплуатация транспортных средств приводит к выбросу в атмосферу свинца, СО, NO, углеводородов. Производства - основной источник кислот, растворителей, хлора, аммиака.

Газообразные вещества в бытовых  условиях образуются при приготовлении пищи, курении, эксплуатации бытовой техники².

Основные источники и эффекты, вызываемые некоторыми неорганическими  соединениями, представлены на таблице 2.1.

                               Таблица 2.1

Источники и эффекты некоторых  неорганических соединений - загрязнителей воздуха.

Поллютанты	Источники	Эффекты
Оксиды серы	Продукты горения угля и нефти	Основные компоненты кислотных  дождей; поражение легких
Оксиды азота	Автомобильный транспорт; теплоэлектростанции	Фотохимические процессы в атмосфере; кислотные дожди; поражение легких
Монооксид углерода	Автомобильный транспорт; продукт  горения	Нарушение кислородтранспортных свойств  крови
Озон	Автомобильный транспорт;	Фотохимические процессы в атмосфере; поражение легких
Асбест	Добыча; производство изделий	Асбестоз; рак легких
Мышьяк	Промышленность	Острые и хронические интоксикации; канцерогенез

 

- Органические соединения естественного  происхождения 

Основными природными источниками  органических соединений являются залежи угля, нефти, вулканическая деятельность. Помимо предельных и непредельных алифатических углеводородов, большое токсикологическое значение среди представителей группы имеют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти вещества также выделяются при неполном сгорании органических материалов и обнаруживаются в дыме при горении древесины, угля, нефти, табака, а также в каменноугольной смоле и жареной пище. Поскольку отдельные ПАУ являются канцерогенами, их рассматривают как опасные экотоксиканты.