1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы

• Название: 1. Масштабы и причины химического загрязнения биосферы
• Дата: 11.12.2018
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: 779_ksenobiologiya.doc
• Тип: Документы; #59781
• страница: 6 из 8

Реакции конъюгации.Неорганический цианид обезвреживается в живых организмах конъюгацией с серой, в результате которой образуется тиоцианит. Процесс катализирует роданаза.

33. Коэфициенты накопления . Одно- и многокомпартментные системы. Однократное и многократное дозирование.

Примечание: Компартмент и ячейка, как в данном случае, это одно и то же.

Биоаккумулирование – способность органов накапливать в-ва в более высоких конц., чем они содержатся во внеш.среде.

Способность организмов к накоплению в-в хар. таким параметром, как коэфициент накопления:

_
С этим явлением в организме специалисты столкнулись при изучении накопления пестицидов, хлорированных удлеводородов и ПХБ.

В одной из экосистем оз. Мичиган (США) было обнаружено ДДТ 0,014 мг/кг– в донном иле;/ 0,41– в дон. ракообразных;/ 3–6– в рыбах);/ 24 000 мг/кг – в жировой ткани чаек. В больших количествах идет накопление организмами ПХБ. В угрях, коэффициент накопления ПХБ был равен 80 000 мг/кг,при питании рыбой в организм. чел может поступать большое количество ПХБ, а они будучи липофильными, накапливаются в мат.молоке и жировой ткани.

Накопительные свойства растений используются для поиска полезных ископаемых, радиоальгологический (водоросли) анализ. -используются для контроля радиоактивности вод Мирового океана.

Одноячеечная система. При разовом поступлении ксенобиотика в организм он поступает в ткани и выводится. При этом скорость выведения определяется периодом полувыведения. Пример: была изучена скорость выведения ДДТ из организма человека(период полувыв.=3.7 года).

Многократное дозирование в-во поступает регулярно и ч/з определённое время кол-во в-ва в орг-ме достигает max велечин и больше не возрастает (т.к при каждом поступлении увел. кол-во выводящегося в-ва).

Органы и ткани имеют различный коэфф. накопления:

Макс сод-е в-ва: _= (1,44 t1/2_f) /τ

Q₀ – масса ежегодной дозы, f- часть дозы, поглощорг-мом, τ- интервал м-ду введением доз. В-ва с большим периодом полувыведения накапл в больших концентрациях, чем вещества с меньшим периодом полувыведения. Важным фактором явл время, необходимое для достижения сост-я равновесия.

Многоячеечные системы.

Каждая ткань животного - почки, печень, сердце, мозг или жи­ровые отложения (ткани) - рассматривается как ячейка. После того как вещество попадает в организм, оно начинает перемещаться током кро­ви. Каждая ячейка характеризуется своим размером, содержанием жи­ра, скоростью тока крови, коэффициентом распределения, определяю­щим способность вещества перемещаться из крови в ткань. Определив скорость поглощения и скорость выведения вещества, а также подобрав соответ­ствующие математические соотношения, можно с помощью ЭВМ соз­дать модели многоячеечной системы.
34. Факторы, влияющие на аккумулирование ксенобиотиков организмами (устойчивость, площадь поверхности, распределение в-в, биологические эффекты, цепь питания), классификация, характеристика.

Устой­чивость. Возд-е ксеноб на организм д быть достаточно длительным, уст к проц разрушения в орг-ме. Ксеноб, уст в окр ср, в большинстве орг-мов имеют относит продолжительные пе­риоды полувыведения и спос накапл в сравнительно больших кол-вах.

Площадь пов-ти. процесс аккум-я вкл фи­зич стадии (адсорбция, диффузия), степень накопления чужеродно­го вещества в большей мере зависит от площади поверхности контакта организма с окр ср.

Величина пов-ти на единицу массы или объема повышается при уменьшении размера частицы (более мелкие орг-мы будут накапливать в единице объема большее количество вещества, чем более крупные).

Распределение. В жировых отложениях накапл ксеноб с большими значениями коэфф-та распределения. Степень аккумул-я завис от спос-ти в-в распределяться в жировых депо.Жировые ткани в процессах метаболического преобразования являются не са­мыми активными. Следовательно, если вещество распределилось в таких тканях, оно может сохраняться там до тех пор, пока организм не израсходует весь жир.

Среда обитания определенного орга­низма может существенно влиять на его способность аккумулировать ксеноб. Организмы, обитают на дне среди осадков, подвер­гаются возд-ю более высоких концентраций ксенобиотиков, чем нах в верхних слоях того же участка водоема.

На процесс аккумуляции может влиять и размер частиц, про­глатываемых орг-ми. Т.к на более мелких ч-цах адсорбированное в-во содержится в более высок концентрациях, орг-мы, про­глатывающие такие ч-цы, будут подвергаться возд-ю более высок содержания ксенобиотика.

Количество потребляемой пищи. Ор­ганизмы, нуждающиеся в относит большом кол-ве пищи, м аккумулировать чужеродн в-во если накопл-е ксеноб не компенсир более акт его выведением.

Цепь питания. Находясь во внешн ср, чужер соед-я взаимод с различн орг элементами биогеоценозов – м о, раст, жив, поступая в итоге по трофич цепям в орг-м чел. Суммарное кол-во ксеноб, поступ в орг-м чел, определяется интенсивностью их разрушения под действ физ-хим факторов ср (света, воды, тепла), скоро­стью их деструкции в предшествующих эл-тах трофических цепей и закономерностями биоконцентрации. по мере движ ксеноб по пищ цепи к след консументу, в орг-ме кот он метаболизируется происх увеличение кон­центрации чужеродного вещества.


35. Понятие избирательности. Избирательность вещества - это его способность воздействовать на клетки, ткани, организмы только одного определенного типа и не вли­ять на другие, даже находящиеся в контакте с первыми. Существует три основных фактора, определяющих возможность проявления избирательного действия вещества. Соеди­нение может:1. избирательно накапливаться в различных клетках, органах и т. д.; 2. вмешиваться в биохимические процессы, происходящие в живых организмах;3. взаимо­действовать с цитологическими структурами, существующими только в определенных видах клеток и организмах. Факторы, обуславливающие избирательность: 1.Избирательность действия, обусловленная преимущественным на­коплением и распределением вещества, может быть вызвана морфоло­гическими особенностями. . 2. Избирательность, обусловленная биохимическими различиями. На первый взгляд многие биохимические процессы у всех живых су­ществ, будь то животные, растения или микробы, протекают одинако­во, поэтому биохимия не представляет возможности для проявления избирательного действия. 3. Цитологические различия как основа избирательного действия.Известно, что строение клеток у животных и растений различно. Клет­ки состоят из отдельных компонентов у которых видовые особенности выражены очень чет­ко. Различаются между собой даже клетки одного организма, но раз­ных тканей.

Факторы, обуславливающие избирательность.

1.Избирательность действия, обусловленная преимущественным на­коплением и распределением вещества, может быть вызвана морфоло­гическими особенностями. Этот тип избирательности основывается на различии в распределе­нии и накоплении. Агент, токсический как для полезных, так и для вредных клеток, накапливается только в последних. Иногда полезные и вредные клетки находятся в организмах разных видов. Избирательность действия тетрациклинов, широко применяемая для лечения бактериальных инфекций у млекопитающих, определяется в первую очередь различиями в распределении, так как эти препараты накапливаются преимущественно в клетках бактерий.

2. Избирательность, обусловленная биохимическими различиями. На первый взгляд многие биохимические процессы у всех живых су­ществ, будь то животные, растения или микробы, протекают одинако­во, поэтому биохимия не представляет возможности для проявления избирательного действия. Колхицин нарушает митоз у всех организмов на одной и той же ста­дии. Точно так же одинаково протекают во всех клетках катаболические процессы, а также процессы гликолиза. Избирательность действия ксенобиотиков определяется различия­ми в процессах их биотрансформации, а также зависит от его влияния на какой-либо важный биохимический процесс, который у чувстви­тельного организма имеется, а у устойчивого или отсутствует, или не столь чувствителен к данному веществу. Примеры: сульфаниламиды обладают антибактериальным действием. Это связа­но с тем, что они ингибируют стадии синтеза ДНК. Дегидрофолиевая кислота является предшественником кофермента, необходимого для биосинтеза тимина и всех пуриновых оснований. Без этих субстратов бактерии быстро погибают, так как им не из чего синтезировать ДНК. Механизм инсектицидного действия ДДТ связан с его способно­стью блокировать ионные каналы у холоднокровных. Избирательность действия ДДТ обусловлена тем, что при более высокой температуре, которую имеют тела теплокровных, не образуется донорно-акцепторной связи между бензольными кольцами препарата и проти­воположно заряженной поверхностью мембраны около устья канала.

3. Цитологические различия как основа избирательного действия.Известно, что строение клеток у животных и растений различно. Клет­ки состоят из отдельных компонентов у которых видовые особенности выражены очень чет­ко. Различаются между собой даже клетки одного организма, но раз­ных тканей. У растений нет нервной системы и мышечных клеток. Поэтому фосфорорганические соединения, блокируя проведение нервного им­пульса, поражают насекомых и не приносят заметного вреда растени­ям. На этом явлении основана весьма эффективная система химиче­ской защиты растений от насекомых.

36. Характеристика основных механизмов, обеспечивающих функционирование факторов избирательности.

Свойства самого ксенобиотика оказывают большое влияние на из¬бирательность действия и, в частности, степень его ионизации. Ионы не образуют с местами связывания ковалентных связей, а следователь¬но, могут легко отрываться. Поэтому для поддержания активного цен¬тра в насыщенном состоянии необходимо, чтобы в растворе, окру¬жающем место связывания (рецептор), постоянно находился избыток данных ионов.

Ионизация может способствовать проявлению избирательности действия и в тех случаях, когда место действия ксенобиотика (лекар¬ственного препарата) имеет необычное значение рН, как, например, в желудочном соке или моче. Клетки с повышенной кислотностью (па¬тогенные) могут поглощать катион 4-додецилпиридина, который обла¬дает выраженными поверхностно-активными свойствами и может воз-действовать на эти клетки.

Из свойств, отличающих ионы от неионизированных молекул, ко¬торые определяют избирательность действия, можно отметить: а) ко- валентную реакционную способность (образование и разрыв кова-лентных связей); б) адсорбцию на поверхности и в) проникновение (транспорт) через мембраны.

Разрыв ковалентных связей ферментами сильно влияет на избира¬тельность действия агентов, так как при этом они могут превращаться в более активные или, наоборот, инертные вещества. Однако посколь¬ку реакции с ионами и молекулами различаются очень сильно, изме¬нения рК, внутри серии ксенобиотиков могут привести к существен¬ным различиям в их действии.

Мы уже упоминали о видах адсорбции (специфической и неспеци- фической). При неспецифической адсорбции нейтральные молекулы адсорбируются сильнее, чем ионы. Это происходит потому, что ион гидролизуется сильнее, чем соответствующие неионизированные мо¬лекулы, которые в этом случае легче выделяются из воды.

Специфическая адсорбция свойственна гидрофильным веществам. Простейший пример - притяжения ионов к противоположно заряжен¬ным участкам поверхности. В таком случае ион будет адсорбироваться сильнее, чем неионизированная молекула.

Проникновение веществ ксенобиотиков в клетку зависит от типа мембраны, определяемого функционированием соответствующих транспортных механизмов. Трудность прохождения иона через липо- протеидную мембрану обусловлена несколькими причинами: ионы имеют относительно большую величину вследствие гидратации; заряд ионов аналогичен по знаку той части белковой поверхности, к которой он приближается (что приводит к отталкиванию), либо противополо¬жен (что приводит к его фиксации). Поэтому незаряженные молекулы с малой молекулярной массой обычно легко проникаю! через мембраны.

Нитрофенолы проявляют свое биологическое действие за счет ио¬низации с образованием аниона и сильно ингибируют реакцию Хилла при фотосинтезе. Однако было обнаружено, что при слишком высокой степени ионизации их активность теряется полностью. Это явление объясняется тем, что эти соединения легче проникают через мембрану в виде нсионизированных молекул, а далее действуют как анионы. Такой механизм действия характерен для некоторых гербицидов: ими- дазолов, бензимидазолов, пуринов, пиразолов, индазолов, триазолов, бензотриазолов.

Подобные результаты были получены и для оснований. Так, пири- метамин, имеющий величину рК» 7,2, лучше поглощается клетками из достаточно щелочных растворов, где он находится преимущественно в виде нсионизированных молекул. Однако ключевой фермент (дегид- рофолатредуктаза), находящийся внутри клетки, ингибируется только катионами.

Известно, что ионы могут также хорошо проходить при наличии в мембранах ионных каналов, систем активного транспорта (АТФаз) и др., т. е. избирательность действия в этом случае будет зависеть не только от степени ионизации молекулы ксенобиотика, но и от типа мембраны, через которую вещество поступает внутрь клетки.

37. Избирательное действие и успехи применения избирательно токсических агентов.

Избирательность вещества - это его способность воздействовать на клетки, ткани, организмы только одного определенного типа и не вли­ять на другие, даже находящиеся в контакте с первыми. Существует три основных фактора, определяющих возможность проявления избирательного действия вещества. Соеди­нение может: 1. избирательно накапливаться в различных клетках, органах и т. д.; 2. вмешиваться в биохимические процессы, происходящие в живых организмах;3. взаимо­действовать с цитологическими структурами, существующими только в определенных видах клеток и организмах.

Успехи применения избирательно токсических агентов.

Во многих случаях человек научился влиять на патологические живые организмы, повреждать или даже уничтожать их и при этом не причинять вреда себе, что особенно важно применительно к избирательной токсичности.

Не вызывает сомнения то, что инфекционные болезни сокращают продолжительность жизни человека. В развитых странах, благодаря весьма успешному развитию химиотерапии, продолжительность жизни увеличилась, так как инфекционные болезни перестали быть основной причиной смерти людей.

Для дальнейшего рассмотрения все инфекционные болезни можно разделить на 5 групп в соответствии с их возбудителями: простейшие, бактерии, вирусы, грибы и черви.

А. Протозойные инфекции. Простейшие (Protozoa) представляют собой одноклеточные организмы со сложным жизненным циклом. Возбудителями наиболее опасной из протозойных инфекций, малярии, являются различные виды рода Plasmodium.

Кроме малярии, тяжелыми и опасными болезнями из протозойних инфекций могут быть трипаносомоз, лейшманиоз (в том числе и кала-азар) и амебная дизентерия.

Организм человека обладает пониженным иммунитетом к протозойным инфекциям, поэтому особое значение для профилактики и лечения этих заболеваний приобретают избирательно токсичные агенты.

Б. Бактериальные инфекции.

Полная победа над инфекционными заболеваниями еще впереди. В отличие от таких болезней, как скарлатина у детей, для лечения которой успешно применяется пенициллин, или тиф и паратиф, поддающиеся лечению левомицетином, существует целая группа инфекционных заболеваний, представляющих собой серьезную опасность. Это холера, трахома, проказа, туберкулез, бруцеллез, уретрит, трепонематоз. Низкий уровень гигиены и медицинского обслуживания в таких районах, как Индонезия, Северная Африка и полуостров Индостан является причиной вспышек холеры в этих районах.

В. Вирусные заболевания. Благодаря профилактической вакцинации, проведенной ВОЗ в мировом масштабе, в настоящее время ликвидировано одно из наиболее опасных вирусных заболеваний — черная оспа. Широко ведется поиск избирательно токсичных агентов для лечения таких заболеваний, как гепатит, желтая лихорадка, бешенство, лихорадка Денге, свинка, грипп и простуды. Возможно, уже в ближайшем будущем в борьбе с вирусными заболеваниями будет достигнут такой же успех, каким в борьбе с бактериальными инфекциями было открытие в 1936 г. сульфаниламидов.

Г. Грибковые заболевания. Системные грибковые заболевания, иногда представляющие угрозу для жизни, встречаются сравнительно редко. В основном, эти заболевания вполне поддаются лечению химиотерапевтическими средствами. Известны также и высокоизбирательные лекарственные препараты для лечения широко распространенных местных грибковых поражений.

Д. Гельминтозы. Из группы заболеваний, относящихся к гельминтозам, наиболее серьезное — шистосомоз, по продолжительности и наносимому экономическому ущербу уступающий только малярии.

Гельминтозы наносят большой ущерб и животноводству. Несмотря на то что в арсенале избирательных токсических агентов есть препараты антигельмлнтного действия, высокая стоимость лечения осложняет борьбу с гельминтозами.

Неинфекционные болезни

Если в развивающихся странах распространены преимущественно инфекционные болезни. а в развитых странах распространены главным образом заболевания, связанные с нарушениями обмена и, следовательно, для их лечения нужны фармакодинамические препараты. В развитых странах в 70% случаев люди умирают от сердечно-сосудистых заболеваний и рака. Психические расстройства и ревматические заболевания являются основной причиной нетрудоспособности. Болезнями цивилизации можно назвать ишемическую болезнь сердца, рак кишечника, диабет, желчнокаменную болезнь и ожирение. Для лечения всех этих заболеваний в распоряжении врачей имеются различные фармакодинамические препараты, но поиск новых более активных лекарственных веществ продолжается.

Возможности, представляемые применением фармакодинамических агентов, необычайно широки. К фармакодинамическим агентам относятся различные по силе и типу действия обезболивающие средства, снотворные вещества и психостимуляторы, противосудорожные препараты и вещества, вызывающие судороги.