Методы обнаружения мышьяка в биологических объектах. As финал. История открытия
 Скачать 162.5 Kb.
|
|
Содержание
Введение Все элементы периодической системы Д.И. Менделеева условно можно разделить на токсичные и нетоксичные. Токсичные элементы — это химические элементы, оказывающие отрицательное влияние на живые организмы, которое проявляется только при достижении некоторой концентрации, определяемой природой организма Число публикаций о токсичности неорганических соединений весьма велико. Наиболее интенсивно изучаются соединения переходных элементов (тяжелых металлов) в связи с их непрерывно расширяющимся промышленным применением. Периодически проводятся международные совещания, организуемые постоянно действующим научным комитетом по токсикологии элементов. Вопрос о возможном воздействии на живые организмы, поведении того или иного токсичного элемента при определённой концентрации очень интересен и актуален. Цель работы — изучить токсичность и способы обнаружения мышьяка и его соединений. Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи: - изучить общую характеристику мышьяка; - ознакомится с биологической ролью мышьяка; - определить токсическое действие мышьяка на организм человека. 1. История открытия Мышьяк является одним из древнейших элементов, используемых человеком. Сульфиды мышьяка As2S3 и As4S4, так называемые аурипигмент («арсеник») и реальгар, были знакомы римлянам и грекам. Эти вещества ядовиты. Мышьяк является одним из элементов, встречающихся в природе в свободном виде. Его можно сравнительно легко выделить из соединений. Поэтому история не знает, кто впервые получил в свободном состоянии элементарный мышьяк. Многие приписывают роль первооткрывателя алхимику Альберту Великому. В трудах Парацельса также описано получение мышьяка в результате реакции арсеника с яичной скорлупой. Многие историки науки предполагают, что металлический мышьяк был получен значительно раньше, но он считался представителем самородной ртути. Это можно объяснить тем, что сульфид мышьяка был очень похож на ртутный минерал. И выделение из него было очень легким, как и при выделении ртути. Элементарный мышьяк был известен в Европе и в Азии ещё со средних веков. Китайцы получали его из руд. Мышьяк — ядовитое вещество. Европейцы не могли диагностировать наступление смерти из-за отравления мышьяком, а вот китайцы могли это делать. Но этот метод анализа до настоящих времен не дошел, так и остался загадкой. Европейцы научились определять наступление смерти при отравлении мышьяком, это впервые сделал Д.Марше. Данная реакция используется и в настоящее время. Мышьяк иногда встречается в оловянных рудах. В китайской литературе средних веков описаны случаи смерти людей, которые выпивали воду или вино из оловянных сосудов, из-за наличия в нём мышьяка. Сравнительно долго люди путали сам мышьяк и его оксид, принимали за одно вещество. Это недоразумение было устранено Г.Брандтом и А.Лавуазье, которые и доказали, что это разные вещества, и что мышьяк — самостоятельный химический элемент. Оксид мышьяка долгое время использовался для уничтожения грызунов. Отсюда и происхождение русского названия элемента. Оно происходит от слов «мышь» и «яд». 2. Нахождение мышьяка в земной коре, атмосфере, почве Мышьяк — рассеянный элемент. Среднее содержание мышьяка в земной коре (кларк) 1,7*10-4 % (по массе), в таких количествах он присутствует в большинстве изверженных пород (вещество может встречаться в самородном состоянии, имеет вид металлически блестящих серых скорлупок или плотных масс, состоящих из маленьких зернышек). Довольно часто встречаются два природных соединения мышьяка с серой: оранжево-красный прозрачный реальгар AsS и лимонно-желтый аурипигмент As2S3. Поскольку соединения мышьяка летучи при высоких температурах, элемент не накапливается при магматических процессах; он концентрируется, осаждаясь из горячих глубинных вод (вместе с S, Se, Sb, Fe, Co, Ni, Cu и др. элементами). При извержении вулканов мышьяк в виде своих летучих соединений попадает в атмосферу. Так как мышьяк многовалентен, на его миграцию оказывает большое влияние окислительно-восстановительная среда. В окислительных условиях земной поверхности образуются арсенаты (As5+) и арсениты (As3+). Это редкие минералы, встречающиеся только на участках месторождений мышьяка. Малые количества мышьяк необходимы для жизни. Однако в районах месторождении мышьяк и деятельности молодых вулканов почвы местами содержат до 1 % мышьяка, с чем связаны болезни скота, гибель растительности. Накопление мышьяк особенно характерно для ландшафтов степей и пустынь, в почвах которых мышьяк малоподвижен. Во влажном климате мышьяк легко вымывается из почв. В живом веществе в среднем 3*10-5 % мышьяка, в реках 3*10-7 %. мышьяк, приносимый реками в океан, сравнительно быстро осаждается. В морской воде лишь 1*10-7 % мышьяка, но зато в глинах и сланцах 6,6*10-4 %. Осадочные железные руды, железомарганцевые конкреции часто обогащены мышьяком. В нашей стране предельно допустимой концентрацией мышьяка в почве считается 2 мг/кг. Интенсивность выпадения мышьяка в районах расположения промышленных центров составляет 40 кг/км2 в год. 3. Физические свойства мышьяка В свободном состоянии мышьяк похож на металл, он довольно хорошо проводит электрический ток и тепло, однако, в отличие от настоящих металлов, он очень хрупок и легко измельчается в ступке в порошок. Мышьяк способен существовать в нескольких аллотропических формах, из которых наиболее устойчив серый, так называемый металлический. С повышением давления ее температура плавления довольно быстро возрастает (достигая 950 оС при 60 тыс. атм.). При очень быстрой конденсации паров мышьяка на поверхности, охлаждаемой жидким азотом, получаются прозрачные, мягкие как воск кристаллы желтого мышьяка (решетка кубическая) с плотностью 2,0 г/см3, довольно хорошо растворимый в сероуглероде (около 8 % при 20 оС) и образующий при упаривании такого раствора желтые кристаллы. Последние слагаются из молекул As4, имеющих структуру правильного тетраэдра. На воздухе желтый мышьяк легко окисляется, а под действием света быстро переходит в серую форму. При возгонке As в струе водорода образуется аморфный черный мышьяк с плотностью 4,7 г/см3. Последний не окисляется на воздухе, но выше 270 оС переходит в серую форму (теплота перехода 1 ккал/г-атом). Компактный (плавленый) серый мышьяк имеет вид серебристого крупнокристаллического металла. Серый мышьяк очень хрупок; твердость по Бринеллю 1500 МПа, твердость по Моосу 3,5. Мышьяк диамагнитен, магнитная восприимчивость — 5,5*10-6; обладает металлической проводимостью; ρ 3,3*10-5 Ом*см, температурный коэффициент ρ=3,9*10-3 К-1 (273-373 К) 4. Химические свойства Мышьяк является неметаллом, образует соединения, подобные по его химическим свойствам. Однако, наряду с неметаллическими свойствами, мышьяк проявляет и металлические. На воздухе при обычных условиях мышьяк слегка окисляется с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы. Мышьяк химически активен. На воздухе при нормальной температуре даже компактный (плавленый) металлический мышьяк легко окисляется, при нагревании порошкообразный мышьяк воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием оксида As2O3. Известен также термически менее устойчивый нелетучий оксид As2O5. При нагревании (в отсутствие воздуха) As возгоняется (температура возгонки 615 оС). Пар состоит из молекул As4 с ничтожной (порядка 0,03 %) примесью молекул As2. Мышьяк относится к группе элементов окислителей-восстановителей. При действии сильных восстановителей он проявляет окислительные свойства. Так, при действии металлов и водорода в момент выделения он способен давать соответствующие металлические и водородистые соединения: 6Ca +As4 = 2Ca3As2 При действии сильных окислителей мышьяк переходит в трех- или пятивалентное состояние. Например, при накаливании на воздухе мышьяк, окисляясь кислородом, сгорает и образует белый дым — оксид мышьяка (III) As2O3: As4 + 3O2 = 2As2O3 Устойчивые формы оксида мышьяка в газовой фазе — сесквиоксид (мышьяковистый ангидрид) As2O3 и его димер As4O6. До 300 оС основная форма в газовой фазе — димер, выше этой температуры он заметно диссоциирован, а при температурах выше 1800 оС газообразный оксид состоит практически из мономерных молекул As2O3. Газообразная смесь As4O6 и As2O3 образуется при горении As в кислороде, при окислительном обжиге сульфидных минералов As, например, арсенопирита, руд цветных металлов и полимерных руд. При конденсации пара As2O3 (As4O6) выше 310 оС образуется стекловидная форма As2O3. При конденсации пара ниже 310 оС образуется бесцветная поликристаллическая кубическая модификация арсенолит. Все формы As2O3 хорошо растворимы в кислотах и щелочах. Оксид As(V) (мышьяковый ангидрид) As2O5 — бесцветные кристаллы ромбической сингонии. При нагревании As2O5 диссоциирует на As4O6 (газ) и О2. Получают As2O5 обезвоживанием концентрированных растворов H3AsO4 с последующим прокаливанием образующихся гидратов. Известен оксид As2O4, получаемый спеканием As2O3 и As2O5 при 280 оС в присутствии паров воды. Известен также газообразный монооксид AsO, образующийся при электрическом разряде в парах As2O3 при пониженном давлении. При растворении в воде As2O5 образует существующие только в растворе ортомышьяковистую H3AsO3, или As(OH)3, и метамышьяковистую HAsO2, или AsO(OH), кислоты, обладающие амфотерными, преимущественно кислыми, свойствами. По отношению к кислотам мышьяк ведет себя следующим образом: - с соляной кислотой мышьяк не реагирует, но в присутствии кислорода образуется трихлорид мышьяка: 4As +3O2 +12HCl = 4AsCl3 + 6H2O - разбавленная азотная кислота при нагревании окисляет мышьяк до ортомышьяковистой кислоты H3AsO3, а концентрированная азотная кислота — до ортомышьяковой кислоты H3AsO4: 3As + 5HNO3 + 2H2O = 3H2AsO4 +5NO Ортомышьяковая кислота (мышьяковая кислота) H3AsO4*0.5H2O — бесцветные кристаллы; температура плавления — 36 оС (с разложением); растворима в воде (88 % по массе при 20 оС); гигроскопична; в водных растворах — трехосновная кислота; при нагревании около 100 оС теряет воду, превращаясь в пиромышьяковую кислоту H4As5O7, при более высоких температурах переходит в метамышьяковую кислоту HAsO3. Получают окислением As или As2O3 концентрированной HNO3. Она легкорастворимая в воде и по силе приблизительно равна фосфорной. Окислительные свойства мышьяковой кислоты заметно проявляются лишь в кислой среде. Мышьяковая кислота способна окислить HI до I2 по обратимой реакций: H3AsO4 + 2HI = H3AsO3 + I2 + H2O Ортомышьяковистая кислота (мышьяковистая кислота) H3AsO3 существует только в водном растворе; слабая кислота; получают растворением As2O3 в воде; промежуточный продукт при получении арсенитов (III) и других соединений. - концентрированная серная кислота реагирует с мышьяком по следующему уравнению c образованием ортомышьяковистой кислоты: 2As + 3H2SO4 = 2H3AsO3 +3SO2 - растворы щелочей в отсутствие кислорода с мышьяком не реагируют. При кипячении мышьяка со щелочами он окисляется в соли мышьяковистой кислоты H3AsO3. При сплавлении со щелочами образуется арсин (мышьяковистый водород) AsH3 и арсенаты (III). Применяют AsH3 для легирования полупроводниковых материалов мышьяком, для получения As высокой чистоты. Известны неустойчивые высшие арсины: диарсин As2H4, разлагается уже при -100 оС; триарсин As3H5. Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsHal3: As +3Cl2 = 2AsCl3 AsCl3 — бесцветная маслянистая жидкость, дымящаяся на воздухе, при застывании образует кристаллы с перламутровым блеском. C F2 образует также и AsF5 — бесцветный газ, растворимый в воде и растворах щелочей (с небольшим количеством тепла), в диэтиловом эфире, этаноле и бензоле. Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде F2 и Cl2. С S, Se и Te мышьяк образует соответствующие халькогениды: сульфиды — As2S5, As2S3 (в природе — минерал аурипигмент), As4S4 (минерал реальгар) и As4S3 (минерал диморфит); селениды — As2Se3 и As4Se4; теллурид — As2Te3. Халькогениды мышьяка устойчивы на воздухе, не растворимы в воде, хорошо растворимы в растворах щелочей, при нагревании — в HNO3. Обладают полупроводниковыми свойствами, прозрачны в ИК области спектра. С большинством металлов дает металлические соединения — арсениды. Арсенид галлия и арсенид индия — важные полупроводниковые соединения. Известны многочисленные мышьякорганические соединения. Мышьякорганические соединения содержат связь As-C. Иногда к мышьякорганическим соединениям относят все органические соединения, содержащие As, например, эфиры мышьяковистой кислоты (RO)3As и мышьяковой кислоты (RO)3AsO. Наиболее многочисленная группа мышьякорганических соединений — производные As с координационным числом 3. К ней относятся органоарсины RnAsH3-n, тетраорганодиарсины R2As-AsR2, циклические и линейные полиарганоарсины (RAs)n, а также органоарсонистые и диарганоарсинистые кислоты и их производные RnAsX3-n (X= OH, SH, Hal, OR’, NR2’ и др.). Большинство мышьякорганических соединений — жидкости, полиорганоарсины и органические кислоты мышьяка — твердые вещества, CH3AsH2 и CF3AsH2 — газы. Эти соединения, как правило, растворимы в органических растворителях, ограничено растворимы в воде, в отсутствие кислорода и влаги сравнительно устойчивы. Некоторые тетраорганодиарсины на воздухе воспламеняются. 5. История отравлений Мышьяк сыграл трагическую роль в истории токсикологии. Окись мышьяка, белый мышьяк (As2O3) как нельзя более подходит для преступлений: при растворении в воде и обычных жидкостях он не дает окраски и запаха. Растворимость его мала, но достаточна для оказания вредного действия: 60 мг — смертельная доза, а симптомы отравления сходны с признаками заболевания холерой. При периодическом или длительном применении малых доз картина отравления может быть настолько разной, что встарь ее путали с различными заболеваниями, вплоть до венерических. Это и неудивительно, так как мышьяк кроме желудочно-кишечного тракта поражает нервную систему, кровь и вызывает заболевания слизистых оболочек и кожи. В связи с тем, что отравление напоминает различные болезни, мышьяк как орудие преступлений со временем почти вытеснил многие яды. В связи с тем, что отравление напоминает различные болезни, мышьяк как орудие преступлений со временем почти вытеснил растительные яды древнего мира. По-видимому, сведения о токсических свойствах сернистых соединений мышьяка (минералов) пришли в Древнюю Грецию с Востока. Возможно, что греки познакомились с ними во время походов Александра Македонского в Азию. Аристотель пишет: «Сандарак (древнее наименование минерала реальгара, As4S4) убивает лошадей и скот. Его разводят водой и дают им выпить». В основном истории с отравлениями посвящены королям, знатным лицам и их дворам. Жизнь этих персон интересовала хронистов, и их записи остались тем материалом, на котором строится история отравлений той или иной эпохи. Нетрудно себе представить, что еще раньше, чем преступления стали проникать во дворцы, простой суеверный народ становился жертвой шарлатанов и отравителей. В прошлые годы мышьяк содержащие пестициды широко применяли в растениеводстве и животноводстве в качестве инсектицидов, фунгицидов и акарицидов (мышьяковистый ангидрид, натрия арсенат, парижская зелень, кальция арсенат, кокодиловая кислота, тиацетарсемид и др.). В настоящее время соединения мышьяка для этих целей не применяют. В ветеринарной практике препараты мышьяка: новарсенол, миарсенол, осарсол, применяют при различных заболеваниях. Мышьяк содержащие вещества присутствуют в почве в количестве около 2-3 мг/кг. В отдельных биогеохимических зонах до 40 мг/кг. Поступление в корм животных растений с большим содержанием соединений мышьяка, случайное или преднамеренное попадание соединений мышьяка в виде лекарств в организм животных становятся причинами отравлений животных соединениями мышьяка. Хотя состав яда не был известен, и обычно даже предполагалось, что он много сложнее того, что часто употребляли отравители, но свойства мышьяка уже были хорошо изучены алхимиками, врачами и аптекарями. В связи с этим законами старались ограничить продажу не только мышьяка, но и ядовитой сулемы. По-видимому, первые законодательные ограничения появились в Италии. В 1365 г. в Сиене красный мышьяк (реальгар) и сулему аптекарю разрешалось продавать только людям, которых он хорошо знал, а в XV столетии уже вообще продажа этих ядов была запрещена, и аптекарь, нарушающий это постановление, подвергался наказанию. Аналогичный запрет вышел в Германи в 1485 г. После разбора дела маркизы де Бренвилье французский парламент также принял меры против свободной продажи мышьяка. Постановление гласило, что продажа мышьяка может быть разрешена «врачам, фармацевтам, золотых дел мастерам, красильщикам и другим нуждающимся в нем лицам после выяснения их имен, положения и места жительства». Имя покупателя должно быть занесено в особую книгу. 6. Токсические свойства мышьяка Мышьяк относят к условно эссенциальным, иммунотоксичным элементам. Известно, что мышьяк взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой. Он оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах. Токсическая доза для человека: 5-50 мг. Летальная доза для человека: 50-340 мг. Мышьяк относится к так называемым "тиоловый ядам". Механизм его токсичности связан с нарушением обмена серы, селена и фосфора. Отравление мышьяком происходит при употреблении отравленной пищи и воды, вдыхании соединений мышьяка в виде пыли в производственных условиях, применении некоторых медикаментов. Органами-мишенями при избыточном содержании мышьяка в организме являются костный мозг, желудочно-кишечный тракт, кожа, легкие и почки. Существует достаточно количество доказательств канцерогенности неорганических соединений мышьяка. Высокий уровень смертности от рака легких зарегистрирован среди рабочих, занятых на производстве пестицидов, добыче золота и выплавке сплавов мышьяка с другими металлами, а также цветных металлов и особенно меди. В результате длительного употребления загрязненной мышьяком воды или лекарственных препаратов, нередко наблюдается развитие низкодифференцированного рака кожи (рак Боуэна). Вероятно, гемангиоэндотелиома печени также является арсенозависимой опухолью. Известны случаи отравлений мышьяковистым водородом. Очень токсичными являются боевые отравляющие вещества (люизит, адамсит и др.), содержащие мышьяк. Соединения пятивалентного мышьяка в организме превращаются в более токсичные соединения трехвалентного мышьяка. Определенное количество мышьяка содержится в тканях организма как составная их часть. Водорастворимые соединения мышьяка хорошо всасываются из пищевого канала. Пыль, содержащая ангидрид мышьяковистой кислоты, мышьяк содержащие ядохимикаты, попадая в организм через дыхательные пути, действует на ферменты, содержащие сульфгидрильные группы. Это приводит к торможению обменных процессов в организме. В ряде случаев под влиянием соединений мышьяка наступает паралич капилляров. Некоторые соединения мышьяка оказывают некротизирующее действие. Это свойство ангидрида мышьяковистой кислоты используется в зубоврачебной практике. Поступивший в организм мышьяковистый водород проникает преимущественно в эритроциты, в результате чего наступает их гемолиз. Это приводит к закупорке почечных канальцев, возникновению желтухи и т. д. Мышьяк способен кумулироваться в организме. При остром отравлении соединениями мышьяка они накапливаются в основном в паренхиматозных органах, а при хронических отравлениях — в костях и ороговевших тканях (покровы кожи, ногти, волосы и др.). Мышьяк выводится из организма через почки с мочой, кишки и через некоторые железы. Выделение мышьяка из организма происходит медленно, чем и обусловлена возможность его кумуляции. В экскрементах мышьяк еще можно обнаружить через несколько недель, а в трупном материале — и через несколько лет после смерти. Узнавать отравление мышьяком криминалисты научились безошибочно. Если в желудке отравленных находят белые фарфоровидные крупинки, то в первую очередь возникает подозрение на мышьяковистый ангидрид As2O3. Эти крупинки вместе с кусочками угля помещают в стеклянную трубку, запаивают ее и нагревают. Если в трубке есть As2O3 то на холодных частях трубки появляется серо-черное блестящее кольцо металлического мышьяка. После охлаждения конец трубки отламывают, уголь удаляют, а серо-черное кольцо нагревают. При этом кольцо перегоняется к свободному концу трубки, давая белый налет мышьяковистого ангидрида. Реакции здесь такие: As2O3 + 3С = 2As + 3CO или 2Аs2О3 + 3С = 4As + 3CO2; 4Аs + 3O2 = 2Аs2O3. Полученный белый налет помещают под микроскоп: уже при малом увеличении видны характерные блестящие кристаллы в виде октаэдров. Мышьяк обладает способностью долго сохраняться в одном месте. Поэтому при судебно-химических исследованиях в лабораторию доставляют образцы земли, взятой из шести участков возле места захоронения человека, которого могли отравить, а также части его одежды, украшения, доски гроба. Симптомы мышьяковистого отравления — металлический вкус во рту, рвота, сильные боли в животе. Позже судороги, паралич, смерть. Наиболее известное и общедоступное противоядие при отравлении мышьяком — молоко, точнее главный белок молока казеин, образующий с мышьяком нерастворимое соединение, не всасывающееся в кровь. Несколько сотен тонн мышьяка достаточно, чтобы отравить большую часть человечества. Токсическое влияние мышьяка на человеческий организм варьируется в зависимости от его дозы и продолжительности приема. Для мышьяка выявлен один из самых высоких показателей патологичности, составленный на основании девятнадцати патологий, связанных с этим элементом. Широкое распространение мышьяка в почве, пресных водах, дополненное антропогенными загрязнениями от промышленных предприятий и использованием некоторых мышьяк содержащих средств защиты растений, обуславливает его непременное присутствие в большинстве пищевых продуктов. В организм человека мышьяк поступает в основном с пищевыми продуктами растительного и животного происхождения. Его среднее суммарное суточное поступление в организм из рациона весьма близко к величине максимально допустимой суточной нагрузки, что ставит мышьяк на особое место среди токсичных элементов. Среднесуточное поступление мышьяка с пищевыми продуктами в организм человека зависит от вида пищевого рациона и при незначительном потреблении продуктов моря и отсутствии загрязнения этим элементом не превышает 0,2 мг (при большом употреблении рыбы — до 1 мг). Предел суточного поступления мышьяка, установленный ВОЗ, составляет 0,05 мг на 1 кг массы тела. Употребление в пищу продуктов с повышенным содержанием мышьяка служит причиной возникновения анемии, расстройства сердечной деятельности, периферической невропатии, бородавчатого кератоза ладоней и подошв. 7. Мышьяк в природе и в живых организмах В качестве микроэлемента мышьяк повсеместно распространён в живой природе. Среднее содержание мышьяка в почвах 4*10-4 %, в золе растений — 3*10-5 %. Содержание мышьяка в морских организмах выше, чем в наземных (в рыбах 0,6-4,7 мг в 1 кг сырого вещества, накапливается в печени). Среднее содержание мышьяка в теле человека 0,08-0,2 мг/кг. В крови мышьяк концентрируется в эритроцитах, где он связывается с молекулой гемоглобина (причём в глобиновой фракции содержится его вдвое больше, чем в геме). Наибольшее количество его (на 1 грамм ткани) обнаруживается в почках и печени. Большое его количество содержится в лёгких и селезёнке, коже и волосах; сравнительно мало — в спинномозговой жидкости, головном мозге (главным образом гипофизе), половых железах и др. В тканях мышьяк находится в основной белковой фракции, значительно меньше — в кислоторастворимой и лишь незначительная часть его обнаруживается в липидной фракции. Мышьяк участвует в окислительно-восстановительных реакциях: окислительном распаде сложных углеводов, брожении, гликолизе и т. п. Соединения мышьяка применяют в биохимии как специфические ингибиторы ферментов для изучения реакций обмена веществ. 8. Механизм токсического действия Механизм действия трех- и пятивалентных соединений мышьяка различен. Действия трехвалентного мышьяка направлено на блокаду пируватдегидрогеназного комплекса, играющего важную роль в гликолитических процессах. Таким образом, трехвалентный мышьяк снижает ресинтез АТФ, образование щавелевоуксусной кислоты из пирувата (нарушает пируватный глюконеогенез), что в конечном итоге приводит к гипогликемии. Трехвалентный мышьяк блокирует также активность глютатион-синтетазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и глютатионредукта-зы, что приводит к развитию дефицита глютатиона в печени и к ухудшению процессов детоксикации мышьяка. Вследствие, нарушения гликолиза нарушается также и синтез ацетилхолина, что является причиной развития периферической невропатии. Токсикодинамика пятивалентного мышьяка частично обусловлена его восстановлением в трехвалентный. Самостоятельное токсическое действие обусловлено замещением фосфора в его биохимических реакциях вследствии сходства структуры. Пятивалентный мышьяк «включается» в реакции гликолиза, катализируемые ферментом глицеральдегид-3 фосфатдегидрогеназой, в результате чего образуется не 3-фосфоглицерат, а 1-арсено-3-фосфоглицерат, не способный участвовать в образовании АТФ. Более того, образование АТФ-арсената (вместо нативного АДФ) также нарушает нормальный синтез АТФ. Таким образом, мышьяк оказывает повреждающее действие на гликолитические и окислительные процессы, что проявляется клинической картиной отравления в виде полиорганной недостаточности, обусловленной дефицитом энергии, с соответствующей клиникой отравления. 9. Биологическая роль и физиологическое действие Мышьяк и все его соединения ядовиты. Симптомы острой интоксикации — тошнота, рвота, боли в желудке, понос, угнетение центральной нервной системы. Хроническая интоксикация сопровождаются слабостью, сонливостью, головной болью, спутанностью сознания, судорогами, мышечными болями, прострацией. Сходство симптомов отравления мышьяком с симптомами холеры длительное время позволяло успешно использовать соединения мышьяка (чаще всего, триоксид мышьяка) в качестве смертельного яда. Во Франции порошок триоксида мышьяка за высокую «эффективность» получил обиходное название «наследственный порошок» (фр. poudre de succession). В 1832 г. появилась надёжная качественная реакция на мышьяк — проба Марша, значительно повысившая эффективность раскрытия отравлений. На территориях, где в почве и воде избыток мышьяка, он накапливается в щитовидной железе у людей и вызывает эндемический зоб. Мышьяк в малых дозах канцерогенен, его использование в качестве лекарства, «улучшающего кровь» (так называемый «белый мышьяк», например, «Таблетки Бло с мышьяком», и др.) продолжалось до середины 1950-х г. и внесло свой весомый вклад в развитие онкологических заболеваний. Недавно широкую огласку получила техногенная экологическая катастрофа на юге Индии — из-за чрезмерного отбора воды из водоносных горизонтов мышьяк стал поступать в питьевую воду. Это вызвало токсическое и онкологическое поражение у десятков тысяч людей. Считалось, что «микродозы мышьяка, вводимые с осторожностью в растущий организм, способствуют росту костей человека и животных в длину и толщину, в отдельных случаях рост костей может быть вызван микродозами мышьяка в период окончания роста». Считалось также, что «При длительном потреблении небольших доз мышьяка у организма вырабатывается иммунитет: Этот факт установлен как для людей, так и для животных. Известны случаи, когда привычные потребители мышьяка принимали сразу дозы, в несколько раз превышающие смертельную, и оставались здоровыми. Опыты на животных показали своеобразие этой привычки. Оказалось, что животное, привыкшее к мышьяку при его употреблении, быстро погибает, если значительно меньшая доза вводится в кровь или под кожу». Однако такое «привыкание» носит очень ограниченный характер, в отношении так называемой «острой токсичности», и не защищает от новообразований. Тем не менее, в настоящее время исследуется влияние микродоз мышьяксодержащих препаратов в качестве противоракового средства. Клиническая картина отравления мышьяком зависит от количества принятого яда, его характеристики (органическое или неорганическое соединение), путей поступления в организме и преморбидного фона. По времени развития интоксикации различают острую, подострую и хроническую формы. Клиническая картина острых отравлений соединениями мышьяка складывается из симптомов поражения желудочно-кишечного тракта, сосудистой системы и нервной системы. Паралитическая, или нервная форма, отравления мышьяком развивается в течение нескольких часов и проявляется глубокими поражениями центральной нервной системы: слабость, головная боль, бред, тонические судороги, потеря сознания, отек мозга, паралич сосудодвигательных дыхательных центров. Если больной выживает, то после латентного периода в 2-3 недели развивается периферическая невропатия. Невропатия проявляется выраженной мышечной слабостью, однако при этом редко обнаруживается распространенное снижение рефлексов. При повторных воздействиях небольших количеств мышьяка развивается дистальная симметричная сенсорно-моторная невропатия, при которой доминируют боли и нарушения чувствительности. При хронической интоксикации возникает гиперкератоз на поверхности ладоней и подошвенной части стоп, а на животе может проявиться пигментация бляшками в виде дождевых капель. Лабораторная диагностика должна включать анализ деятельности как можно большего числа функциональных систем. Оценка сердечно-сосудистой системы — мониторинговое наблюдение, рентгенография легких в трёх проекциях, рентгенография органов брюшной полости (неорганические соли дают картину наличия бариевой взвеси), оценка функции почек и печени, при химико-токсикологическом воздействии — экскреция мышьяка с мочой. При острой интоксикации уровень мышьяка в моче при однократном измерении соответствует 50 мкг/л, суточной более 10 мкг/л. Колебание между суточной и однократной экскрецией мышьяка объясняются особенностями его метаболизма. При тяжелой степени интоксикации уровень мышьяка в моче может достигать 198,5 мкг/л. При хронической интоксикации в анализ включаются производные кожи — ногти и волосы. Превышение концентрации мышьяка в волосах и ногтях на 1 мкг/г соответствует отравлению. Следует учитывать тот факт, что рост волос составляет в среднем 0,4 мм/день, ногтей — 0,1 мм/день. 10. Современные методы лечения и профилактики отравлении мышьяком При работе с пылевидными соединениями мышьяка следует применять респираторы, защитные очки, резиновые перчатки, пользоваться душем, тщательно удалять остатки мышьяка со спецодежды и защитных приспособлений. Особое значение в профилактике отравлений мышьяком имеют периодические диспансерные осмотры лиц, работающих в контакте с мышьяком и его соединениями. Осмотры следует проводить два раза в год при участии невропатолога. 11. Лечение интоксикаций соединениями мышьяка Лечение интоксикации препаратами мышьяка включает в себя стабилизацию состояния больного: устранение шока, отека легкого, аритмии, кровотечения, нарушения электролитного баланса; удаление не всосавшегося яда; проведения терапии хелатообразователями, другие методы лечения отравления; раннее назначения парентерального питания. При лечении аритмии препаратом выбора является лидокаин. Необходимо помнить, что не следует применять препараты, увеличивающие длительность интервала QT (новокаинамид, β-блокаторы), объем инфузии также следует ограничить по сравнению с обычным назначением в связи с нарушением водно-электролитного баланса. Оптимальным способом удаления мышьяка из ЖКТ является лаваж кишечника; при обнаружении контуров, сходных по рентгенологическим признакам с бариевой взвесью, проведение этой процедуры становится обязательным. Учитывая особенности токсикокинетики соединений мышьяка, перспективным методом удаления этого яда из кишечника является толстокишечный сорбционный диализ. Специфическая терапия хелатообразующими препаратами включает применение унитиола, который также вводят в желудок — 2-3 ампулы (5 мл 5 %-ного раствора на стакан воды), образующего нетоксичные комплексы с мышьяком, выводимые почками. Одновременно для обезвреживания всосавшегося яда внутримышечно вводят унитиол из расчета 0,05 г препарата или 1 мл 5 %-ного раствора на 10 кг массы больного: в первые сутки 3-4 инъекции, во вторые — 2-3 инъекции, в последующие 3-7 дней — 1-2 инъекции в сутки. Образующиеся в крови и тканях нетоксичные комплексы унитиола с мышьяком выводятся с мочой. Еще одним из эффективных хелатообразующих препаратов является Британский анти-Люизити (БАЛ). Применение БАЛ в течение нескольких часов после токсического воздействия может предотвратить возникновение или уменьшить тяжесть невропатии. При поражениях периферической нервной системы хороший эффект наблюдается при назначении взрослому больному Б-пеницилламина (2 г в день в течение семи дней). В стоматологии после применения девитальных методов лечения нередко возникают осложнения. Они обычно носят характер той или иной формы периодонтита. Лечение таких осложнений проводится по тем же правилам, как и при хроническом верхушечном периодонтите. В значительном проценте случаев осложнения возникают в первые дни после лечения или в его процессе. Они связаны либо с передозировкой девитализирующих паст, либо с более продолжительной их экспозицией, или являются следствием ожога слизистой оболочки препаратами мышьяка. Лечение таких осложнений заключается во вскрытии полости зуба, возможно более полном удалении пульпы и введении в корневой канал антидота (5% раствор унитиола). При наличии ожога слизистой оболочки лечение проводится как при любой инфицированной ране. После отторжения некротических масс следует обрабатывать рану кератопластическими препаратами (витамин А, масло шиповника, каратолин, облепиховое масло, винилин и др.), так как такие раны отличаются вялым течением и слабой наклонностью к эпителизации. При развитии некроза подлежащей альвеолярной кости не нужно спешить с удалением секвестра, поскольку некротизированная кость положительно воздействует на репаративные процессы в костной ткани, стимулируя остеогенез. У лиц пожилого возраста нередко не представляется возможным осуществить экстирпацию пульпы из всех каналов из-за их узости или частичной облитерации. В подобных случаях приходится прибегать к смешанному методу лечения пульпита, который может носить характер витального или девитального в зависимости от применяемого метода обезболивания пульпы. Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: приём водных растворов тиосульфата натрия Na2S2O3, промывание желудка, приём молока и творога; специфическое противоядие — унитиол. ПДК в воздухе для мышьяка 0,5 мг/м3. Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду. Из-за высокой токсичности соединения мышьяка использовались Германией как отравляющие вещества в Первую мировую войну. 12. Мышьяк в медицине Органические соединения мышьяка (аминарсон, миарсенол, новарсенал, осарсол) применяют, главным образом, для лечения сифилиса и протозойных заболеваний. Неорганические препараты мышьяк - натрия арсенит (мышьяковокислый натрий), калия арсенит (мышьяковистокислый калий), мышьяковистый ангидрид As2O3, назначают как общеукрепляющие и тонизирующие средства. При местном применении неорганические препараты мышьяк могут вызывать некротизирующий эффект без предшествующего раздражения, отчего этот процесс протекает почти безболезненно; это свойство, которое наиболее выражено у As2O3, используют в стоматологии для разрушения пульпы зуба. Неорганические препараты мышьяк применяют также для лечения псориаза. 13. Последствия и причины избытка мышьяка Последствия избытка мышьяка: диспепсические явления, гастрит, гепатит; сухость носоглотки, насморк, изъязвления носовой перегородки; раздражение конъюнктивы, слезотечение и светобоязнь, отек век; ларингит, трахеит, бронхит; стоматит; сыпь, фурункулез, экзема, пигментация кожа; атрофия и ломкость ногтей; преждевременное поседение и выпадение волос; нарушение вкуса и обоняния; речевые расстройства, полиневриты, депрессии; нарушение функций печени, развитие жирового гепатоза; нефропатия; поражение кровеносных сосудов увеличение риска развития новообразований кожи, печени, легких; Причины избытка мышьяка: Нарушение обмена; Избыточное поступление с загрязненными пищевыми продуктами, водой, воздухом, при табакокурении, а также во вредных условиях труда; Суицидальные отравления. 14. Методики обнаружения мышьяка В биологических объектах. Для определения следов мышьяка в биологических объектах существует много методов, в последние годы часто применяют активационный анализ. Реакцией восстановления мышьяка до мышьяковистого водорода обнаруживают следы мышьяка в биологических материалах, продуктах питания, фураже и пр. Эту весьма чувствительную реакцию используют для обнаружения следов мышьяка в биологических и сельскохозяйственных материалах. Следовательно, при ректификационной очистке трихлорида галлия от мышьяка необходимо процесс проводить в условиях, исключающих гидролиз хлоридов. Так как цинк и НСl часто бывают загрязнены мышьяком, то производят контрольный опыт с ними, не прибавляя исследуемого вещества. Это обстоятельство требует большой осторожности в заключениях о нахождении следов мышьяка при подозреваемых отравлениях, а также в пищевых продуктах, делая неизбежным количественные определения. Вместо цинка, который трудно получить совершенно чистым без мышьяка, многие применяют алюминиевую жесть и раствор едкого натра, но это неприменимо для более точных работ. В последней часто находятся мышьяк, а также известь, магнезия, тяжелые металлы, вещества, восстанавливающие марганцовокислый калий. Поэтому чрезвычайно важно проверить окись цинка на чистоту. Прибавление раствора щавелевокислого аммония или фосфорнокислого натрия не должно вызывать никакого изменения. При действии сероводорода должен образовываться белый осадок. Исходные материалы должны быть химически чистыми. В воздухе. Фотометрический метод основан на минерализации смесью кислот, получении и отгонке арсина и дальнейшем определении по реакции с диэтилдитиокарбаматом натрия. Чувствительность метода — 0,3 мг/м3. Колориметрический метод определения мышьякового и мышьяковистого (As2O3 и As2O5, соответственно) ангидридов основан на взаимодействии мышьяковой кислоты с молибдатом аммония и определении восстановленного мышьяковомолибденового комплекса. Диапазон измеряемых концентраций 0,5 — 10,0 мкг/2 мл в пересчете на мышьяк. Определение неорганических соединений мышьяка, основанное на восстановление мышьяка (V) до мышьяка (III) и колориметрическом определении по реакции с диэтилдитиокарбаматом серебра в пиридине по красновато-фиолетовой окраске. Диапазон определяемых концентраций — 2-20 мкг/20 мл. Определение с помощью фотоколориметрического ленточного газоанализатора типа ФЛ. Регистрируются концентрации арсина AsH3 до 5 мг/м3, максимально определяемая концентрация 0,15 мг/м3. Точность определения +/- 10%. При повышении концентрации AsH3 до 1,5 мг/м3 подается предупредительный световой сигнал, а при концентрации 3 мг/м3 — аварийный звуковой сигнал. В воде. Определение основано на восстановление мышьяка водородом в присутствии хлорида олова (II) до арсина, причем последний поглощается бумагой, пропитанной хлоридом ртути (II). Интенсивность окраски увеличивается при обработке реактивной бумаги иодидом калия, образовавшийся иоднортутно-мышьяковистый комплекс дает желто-коричневую окраску, которая сравнивается со стандартной шкалой. Чувствительность метода — 0,002 мг/л. 15. Получение мышьяка Мышьяк получают, в основном, как побочный продукт переработки медных, свинцовых, цинковых и кобальтовых руд, а также при добыче золота. Некоторые полиметаллические руды содержат до 12 % мышьяка. При нагревании таких руд до 650-700 °С в отсутствие воздуха мышьяк возгоняется, а при нагревании на воздухе образуется летучий оксид As2O3 — «белый мышьяк». Его конденсируют и нагревают с углем, при этом происходит восстановление мышьяка. Получение мышьяка — вредное производство. Раньше, когда слово «экология» было известно лишь узким специалистам, «белый мышьяк» выпускали в атмосферу, и он оседал на соседних полях и лесах. В отходящих газах мышьяковых заводов содержится от 20 до 250 мг/м3 As2O3, тогда как обычно в воздухе содержится примерно 0,00001 мг/м3. Среднесуточной допустимой концентрацией мышьяка в воздухе считают всего 0,003 мг/м3. Парадоксально, но и сейчас намного сильнее загрязняют окружающую среду мышьяком не заводы по его производству, а предприятия цветной металлургии и электростанции, сжигающие каменный уголь. В донных осадках вблизи медеплавильных заводов содержится огромное количество мышьяка — до 10 г/кг. Мышьяк может попасть в почву и с фосфорными удобрениями. И еще один парадокс: получают мышьяк больше, чем его требуется; это довольно редкий случай. В Швеции «ненужный» мышьяк вынуждены были даже захоранивать в железобетонных контейнерах в глубоких заброшенных шахтах. Заключение На электронном уровне мышьяка имеется два электрона (4s24p3), которые он отдаёт, образуя соединения со степенями окисления: -3, +3, +5. Мышьяк химически активен. Является неметаллом, несмотря на металлический блеск на изломе серого мышьяка. Он легко окисляется на воздухе, взаимодействует с типичными металлами и типичными неметаллами. Он относится к элементам окислителям-восстановителям. С более сильными окислителями проявляет восстановительные свойства, а с менее сильными — окислительные свойства. Мышьяк, при сгорании, образует оксид мышьяка (III) — As2O3. Оксид мышьяка (V) (As2O5) получают окислением оксида мышьяка (III) озоном, азотной кислотой. Способность взаимодействовать с азотом возрастает с увеличением атомного веса, в результате образуются нитриды. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности человека пока не доказана, однако, токсичность его соединений известна давно. В сознании многих слова «яд» и «мышьяк» идентичны. Несмотря на то, что клинические картины отравления мышьяком различны, он поражает гликолитические и окислительные процессы, что проявляется в виде полиорганной недостаточности, обусловленной дефицитом энергии. Список литературы: 1. Белостоцкий В. М., Гольдерман М. Д. Мышьяк // Химия и Жизнь. — 1971, № 2. — С. 15-21. 2. Гадаскина И. Яды - вчера и сегодня. - Л.: Наука, 1988. — 138 с. 3. Куценко С.А. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. — Новосибирск, 1986. — 152 с. 4. Маркова И. В., Абезгауз А. М. Отравления в детском возрасте // Медицина. — Л., 1971. — C.34-46. 5. Хмельницкий Г.А, Локтионов В.Н., Полоз Д.Д.. Ветеринарная токсикология. — М.: Агропромиздат, 1987. — 319 с. 6. Шабанов А. Н.. Справочник фельдшера. - М.: Медицина, 1976. — 537 с. 7. www.arsenicum.net — Информационный сайт о мышьяке. 8. www.for-engineer.info/20/ximicheskie-svojstva-myshyaka.html — химические свойства мышьяка и его соединений. |