токсикология. Н. В. Березина Основы токсикологии
 Скачать 397.27 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Московский государственный институт электронной техники (технический университет) ______________________________________________________________ Н.В. Березина Основы токсикологии Учебное пособие Утверждено редакционно-издательским советом института Москва 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 2 ББК 52.84я75 Б48 УДК 504(075.8) Рецензенты: канд. филос. наук М.А. Макеева; В.И. Вараксин Березина Н.В. Б48 Основы токсикологии: Уч. пос. - М.: МИЭТ, 2004. - 55 с.: ил. ISBN 5-7256-0248-6 Рассматриваются основные понятия токсикологии, параметры токсикометрии, биохимические основы возникновения токсического эффекта, специфика и механизм действия наиболее распространенных промышленных ядов, принципы санитарно-гигиенического нормирования, особенности воздействия радиоактивного излучения. Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 330200 “Инженерная защита окружающей среды”, а также для студентов различных специальностей c целью углубленного изучения вопросов токсикологии в курсе “Безопасность жизнедеятельности”. ISBN 5-7256-0248-6 © МИЭТ, 2004 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 3 Введение Современный человек живет в обстановке токсикологической напряженности, обусловленной экологическими и техногенными катастрофами, профессиональными вредностями, бытовыми травмами и т.д. Около 6 млн наименований химических соединений - ксенобиотиков, синтезированных к настоящему времени, представляют потенциальную опасность для здоровья людей. Нынешние масштабы загрязнения окружающей среды вредными химическими веществами иллюстрируют следующие данные. Только за одни сутки современный нефтеперерабатывающий завод может выбросить в атмосферу до 520 т углеводородов, 1,8 т сероводорода, 600 т оксида углерода, 310 т сульфида иода. В выхлопных газах автотранспорта на 1 т сжигаемого горючего содержится от 12 до 24 кг оксидов азота, от 0,3 до 5 кг углеводородов и аммиака, до 4 - 5% оксида углерода. Значительно загрязняется воздух и вследствие поступления в атмосферу авиационных выхлопных газов: один реактивный самолет после взлета и посадки оставляет ядовитые выбросы, равные по объему выхлопным газам 7 тыс. автомобилей. Примерно 16% выбросов в атмосферу составляют химические мутагены, а по данным Международного агентства по изучению рака, не менее 600 техногенных химических веществ и сложных их смесей следует рассматривать как потенциально канцерогенные. Наряду с вредными химическими веществами на здоровье человека негативно влияют и такие факторы, как ионизирующее излучение, а также продукты современных биотехнологий. В организме человека существуют механизмы адаптации, но их возможности не беспредельны, поэтому растет уровень инвалидности, смертности, возникают новые, ранее не встречавшиеся болезни. Зримой приметой негативных перемен является резкое возрастание аллергических заболеваний у детей, “омоложение” многих опасных болезней. Многие заболевания сейчас носят эндемический характер, что в большинстве случаев связано с наличием местных источников химического загрязнения. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 4 Среди техногенных металлов, наиболее распространенных сегодня в биосфере, следует назвать свинец, ртуть, кадмий, медь, цинк. Проведенные исследования показали, что ежегодно на поверхность Мирового океана выпадает до 200 тыс. т свинца и 5 тыс. т ртути. По некоторым данным, вместе с золой, образующейся при ежегодном сжигании 2,4 млрд т бурого угля, в атмосфере рассеивается 200 тыс. т мышьяка и 224 тыс. т урана. Значительный удар по биосфере нанесло начавшееся с 40-х годов ХХ века производство и использование полихлорированных пестицидов - ДДТ, линдана и др. Следствием этого стало повсеместное загрязнение ими окружающей среды. Так, в снежном покрове Антарктиды в настоящее время накопилось более 3000 т ДДТ. Этот пестицид обнаруживается в грудном молоке женщин. Несмотря на введение ограничений на производство ДДТ и линдана, мировое производство их заметно не уменьшилось из-за широкого использования этих веществ в странах Латинской Америки, Азии и Африки. Не сразу был осознан ущерб, нанесенный природным экосистемам вследствие применения полихлорированных бифенилов (ПХБ), использующихся в качестве пластификаторов, изоляторов, теплоносителей, фунгицидов. Их гидрофобность, липофильность и устойчивость к разрушению в природных условиях обуславливают возможность их бионакопления. Печальную известность получили также полихлорированные дибензо-n-диоксины, высокая устойчивость во внешней среде и широкий спектр биологического действия которых стали причиной их выделения в категорию суперэкотоксикантов. Список ксенобиотиков промышленного происхождения можно продолжать и далее, но стоит хорошо представлять себе и другие источники токсической опасности. Сегодня все чаще встречаются заболевания, квалифицируемые, как “лекарственная болезнь”. Наибольшее количество острых отравлений вызваны психофармакологическими средствами, существенен процент отравлений алкоголем и его суррогатами; велика доля острых отравлений, вызванных употреблением наркотических средств. Современное общество должно знать, что из достижений химии полезно, а что не прогнозируемо и вредно. Следует также представлять, каким образом можно избежать химической опасности. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 5 1. Основные понятия и задачи токсикологии Токсикология - область биологических и медицинских знаний, исследующая законы взаимодействия живого организма и яда. В роли яда может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушение жизненно важных функций и создать опасность для жизни. Токсикология изучает свойства потенциально токсичных веществ, механизмы их токсического действия на организм, изменение состояния последнего под влиянием ядов, изыскивает меры и средства предупреждения, а также лечения острых и хронических отравлений. 1.1. Из истории токсикологии Пользоваться ядами в различных целях, например, для охоты на животных, с преступными или, напротив, лечебными намерениями люди научились задолго до того, как поняли механизм действия ядовитых веществ. В греческой и римской мифологии можно найти подробные описания приготовления и применения ядов. В Древнем Риме даже существовал закон, карающий преступления с применением яда (81 г. до н.э.). В качестве ядов обычно использовались высокотоксичные вещества растительного происхождения - алкалоиды и гликозиды (стрихнин, кураре, аконит, белена, цикута). Информация об этих растениях содержится и в одном из наиболее древних литературных источников медицины - Эберском папирусе (Египет, 1500 г. до н.э.). Наибольшее значение для становления и развития токсикологии имеют труды ученых-медиков, занимавшихся практической деятельностью. Основоположник практической медицины Гиппократ (400 г. до н.э.) имел вполне определенное понятие о яде и отравлении в их диалектическом единстве и заложил принципиальные основы лечения отравлений как заболеваний, связанных с поступлением в организм ядовитых веществ. Научные труды по токсикологии оставили Гален (около 130 - 200 г.) и Авиценна (около 980 - 1037 г.). Знаменитый средневековый врач и химик Парацельс (1493 - 1541) заложил основы PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 6 современной токсикологии, доказав, что яд - химическое вещество с определенной структурой, от которой зависит его токсичность, а от лекарственного вещества он отличается только величиной дозы. Первым попытался установить закономерность в отношениях между физико-химическими свойствами и биологическим действием ядов испанский врач Орфила (1787 - 1853). Ему принадлежит первое определение токсикологии как самостоятельной науки о токсических свойствах химических веществ. Обратив внимание на необходимость химического анализа биологических сред организма для объективного юридического подтверждения отравления как причины смерти, Орфила внес неоценимый вклад в развитие судебной токсикологии. Во второй половине ХIХ века успехи экспериментальной физиологии способствовали созданию экспериментальной токсикологии. В дальнейшем в связи с развитием промышленного производства, особенно с созданием химической индустрии, образовалась новая отрасль токсикологии - профессиональная, или промышленная, хотя ее основоположником по праву можно считать итальянского врача и ученого Бернардино Рамаццини (1633 - 1714), классический труд которого “Рассуждения о болезнях ремесленников” выдержал 25 переизданий (последнее русское издание вышло в 1961 году). Токсикология тесно связана с учением о лекарствах - фармакологией. В настоящее время на первый план выдвигаются токсикология профилактическая (гигиеническая) и экологическая, что отражает тенденцию ухудшения экологической ситуации в мире. 1.2. Основные задачи токсикологии В основе общей токсикологии лежит учение о движении токсичных веществ в организме: пути их поступления, распределения, метаболического превращения (биотрансформации) и выведения. Поэтому первой задачей токсикологии является обнаружение и характеристика токсических свойств химических веществ, которые способны вызвать в организме патологические изменения, а также условий, при которых эти свойства возникают, проявляются и исчезают. Взаимодействие яда с организмом рассматривается в двух аспектах: как влияет вещество на организм (токсикодинамика) и что происходит с веществом в организме (токсикокинетика). Вторая задача токсикологии состоит в определении зоны PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 7 токсического действия изучаемого химического вещества (токсикометрия). Токсический эффект может быть оценен при помощи исследования функциональных или структурных изменений органов и систем. Поэтому третья задача токсикологии заключается в изучении клинических и патоморфологических признаков отравления при различных путях поступления яда в организм, а также в выявлении избирательной токсичности яда, т.е. его способности в большей степени повреждать определенные клетки или ткани, не затрагивая другие. Получение такой информации необходимо для поиска эффективных противоядий и других средств лечения. Четвертой задачей токсикологии является разработка основ экстраполяции на человека полученных в эксперименте данных. При этом руководствуются принципом: если смертельные дозы для обычных четырех типов лабораторных грызунов различаются незначительно (в три раза и меньше), существует вероятность ( ≤ 70%) того, что для человека они будут такими же. Для решения своих задач токсикология привлекает знания и методы исследования многих смежных естественных наук, особенно общей и органической химии, биохимии, физиологии, иммунологии, генетики и др. 1.3. Классификация разделов токсикологии В настоящее время в токсикологии определяется ряд направлений и разделов. 1. Общая: теоретическая - решает проблемы выявления основных законов взаимодействия организма и ядов, их токсикокинетики и токсикодинамики - и экспериментальная. 2. Профилактическая (гигиеническая) - изучает проблемы определения степени токсикологической опасности химических веществ в окружающей человека среде и разрабатывает меры и способы защиты от их токсического воздействия. Поэтому она носит экологический характер и подразделяется на токсикологию: • сельскохозяйственную (пестицидов и ядохимикатов); • промышленную (промышленных веществ, загрязняющих производственную среду); • коммунальную (химических загрязнителей атмосферного PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 8 воздуха, воды, почвы); • пищевую (алиментарную). 3. Клиническая - изучает заболевания химического происхождения, возникающие вследствие токсического влияния на человека химических соединений окружающей среды. Она включает токсикологию: • острых отравлений; • хронических отравлений; • наркологическую; • лекарственную. 4. Частная - включает специальные разделы токсикологии, которые изучают отравления людей и животных в особых условиях или обстоятельствах при воздействии определенного вида токсических веществ. Сюда относятся: • военная токсикология; • судебная; • авиационная и космическая; • судовая; • ветеринарная; • радиационная. Обычно каждый раздел включает элементы всех перечисленных направлений. 1.4. Понятия “яд” и “отравление” Еще Парацельс говорил: “Все есть яд и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным”. Иными словами, нет ядовитых веществ, а есть ядовитые их количества. При значительных превышениях доз многие лекарства становятся токсичными. В то же время такой проверенный историей яд, как мышьяк, используется в малых дозах в качестве общеукрепляющего и тонизирующего средства. Кстати, изображенная на гербе медицины змея является также алхимическим символом мышьяка. Относительность понятия “ядовитые вещества” подчеркивали многие токсикологи, и единого определения здесь нет. Приведем некоторые из определений. “Яд - мера (единство количества и качества) действия химических веществ, в результате которого при определенных условиях возникает отравление”. Или: “Яды - это вещества PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 9 биологического (животного или растительного) и антропогенного происхождения, которые при воздействии на живые организмы, в том числе на человека, могут вызвать отравление - смерть или различные нарушения биохимических, физиологических, генетических, психических или иных процессов и функций”. И, наконец, в англо- русском глоссарии токсикологических терминов приводится следующее определение: “Яд - вещество, способное оказывать вредное воздействие на организм. Это относительное определение: любое вещество при определенных условиях (доза, путь и длительность поступления) оказывает вредное действие”. Чаще всего токсическое влияние оказывают чуждые живому организму вещества - ксенобиотики (от греческого xenos - чужой). В дальнейшем изложении мы будем называть ядами вещества химического происхождения, вызывающие отравление или смерть при попадании в организм в малом количестве. Отметим, что токсинами традиционно называются белковые вещества растительного или животного происхождения, обладающие ядовитым действием. Значительное увеличение числа токсинов, выделенных из природных объектов, среди которых много небелковых, заставляет пересмотреть критерии термина “токсин”. В настоящее время этот термин чаще всего относят к индивидуальному химическому веществу (независимо от его природы), выделенному из того или иного яда или тканей ядовитого животного. Тем самым разграничивается действующее начало яда и целый яд, являющийся, как правило, многокомпонентной смесью различных биологических веществ. Патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия яда с организмом, называется интоксикацией, или отравлением. 1.5. Классификация ядов Количество химических соединений, используемых в настоящее время, столь велико, а характер их биологического действия столь разнообразен, что применяют несколько видов классификаций ядов: общие, основанные на каком-либо общем принципе оценки, подходящем для всех химических веществ, и специальные, отражающие связь между отдельными физико-химическими или другими признаками веществ и проявлением их токсичности. Перечислим некоторые из этих PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 10 классификаций. 1. По химическим свойствам (химическая). 2. По цели применения (практическая): • промышленные яды; • ядохимикаты; • лекарственные средства; • бытовые химикаты, пищевые добавки, средства санитарии и гигиены; • биологические растительные и животные яды, содержащиеся в растениях и грибах, животных, насекомых; • боевые отравляющие вещества. 3. По степени токсичности (гигиеническая). Это наиболее широко применяемая классификация. В ее основу положена количественная оценка токсической опасности химических веществ согласно экспериментальным данным по определению таких их характеристик, как предельно допустимая концентрация (ПДК), среднесмертельная концентрация (ЛК 50 ) и среднесмертельная доза (ЛД 50 ). Пользуясь этой классификацией, любое токсичное вещество можно отнести к определенному разряду токсичности, характеризующему его большую или меньшую опасность (табл.1.1). Таблица 1.1 Гигиеническая классификация ядов Путь поступления яда ингаляционный энтеральный Степень (разряд) токсичности веществ ЛК 50 , мг/м 3 ПДК, мг/м 3 ЛД 50 , мг/м 3 I. Чрезвычайно токсичные II - III. Высокотоксичные IV - V. Умеренно токсичные VI - VIII. Малотоксичные <10 1 - 10 11 - 40 >40 <1,0 <10,0 <100,0 >100,0 <15 15 - 150 151 - 1500 >1500 4. Наибольшее значение для клинической токсикологии имеет токсикологическая классификация, разделяющая химические вещества по характеру их токсического действия на организм. Она позволяет поставить первичный клинический диагноз отравления, определить механизм развития токсического поражения и разработать PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 11 методы его лечения, а также принципы профилактики (табл.1.2). 5. По “избирательной токсичности” - указывает определенный орган как основное место токсического поражения (“сердечные”, “печеночные” яды и т.п.). |