Токсикология. Понятие предмета токсикологии, его цели, задачи и структура
 Скачать 205.84 Kb.
|
|
Понятие предмета токсикологии, его цели, задачи и структура. Токсикология — область медицины, изучающая физические, химические свойства ядов (вредных и отравляющих веществ), механизмы их действия на организм человека и разрабатывающая методы диагностики, лечения и профилактики отравлений». Предметом изучения науки токсикологии являются токсичность химических веществ и токсический процесс, развивающийся в биосистемах. Цель медицинской токсикологии как области человеческой деятельности — непрерывное совершенствование системы мероприятий, средств и методов, обеспечивающих сохранение жизни, здоровья и профессиональной работоспособности отдельного человека, коллективов и населения в целом в условиях повседневного контакта с химическими веществами и при чрезвычайных ситуациях. Эта цель достигается путем решения фундаментальных и прикладных токсикологических задач: 1. Установление количественных характеристик токсичности, причинно-следственных связей между действием химического вещества на организм и развитием той или иной формы токсического процесса. Раздел токсикологии, в рамках которого совершенствуется методология и накапливаются данные о токсичности веществ, называется «токсикометрия». 2. Изучение проявлений интоксикаций и других форм токсического процесса, механизмов, лежащих в основе токсического действия, закономерностей формирования патологических состояний. Эта задача решается с помощью методических приемов, разрабатываемых и совершенствуемых в рамках раздела токсикологии — «токсикодинамика». 3. Выяснение механизмов проникновения токсикантов в организм, закономерностей их распределения, метаболизма и выведения. Совершенствование методологии исследований, анализа получаемых результатов, накопление соответствующей информации осуществляются в рамках раздела токсикологии — «токсикокинетика». 4. Установление факторов, влияющих на токсичность вещества (особенности биологического объекта, особенности свойств токсиканта, особенности их взаимодействия, условия окружающей среды). Структура токсикологии Медицинская токсикологическая наука и практика представлена несколькими основными направлениями. -Профилактическая токсикология - изучает токсичность новых химических веществ; устанавливает критерии их вредности, обосновывает и разрабатывает ПДК токсикантов, нормативные и правовые акты, обеспечивающие сохранение жизни, здоровья, профессиональной работоспособности населения в условиях химических воздействий, и осуществляет контроль за их соблюдением. -Клиническая токсикология - область практической медицины, связанная с оказанием помощи при острых токсических поражениях, выявлением и лечением патологии, обусловленной действием профессиональных вредностей. В рамках клинической токсикологии совершенствуются методы диагностики и лечения интоксикаций, изучаются особенности течения профессиональных болезней, вызванных действием химических веществ на организм. -Экспериментальная токсикология - изучает закономерности взаимодействия веществ и биологических систем, рассматривает феномен токсичности в эволюционном аспекте; совершенствует методологию решения практических задач, стоящих перед профилактической и клинической токсикологией; разрабатывает новые средства диагностики, профилактики и лечения различных форм токсического процесса. С учетом условий, в которых наиболее вероятно воздействие того или иного токсиканта на организм человека, выделяют: · промышленную токсикологию, · сельскохозяйственную токсикологию, · коммунальную токсикологию, · токсикологию окружающей среды, · токсикологию специальных видов деятельности и, в частности, военную токсикологию. 2.Понятия токсикометрии, токсикодинамики и токсикокинетики. Раздел токсикологии, в рамках которого оценивается токсичность, называется «токсикометрия». --Теоретическая токсикометрия - область токсикологии разрабатывающая и совершенствующая методы количественной оценки токсичности химических веществ. Практическая токсикометрия - это повседневная деятельность токсикологов по определению количественных характеристик токсичности различных веществ. В процессе токсикометрических исследований определяют токсические дозы, токсические концентрации, токсодозы, действуя в которых вещества вызывают различные неблагоприятные эффекты. Количество вещества, попавшее во внутренние среды организма и вызвавшее токсический эффект, называется токсической дозой (D). Токсическая доза выражается в мг/кг. Количество вещества, находящееся в единице объема (массы) некоего объекта окружающей среды (воды, воздуха, почвы), при контакте с которым развивается токсический эффект, называется токсической концентрацией (С). Токсическая концентрация выражается в мг/л; г/м3 или мг/кг. Для характеристики токсичности веществ, действующих в виде пара, газа или аэрозоля часто используют величину, обозначаемую как токсодоза (W). W=Ct, где W - токсодоза; С - концентрация вещества в окружающем воздухе; t - время действия вещества. Единица измерения токсодозы - мг • мин/м3 Токсичность и опасность - понятия строго количественные. Принципы и методы количественной оценки токсичности и опасности химических ве- шеств составляют предмет одного из основных разделов токсикологии токсикометрин. В основе методов определения токсичности лежит нахождение зависимости «доза - эффект», т. е. степень ядовитости (токсичности) вешества измеряется его абсолютным количеством, вызывающим определенный биологический эффект. Это можно проиллюстрировать следующим примером. В эксперименте животным, входящим в исследуемую группу, токсикант вводят в одинаковой дозе, а в каждой последующей подгруппе доза увеличивается. С увеличением дозы будет увеличиваться часть животных в каждой из подгрупп, у которых развился оцениваемый эфект. Получаемую при этом записимость можно предо в виде кривой «доза - Фект» Токсикокинетика - раздел токсикологии, в рамках которого изучаются закономерности, а также качественные и количественные характеристики резорбции, распределения, биотрансформации ксенобиотиков в организме и их выведения . Общие закономерности токсикокинетики С позиций токсикокинетики организм представляет собой сложную гетерогенную систему, состояшую из большого числа компартментов (отделов), отделенных друг от друга биологическими барьерами. К основным отделам можно отнести кровь, ткани, внеклеточную жидкость, внутриклеточное содержимое. Биобарьеры представлены клеточными и внутриклеточными мембранами, гистогематическими барьерами (гематоэнцефаличе- ский барьер, аэрогематический барьер и др.), покровными тканями (кожа,слизистые оболочки). По сути, кинетика веществ в организме - это преодоление ими биологических барьеров и распределение между компартментами. Особенности токсикокинетики разных классов химических соединений определяются как свойствами самого вещества, так и структурно функциональными особенностями организма. Основные процессы, обеспечивающие движение веществ в организме: растворение в биосредах, перемешивание (конвекция), осмос, фильтрация, диффузия (простая и облегченная), мембранный транспорт. Токсикодинамика, как раздел токсикологии, призвана дать ответ на вопрос: «Где, как и почему происходит действие ядовитого вещества на биосистемы?», В рамках токсикодинамики изучается механизм токсического действия, закономерности развития и проявления различных форм токсического процесса, причины и последствия специфического действия и «избирательной токсичности». Если токсикокинстика изучает все процессы, происходящие с в-вом при его попадании в организм, то токсикодинамика изучает все, что происходит с организмом на всех уровнях его организации под влиянием резорбированного токсиканта… Взаимодействие токсиканта или продуктов его превращения в организме со структурными элементами бносистем, лежащее в основе развивающегося токсического процесса, называется механизмом токсического действия. Взаимодействие это осуществляется за счет физико химических и химических реакций. Токсический процесе, иницинруемый физико-химическими реакциими, как правило, обусловлен растворением токсиканта в определенных средах (водной или липидной) клеток и тканей организма. При этом сушественно изменяются физико-химические свойства среды-растворителя (рН, вязкость, электропроводность, сили межмолекулярных взаимодействий и т. д.), что в свою очередь вызывает модификацию физиологических функций мембран, мо- Особенность данного типа взаимодействия - отсутствие строгой зависимости качества развивающегося эффекта от химических свойств молекулы токсик сиканта, а проявления токсического процесса носят характер неспецифический. Например, липофильные неполярные ксенобиотики, растворнясь в ли- пидной фазе мембран, оказывают неспецифическое действие, результатом которого в основном является угнетение функций, присуших здоровому организму, Такой вид действия имеет различные названия - наркотическое, фи- зиче зическое, структурно неспецифическое, а наиболее часто мезлектролитное Токс процесс инициируемый химическими реакиями, обусловлен химическим взанмодеиствием токсикантов или их метаоолитов с различными элементами биоструктур. Структурный компонент биологическон системы, с которым вступает в химическое взаимодействие токсикант, называст- ся рецептором токсичности или биомишенью (биохимической мишенью). 3. Понятия токсичности, яда, токсиканта, СДЯВ и их классификация. Токсичность - способность, действуя на организм в определенных дозах и концентрациях, нарушать дееспособность, вызывать заболевания или даже смерть. Действие веществ, приводящее к нарушению функций любого организма, называется токсическим. Токсическое действие может быть изучено на любом уровне организации живой материи: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, биоценологическом. Однако всегда в основе токсического действия веществ лежит их взаимодействие с биологическим объектом на молекулярном уровне. Формирование и развитие реакций организма на действие токсиканта, приводящих к ее повреждению (нарушению функций, жизнеспособности) или гибели, называется токсическим процессом. Ядом становится любое химическое вещество, если при взаимодействии с организмом оно вызывает заболевание (интоксикацию) или гибель. Токсикант - более широкое, чем яд, понятие, употребляющееся для обозначения веществ, вызвавших не только интоксикацию, но и провоцирующие другие формы токсического процесса, и не только организма, но и биологических систем иного уровня организации (клетки, популяции). Отравляющее вещество (ОВ) - химический агент, предназначенный для применения в качестве оружия в ходе ведения боевых действий. Сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) - любое вещество, используемое в качестве сырья, исходного компонента синтеза, являющееся конечным продуктом производства или его отходом, обладающее высокой токсичностью, способное формировать достаточно устойчивые зоны химического заражения и находящееся на промышленном объекте в количестве нескольких десятков – сотен тонн, может при авариях и катастрофах стать причиной поражения людей. Исходя из основных критериев, определяющих опасность СДЯВ (токсичность, способность формировать зону заражения, объем производства), к числу веществ, заслуживающих наибольшее внимания, относятся: хлор, аммиак, оксиды серы и азота, нитрилы и изоцианаты, гидразин и его производные, некоторые металлорганические соединения и др. Токсин - как правило, высокотоксичное вещество бактериального, животного, растительного происхождения. Ксенобиотик - чужеродное вещество, попавшее во внутренние среды организма. В качестве ядов (токсикантов) могут выступать практически любые соединения различного строения, если, действуя на биологические системы немеханическим путем, они вызывают их повреждение или гибель. К сожалению, в настоящее время единой классификации нет. Все известные токсиканты можно разделить на группы на основании следующих принципов. Классификации отравляющих веществ: По происхождению: 1. Токсиканты естественного происхождения: А. Биологического происхождения: - Бактериальные токсины; - Растительные яды; - Яды животного происхождения. Б. Небиологического происхождения: - Неорганические соединения; - Органические соединения. 2. Синтетические токсиканты (огромное количество веществ с различным строением). По способу использования человеком: 1. Ингредиенты химического синтеза и специальных видов производств; 2. Пестициды; 3. Лекарства и пищевые добавки; 4. Косметика; 5. Топлива и масла; 6. Растворители, красители, клеи; 7. Побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы. По условиям воздействия: 1. Профессиональные (производственные) токсиканты; 2. Бытовые токсиканты; 3. Вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства, лекарства и т. д.); 4. Загрязнители окружающей среды (воздуха, воды, почвы, продовольствия); 5. Поражающие факторы при специальных условиях воздействия: А) Аварийного происхождения; Б) Боевые отравляющие вещества и диверсионные агенты. Подавляющее большинство веществ, известных человеку в настоящее время, синтезировано в лабораторных условиях. 4. Характеристика бактериальных токсинов и микотоксинов. Бактериальные токсины-представляют собой высокомолекулярные соединения белковой, полипептидной или липополисахаридной природы, обладающие антигенными свойствами. Это, прежде всего, ботулотоксин, холерные токсины, тетанотоксин, стафилококковые токсины, дифтерийные токсины и т.д. Ботулотоксин и стафилококковый токсины рассматривались как возможные боевые отравляющие вещества. Бактериальные токсины действуют на разные органы и системы млекопитающих и 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 и т. д. 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 и могущие заражать пищевые продукты. К таковым относятся, в частности, некоторые эрготоксины, продуцируемые грибами группы Claviceps (спорынья, маточные рожки), афлатоксины и близкие им соединения, выделяемые грибами группы Aspergillus, трихотеценовые микотоксины (более 40 наименований), продуцируемые несколькими родами грибов, преимущественно Fusarium, охратоксины, патулин и др. Отравления зерном, зараженным спорыньей, в старые времена нередко носили характер эпидемий. Заболевания проявлялись как гангренозными изменениями конечностей, так и психодислептическими эффектами («Антонов огонь», «пляска святого Витта»). В настоящее время подобные эпидемии среди населения практически не отмечаются, однако возможно поражение рогатого скота. Одним из известнейших производных эрготина, продуцируемого спорыньей, является диэтиламид лизергиновой кислоты (ДЛК) - выраженный галлюциноген. Наиболее активным продуцентом афлатоксинов являются грибки Aspergillus flavus (отсюда и название токсинов), нередко поражающие зерновые культуры: пшеницу, кукурузу и т. д. Помимо высокой острой токсичности, афлатоксины в опытах на животных проявляют свойства канцерогенов. Трихотеценовые токсины также обладают высокой токсичностью. Вещества проявляют бактерицидную, фунгицидную, инсектицидную активность. Отравление человека сопровождается поносом, рвотой, явлениями атаксии. Некоторое время рассматривалась возможность использования этих веществ в качестве химического оружия. Многие высшие грибы также продуцируют токсические вещества различного строения с широким спектром физиологической активности. Наиболее опасными являются аманитин и фаллоидин, содержащиеся в бледной поганке и при случайном использовании в пищу гриба вызывающие поражение печени и почек. Другими известными токсикантами являются мускарин, гиромитрин, иботеновая кислота. Вещества, синтезирующиеся отдельными видами высших грибов, обладают выраженной галлюциногенной активностью, например псилоцин, псилоцибин, мускарин и др. 5. Понятия токсинов высших растения(алкалоиды, гликозиды, сапонины, кумарины). Токсины высших растений- Синтезируется растениями (фитотоксины). Являясь продуктами метаболизма растений, фитотоксины порой выполняют защитные функции, отпугивая потенциальных вредителей. 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. Особенно многочислен класс алкалоидов. Алкалоиды - азотсодержащие органические основания, как правило, с гетероциклической структурой. 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 агликоном, а химическая связь агликона с сахаром - гликозидной. Гликозидная связь достаточно устойчива и не разрушается в водных растворах веществ. Наиболее известны сердечные (стероидные) гликозиды. Эти соединения, продуцируемые растениями самых разнообразных видов, обладают высокой токсичностью, обусловленной отчасти избирательным действием на сердечную мышцу. Известны гликозиды и более простого строения (амигдалин - содержит в своем составе CN- группу). 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, часто определяются в растениях и обладают антикоагулянтным и фото-сенсибилизируюшим 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 другие. Ряд соединений вызывают вредные пристрастия и являются излюбленным зельем токсикоманов и наркоманов. Среди них: кофеин, никотин, кокаин, армин, морфин и др. Нередко продукты жизнедеятельности растений являются аллергенами. Некоторые 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. Отдельные токсиканты содержатся в растениях в ничтожных количествах и могут оказывать токсический эффект только в форме специально приготовленных препаратов, другие вызывают интоксикацию при использовании в пищу растений, содержащих их. 6. Характеристика зоотоксинов. Токсины животных (зоотоксины) Часть БАВ, вырабатываемых животными, пассивные зоотоксины. Они оказывают действие при поедании животного-продуцента. Другие - активные токсины. Они вводятся в организм жертвы с помощью специального аппарата (жала, зубов, игл и т.д.). Некоторые животные самых разных семейств, родов и видов продуцируют настолько токсичные вещества, что это позволяет выделить их в особую группу - ядовитых животных. Часть из них являются вторично-ядовитыми, поскольку не продуцируют, но аккумулируют яды, поступающие из окружающей среды (например, моллюски, накапливают в тканях сакситоксин, синтезируемый одноклеточными организмами, которыми эти моллюски питаются). Химическое строение зоотоксинов чрезвычайно разнообразно. Это - энзимы и другие протеины, олиго- и полипептиды, липиды, биогенные амины, гликозиды, терпены и др. Очень часто активный зоотоксин представляет собой сложную смесь большого числа биологически активных веществ. Так, в состав яда скорпионов входят: фосфолипаза А, фосфолипаза В, ацетилхолинэстераза, фосфатаза, гиалуронидаза, рибонуклеаза и др. В состав яда змей входят вещества, имеющие сложное белковое строение. Ежегодно от укусов ядовитых животных в мире погибает несколько тысяч человек. Высокотоксичные соединения относительно простого строения обнаружены в тканях некоторых насекомых, моллюсков, рыб и земноводных. Отдельные представители этой группы веществ рассматривались как возможные боевые отравляющие вещества или диверсионные агенты (сакситоксин, тетродотоксин, буфотенин и др.). Сакситоксин и тетродотоксин, являясь избирательными блокаторами натриевых каналов возбудимых мембран, широко используются в лабораторной практике. Буфотенин - известный галлюциноген. 7. Характеристика неорганических соединений естественного происхождения(металлы и их соединения). Что называется Среди многочисленных неорганических соединений естественного происхождения, вероятно, наибольшее токсикологическое значение имеют металлы и их соединения, а также газообразные вещества 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. Ртуть нашла применение в электронной промышленности и производстве фунгицидов. Кадмий воздействует на человека при проведении сварочных работ и в ходе других производств. В настоящее время кадмий рассматривается как один из опаснейших экотоксикантов (вещества, загрязняющие окружающую среду). Широчайшее использование свинца в хозяйственной деятельности также приводит к постепенному накоплению металла в окружающей среде. Большую опасность представляют некоторые органические соединения металлов (ртути, свинца, олова, мышьяка). Источниками газообразных загрязнителей антропогенного происхождения являются: (на всякий случай, вопрос некорректно составлен) • продукты сгорания топлива; • отходы эксплуатации транспортных средств; • промышленные производства; • добывающая и горнорудная промышленность 8. Характеристика органических соединений 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 некоторые из ПАУ являются канцерогенами, они рассматриваются как опасные экотоксиканты. 9. Понятие токсикометрии, ее виды. Определение токсической дозы, токсической концентрации и токсодозы. Токсичность - свойство химических веществ, которое можно измерить. Измерение токсичности означает определение количества вещества, действуя в котором оно вызывает различные формы токсического процесса. |