Понятие о ядах, токсичных химических веществах. основные принципы классификации ядов
Токсичность - способность, действуя на организм в определенных дозах и концентрациях, нарушатьдееспособность, 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 становитсялюбое 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 веществ:
I. 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).
II. 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.
III. 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.
Бактериальные токсины
По большей части бактериальные токсины представляют собой высокомолекулярные соединения, как правило, белковой, полипептидной или липополисахаридной природы, обладающие антигенными свойствами. В настоящее время выделены и изучены более 150 токсинов.
Многие бактериальные токсины относятся к числу самых ядовитых из известных веществ. Это, прежде всего, ботулотоксин, холерные токсины, тетанотоксин, стафилококковые токсины, 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 группыClaviceps (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.
Токсины высших растений
Огромное количество веществ, токсичных для млекопитающих, человека и других живых существ, синтезируется растениями (фитотоксины). Являясь продуктами метаболизма растений, фитотоксины порой выполняют защитные функции, отпугивая потенциальных вредителей. Однако по большей части их значение для жизнедеятельности растения остается неизвестным. Фитотоксины представляют собой вещества с различным строением и неодинаковой биологической активностью. Среди них: алкалоиды, органические кислоты, терпеноиды, липиды, гликозиды, сапонины, флавоноиды, кумарины, антрахиноны и др. 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.
Токсины животных (зоотоксины)
Любой живой организм синтезирует огромное количество биологически активных веществ, которые после выделения, очистки и введения другим организмам в определенных дозах могут вызывать тяжелые интоксикации (в том числе и при введении в организм, продуцирующий это соединение). Часть биологически активных веществ, 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.