Предмет изучения токсикологии Цель и задачи токсикологии. Структура токсикологии.

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

Яд - вещество, которое в малом количестве, будучи приведенным в соприкосновение с живым организмом, разрушает здоровье или уничтожает жизнь

Цель 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 условия повседневного контакта с химическими веществами и при чрезвычайных ситуациях.

Эта цель достигается путем решения фундаментальных и прикладных токсикологических задач:

1. Установление количественных характеристик причинно-следственных связей между фактом воздействия каждого из известных человеку химических веществ и развитием различных форм токсического процесса; оценка токсичности веществ. Раздел токсикологии, в рамках которого совершенствуется методология и осуществляется оценка токсичности химических веществ, называется "токсикометрия".

2. Изучение механизмов, лежащих в основе токсического действия различных химических веществ, закономерностей формирования токсического процесса, его проявлений. 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. Совокупность методических приемов, используемых для решения задачи, и накопленных сведений формируют раздел токсикологии - "токсикокинетика".

4. Установление факторов, влияющих на токсичность вещества: свойств токсикантов, особенностей биологических объектов, условий их взаимодействия, состояния окружающей среды и т.д.

Все упомянутые задачи решаются в ходе экспериментальных исследований на животных, в процессе лечения острых и хронических отравлений человека в условиях клиники, эпидемиологических исследований среди профессиональных групп и населения, подвергшихся действию токсикантов.

Структура токсикологии

Токсикологическая наука представлена несколькими основными направлениями.

· Экспериментальная токсикология изучает общие закономерности взаимодействия веществ и биологических систем, механизмы формирования и течения токсического процесса; рассматривает проблемы токсикологии в эволюционном аспекте; разрабатывает методологию экстраполяции данных с животных на человека; обеспечивает решение практических задач, стоящих перед профилактической и клинической токсикологией.

· 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 и т.д. В рамках клинической токсикологии совершенствуются средства и методы диагностики и лечения острых интоксикаций, изучаются особенности течения профессиональных болезней, вызванных действием химических веществ на организм.

С учетом условий (преимущественно особенностей профессиональной деятельности), в которых наиболее вероятно воздействие того или иного токсиканта на организм человека, в медицинской токсикологии иногда выделяют промышленную, сельскохозяйственную, коммунальную токсикологию, токсикологию специальных видов деятельности и т.д.

Классификация токсикантов: синтетические токсиканты, органические растворители, лекарства, пищевые добавки, косметика, боевые отравляющие вещества (БОВ)

Синтетические токсиканты

Подавляющее большинство известных химических соединений получены синтетическим путем. Нет такой области деятельности, в ходе которой современный человек не контактировал бы с химическими веществами. Некоторые группы веществ, не смотря на их широчайшее использование, в силу высокой биологической активности, требуют особого внимания со стороны токсикологов. Это, прежде всего, пестициды, органические растворители, лекарства, токсичные компоненты различных производств, побочные продукты химического синтеза и т.д.

Органические растворители

Органические растворители используют повсеместно: на производствах, в сельском хозяйстве, в быту. К числу растворителей относятся вещества, с близкими физико-химическими свойствами. Это жидкости, плохо растворяющиеся в воде и хорошо в жирах, не диссоциирующие в водных растворах с образованием ионов. Для всех органических растворителей характерна близость токсикологических свойств: они угнетают функции центральной нервной системы (наркотическое действие).

Лекарства, пищевые добавки, косметика

Практически любое лекарственное средство обладает токсичностью и при неправильном его использовании и у людей с повышенной чувствительностью может вызвать неблагоприятные эффекты. В настоящее время ни один медикамент не разрешается к применению до исчерпывающего изучения его переносимости (токсичности), определения оптимальных доз и схем использования по программам, утвержденным специальными государственными структурами. Тем не менее число отравленных лекарствами неизменно растет. Причиной тому наиболее часто является неконтролируемое со стороны врача использование препаратов, суицидные попытки. Первое место, как причина самоотравления, занимают психофармакологические средства, такие как барбитураты (барбитал, фенобарбитал), бензодиазепины (диазепам), трицыклические антидепрессанты (имипрамин) и т.д

Существуют весьма опасные медикаментозные средства, использование которых сопряжено с существенным риском. Оправданием их применения является угроза жизни пациента и отсутствие других медикаментозных средств, устраняющих эту угрозу. К числу таких средств относятся прежде всего противоопухолевые препараты.

Боевые отравляющие вещества (БОВ)

Мысль применить отравляющие газы для военных целей приписывают известному химику профессору Нернсту. Бурное развитие химической промышленности во второй половине века явилось материальной основой для реализации этой идеи. 22 апреля 1915 года с применения газообразного хлора войсками Германии началась эпоха использования современных средств массового уничтожения. В ходе Первой мировой войны было применено около 130 тысяч тонн высокотоксичных соединений примерно 40 наименований.

В годы 2-й Мировой войны химическое оружие применяли в крайне ограниченных масштабах. Тем не менее работы по созданию новых образцов ОВ не прекращались. В фашистской Германии, а позже и других странах, были созданы чрезвычайно токсичные фосфорорганические отравляющие вещества (ФОВ). В качестве БОВ в различное время испытывались такие вещества как хлор, фосген, дифосген, хлорпикрин, мышьяковистый водород, синильная кислота, хлорциан, хлорбензилиденмалонодинитрил (СS), метиларсиндихлорид, 2-хлорвиниларсиндихлорид (люизит), дихлордиэтилсульфид (сернистый иприт), трихлортриэтиламин (азотистый иприт), изопропиловый эфир метилфторфосфоновой кислоты (зарин), этил S-2-диизопропил аминоэтил метилфосфонотиолат (VX) и многие, многие другие

В 1993 году была принята Парижская "Конвенция о запрещении применения, разработки и накопления химического оружия". В настоящее время конвенцию подписали более 150 государств. В соответствии с принятыми документами в ближайшие годы предполагается уничтожить запасы химического оружия на планете.

Токсикология металлов.

В современных условиях почти со всеми элементами Периодической системы Менделеева мы сталкиваемся как с загрязнителями среды обитания человека.

Среди химических веществ, загрязняющих различные объекты внешней среды (воздух рабочей зоны, атмосферный воздух, водоемы, почву, пищевые продукты), тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу токсикантов, во многом определяющую антропогенное воздействие на экологическую структуру окружающей среды и на самого человека. Учитывая все возрастающие масштабы производства и применения тяжелых металлов, высокую токсичность, способность накапливаться в организме человека, оказывать вредное влияние даже в сравнительно низких концентрациях, или дозах, эти химические загрязнители должны быть отнесены к числу приоритетных.

Наиболее опасному влиянию токсичных металлов подвергаются лица, имеющие производственный контакт с ними в процессе выплавки металлов из руд или вторичного сырья. Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через легкие, слизистые оболочки, кожу и желудочно-кишечный тракт. В результате взаимопревращений между поступившими в организм металлами или их соединениями и химическими веществами различных тканей и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в организме. Отдельные металлы могут избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них. Кобальт и его соединения могут проникать через ЖКТ при заглатывании пыли, с питьевой водой, при употреблении медикаментозных средств. Соединение Ni(II) преобладает в биологических средах, образуя разные комплексы с химическими компонентами последних. Через легкие никель может поступать в виде пыли чистого металла, его оксидов и солей вместе с загрязненным ими воздухом. Соли цинка хорошо растворимы в воде. При поступлении их в виде порошков наблюдается задержка в организме на некоторое время с последующим постепенным попаданием в кровь и распределением в организме. Цинк может вызывать «цинковую» (литейную) лихорадку. В производственных условиях чаще происходит поступление ртути в виде паров через легкие. При этом абсорбция легочной тканью может достигать 70…80%. Абсорбированная в легких ртуть поступает в кровь, преобразуясь в различные соединения, и распределяется с током крови в разные органы. При поступлении олова через легкие в виде паров и пыли оно не вызывает сильных отравлений, но, откладываясь в легких, способствуют развитию соединительной ткани по типу пневмокониотического процесса. При поступлении в легкие соединения сурьмы абсорбируются сравнительно легко, вызывая при этом раздражение дыхательных путей. Выведение металлов из организма в основном осуществляется через ЖКТ и почки. При этом следует иметь в виду, что небольшое количество металлов может выделяться с грудным молоком, потом и волосами..

Пестициды и биопрепараты.

Пестициды - вещества, предназначенные для борьбы с животными- и растениями-вредителями с целью повышения урожайности и сохранения материальных ценностей, созданных человеком. В отличие от других поллютантов пестицидами умышленно обрабатывают ос для того, чтобы уничтожить некоторые виды живых организмов. Наиболее желательным свойством пестицидов, в этой связи, является избирательность их действия в отношении организмов-мишеней.

Основной риск, связанный с использованием пестицидов, обусловлен их накоплением в ос и биоте, перемещением по пищевым цепям, вплоть до человека. Достаточно часты случаи острого отравления пестицидами. Не изжиты хронические интоксикации у рабочих, занятых в производстве и использовании пестицидов. Поскольку организмы "вредителей" адаптируются к действию химических веществ, во всем мире постоянно синтезируются и внедряются в практику десятки и сотни новых соединений

По способу проникновения в организм и по характеру действия (гигиеническая классификация) пестициды классифицируются на кишечные, контактные и фумиганты. Кишечные инсектициды вызывают отравление вредных насекомых при поступлении в организм с пищей. Контактные инсектициды вызывают гибель насекомых при контакте с кожным покровом. Фумиганты – химические вещества, проникающие в организм насекомых и животных через дыхательные пути в виде газа или пара. Токсичность – свойство пестицида в малых количествах нарушать нормальную жизнедеятельность организма, вызывать отравление, его гибель. Минеральные пестициды проникают в клетку в виде ионов или недиссоциированных молекул. Проникнув в живую клетку, пестициды изменяют физико-химические свойства цитоплазмы, разрушают мембраны органелл, изменяют реакцию среды, нарушают условия нормального функционирования клеточных белков

Биопрепараты – возбудители заболеваний вредителей: бактерии, вирусы, грибы, микроспоридии и вещества, которые ими продуцируются. Широкое практическое применение получили антибиотики – Биопрепараты для борьбы с возбудителями болезней растений. Сейчас доказана целесообразность использования антибиотиков в борьбе с рядом заболеваний (ожог плодовых, вызываемых Erwinia anylovara, пирикуляриоз и другие болезни риса, бактериозы фасоли, сои, некоторых вирусные заболевания), против которых нет достаточно эффективных химических фунгицидов. Фунгициды – химические вещества, применяемые для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых болезней. Перспективность использования антибиотиков обусловливается следующими свойствами: Сравнительно слабая токсичность для человека и животных. Способность проникать в растения и повышать устойчивость к болезням. Специфичность действия. Высокая активность в отношении патогенных организмов-возбудителей болезней, что дает возможность применять их в очень малых концентрациях и избегать накопления их остатков в продуктах и почве.

Диоксины.

Диоксин - химически инертное вещество. Кислотами и щелочами он не разлагается даже при кипячении. В характерные для ароматических соединений реакции хлорирования и сульфирования он вступает только в очень жестких условиях и в присутствии катализаторов.

Токсические свойства. Диоксин - тотальный яд, поскольку даже в относительно малых дозах (концентрациях) он поражает практически все формы живой материи - от бактерий до теплокровных. Токсичность диоксина в случае простейших организмов обусловлена, по-видимому, нарушением функций металлоферментов, с которыми он образует прочные комплексы. Значительно сложнее происходит поражение диоксином высших организмов, особенно теплокровных.

В организме теплокровных диоксин первоначально попадает в жировые ткани, а затем перераспределяется, накапливаясь преимущественно в печени, затем в тимусе и других органах.

Период полувыведения колеблется от нескольких десятков дней (мышь) до года и более (приматы) и обычно возрастает при медленном поступлении в организм. С повышением удерживаемости в организме и избирательного накопления в печени чувствительность особей к диоксину возрастает.

При остром отравлении животных наблюдаются признаки общетоксического действия диоксина: потеря аппетита, физическая и половая слабость, хроническая усталость, депрессия и катастрофическая потеря веса. К летальному исходу он приводит через несколько дней и даже через несколько десятков дней, в зависимости от дозы яда скорости его поступления в организм.

В нелетальных дозах диоксин вызывает тяжелые специфические заболевания. У высокочувствительных особей первоначально появляется заболевание кожи – хлоракне. Более сильное поражение диоксином приводит к нарушению обмена порфиринов - важных предшественников гемоглобина и простетических групп железосодержащих ферментов (цитохромов). Порфирия – так называется это заболевание - проявляется в повышенной фоточувствительности кожи: она становится хрупкой, покрывается многочисленными микропузырьками. При хроническом отравлении диоксином развиваются также различные заболевания, связанные с поражениями печени, иммунных систем и ЦНС.

В ничтожных концентрациях диоксин вызывает генетические изменения в клетках пораженных особей и повышает частоту возникновения опухолей, т. е. обладает мутагенным и канцерогенным действием.

Механизмы экотоксичности.

1. Прямое действие токсикантов, приводящее к массовой гибели представителей чувствительных видов(Применение эффективных пестицидов приводит к массовой гибели вредителей: насекомых (инсектициды) или сорняков (гербициды)) 2. Прямое действие ксенобиотика, приводящее к развитию аллобиотических состояний и специальных форм токсического процесса (Классическим примером данной формы экотоксического действия является увеличение числа новообразований, снижение репродуктивных возможностей в популяциях людей, проживающих в регионах, загрязненных экотоксикантами). 3. Эмбриотоксическое действие экополлютантов. 4. Прямое действие продукта биотрансформации поллютанта с необычным эффектом. 5. Опосредованное действие путем сокращения пищевых ресурсов среды обитания. 6. Взрыв численности популяции вследствие уничтожения вида-конкурента.

Воздействие антропогенных стрессоров на динамику и характер распространения растительных популяций, позвоночных, беспозвоночных животных, на динамику популяций и характер распространения микроорганизмов и вирусов.

Воздействие антропогенных стрессоров на динамику и характер распространения растительных популяций

Антропогенные стрессоры могут влиять на все признаки растительных популяций. Быстро изменяются продуктивность, рождаемость, смертность и плотность популяции. Продуктивность может многократно возрасти в результате ослабления конкурирующих видов. Популяции с малой численностью особей находятся под особенно большой угрозой. В ответ на антропогенное нарушение происходит расширение или сокращение ареала популяции.На характер распространения растений влияют землепользование, выпас, индустриализация, рост городов. Возможны изменения возрастной структуры популяции (процентной доли возрастных классов). Очень важен для биоиндикации отбор устойчивых экотипов под действием антропогенных стрессоров. Нередко за один или несколько вегетационных периодов происходит вытеснение чувствительных и относительное распространение устойчивых экотипов, что приводит к обеднению экотипами.

Воздействие антропогенных стрессоров на динамику и характер распространения популяций позвоночных

Популяции, а также их структурно-функциональные особенности могут быть использованы как биоиндикаторы, если непосредственно связаны с определенными факторами внешней среды, реагируют на них, а значит, указывают на присутствие и интенсивность того или иного нарушения. Важным компонентом наземных и водных экосистем являются птицы, которые являются хорошим объектом для биоиндикации, т.к. имеют интенсивный обмен веществ, потребляют большое количество пищи на единицу массы тела. У них наблюдается относительно более высокая, чем у других животных, аккумуляция тяжелых металлов во внутренних органах тела. Птицы накапливают в костной ткани ⁹⁰Sr, в мышцах - ¹³⁷Cs. Толщина скорлупы яиц является международным тестом на токсичность пестицидов.

Действие антропогенных стрессоров на характер распространения и динамику популяций беспозвоночных животных

Удобным объектом для биоиндикации является почвенная мезофауна в связи с оседлостью почвенных беспозвоночных, большим разнообразием видового состава, высокой биомассой, что позволяет собрать статистически достоверный материал для биоиндикации. Перспективными являются личинки-жуков щелкунов - проволочники, костянки, мертвоеды, рыжие лесные муравьи, дождевые черви, наземные моллюски. Для биоиндикации используются клещи-орибатиды, населяющие в природе кору деревьев, личинки мух и др. Обычно с ростом загрязнения происходит уменьшение плотности заселения, сокращение ареала, и, в конечном счете, утрата автохтонного вида. При этом другие виды в результате разносторонних изменений свойств местообитания могут увеличить свое присутствие. Нередко видовое разнообразие снижается.

Действие антропогенных стрессоров на динамику популяций и характер распространения микроорганизмов и вирусов

Влияние стрессоров на микроорганизмы определяется путем количественной оценки определенных таксономических или физиологических групп и некоторых результатов жизнедеятельности. Это позволяет делать выводы относительно интенсивности протекания микробиологических процессов в почве. Главными стрессорами для микроорганизмов являются гербициды, фунгициды, инсектициды, диоксид серы.

Вирусы представляют собой паразитирующие, доклеточные, способные к репродукции формы жизни. Для их размножения необходимы живые клетки. Вирусы в окружающей среде представляют собой находящиеся в состоянии покоя симметричные частицы макромолекулярных размеров. В простейшем случае они состоят из нуклеиновой кислоты и белка. Вирусы животных попадают в окружающую среду вместе с экскретами или секретами, тогда как вирусы растений обычно поступают в почву с отмершими тканями хозяина или через переносчиков. Поступление вирусов в наземные экосистемы происходит с бытовыми и сельскохозяйственными стокам, шламами из отстойников и твердыми отходами. Почва представляет собой важный этап передачи вирусов в окружающей среде.

Предмет изучения токсикологии Цель и задачи токсикологии. Структура токсикологии.

Эта цель достигается путем решения фундаментальных и прикладных токсикологических задач:

Структура токсикологии

Токсикологическая наука представлена несколькими основными направлениями.