История развития токсикологии как науки

В давние времена использование ядов было покрыто тайной и объяснялось связью со злыми духами и черной магией. Пользоваться ядами для охоты на животных, с преступной, а затем и лечебной целью люди научились задолго до того, как поняли механизм действия ядовитых веществ.

История человечества неотделима от использования в пищу разнообразных растений и животных, многие из которых оказы­вались ядовитыми. И в настоящее время случаются отравления беленой, болиголовом, дурманом, красавкой. Часто причиной отравлений оказывается недоброкачественная пища, зараженная бактериальными токсинами и токсинами микроскопических гри­бов.

Древний мир.Возраст токсикологии как области медицинских знаний принято приравнивать к возрасту медицины. В одном из наиболее древних ли­тературных источников медицины – папирусе Эбера (1500 г. до н.э., Египет), содержится информация о ядовитых растениях, многие из которых позже стали использоваться человеком в качестве лекарствен­ных средств или орудия убийства. Это аконит^[2], соком которого люди впервые стали смачивать свои стрелы; опий, ставший пер­вым лекарственным средством от боли и снотворным; токсичные вещества белладонны, придававшие особую прелесть женским глазам и ставшие распространенным косметическим средством.

В древнеиндийских книгах (Аюрведа, 900 г. до н.э.) также приводятся сведения о ядах и противоядиях.

Демокрит (ок. 460 – 360 гг. до н.э.) предложил обрабатывать семена соком заячьей капусты. Это растение богато дубильными веществами и органическими кислотами, которые отрицательно действуют на возбудителей болезней.

Гип­пократ, основоположник практической медицины (400 г. до н.э.), имел вполне определенное понятие о яде и отравлении и заложил принципиальные основы лечения отравлений как заболеваний, связанных с поступлением в организм ядовитых веществ.

Существует привыкание к токсинам. Человек может стать невосприимчивым к яду, если вводить его в организм длительно небольшими дозами. Понтийский царь Митридат VI Эвпатора (120 – 63 гг. до н.э.) принимал ежедневно смесь, состоявшую из различных растений, частей организмов змей и др. компонентов (36 компонентов).

Предание гласит, что эксперимент оказался удачным. Когда против царя вспыхнуло восстание под руководством его сына Фернака, царь решил отравиться, но все попытки оказались тщетными, и он бросился на меч.

Также Митридат VI и его придворный врач ставили опыты над приговоренными к смерти людьми, подвергая их действию ядов змей, а потом проверяли различные способы лечения. Результаты опытов были описаны в «Тайных мемуарах», которые тщательно охранялись, но в 66 г. до н.э. были захвачены римским полководцем Помпеем и по его приказу переведены на латинский язык.

В течение многих тысячелетий токсикология являлась закрытым (сакральным) знанием царей и жрецов, использовавшимся ими для управления подданными. Во многих случаях конфликты между вождем и жрецом часто разрешались через змеиный яд, а укус змеи воспринимался как божья кара. Змея считалась священным существом, видимо, из-за непредсказуемости и ядовитости. Поэтому опыты Митридата со змеиным ядом для умерщвления и оживления осужденных на смерть не были преступлением по законам этики того времени. Целью опытов Митридата было создание противоядий и разработка методов привыкания к ядам.

Состояние невоспри­имчивости к ядам называют митридатизмомили толе­рантностью. Сейчас это понятие используют шире. Например, для обозначения тер­пимости к инакомыслящим.

Значительный вклад в науку о действии ядов внёс выдаю­щийся врач Гален (ок. 130 – ок. 200 гг.) предложивший метод нейтрализации токсинов веществами противоположного физиологического действия по принципу «согревающие-охлаждающие».

Он оставил о себе память в названиях лекарственных средств – неогаленовые препараты – средства, получаемых из растений путем экстракции и концентрирования. Сегодня их называют антидоты – вещества, снижающие токсичность яда с помощью противоядия.

В работах Галена наряду с практикой выбора антидота по действию, противоположному действию яда, описаны методы «изгнания яда» из организма и поглощения яда антидотом. Для удаления яда антидот должен возбуждать функции организма, ответственные за выведение: вызывать рвоту, слюнотечение, понос, усиленное мочеиспускание и потоотделение. Для поглощения яда, антидот должен сам соединяться с ядом и выводиться с ним из организма.

Вершиной развития медицины и токсикологии в Средней Азии являются работы Авиценны (Ибн-Сина, ок. 980 – 1037 гг.). В «Каноне врачебной науки» (1012 – 1023 гг.) он пишет о ядах, применяемых в еде и питье.

Средние века. В мрачный период средневековья отравления широко применялись в политической борьбе и частной жизни. Чаще всего использовали мышьяк, который составил целую эпоху применения ядов в криминальных це­лях, став причиной смерти многих тысяч жертв необузданных страстей и коварных помыслов.

Постепенно знание свойств ядов и противоядий стало не­обходимой частью образования врачей и аптекарей. В «Салернском кодексе здоровья», составленном Арнольдом из Виллановы (1235 – 1311 гг.) есть такие строки:

Рута, чеснок, териак и орех, как и груши, и редька,

Противоядием служат от гибель сулящего яда.

Эпоха просвещения. Наиболее выдающимся последователем клинического опыта был Парацельс (1493 – 1541 гг.). Он заложил основы современной токсикологии, доказав, что яд – химическое вещество с определенной структурой, от которой зависит его токсичность, а от лекарственного вещества он отличается только величиной дозы. Это привело Парацельса к введению ртути как лекарства для лечения сифилиса, – практика, существовавшая на протяжении 300 лет. Главный труд «О горняцкой болезни и других болезнях горняков» был нацелен на этиологию горняцкой болезни, для дальнейшего ее лечения и профилактики.

Новое время. Большой вклад в становление токсикологии как самостоятельной биологической дисциплины внес Орфила Матье (1787 – 1853 гг.), испанский врач при французском дворе. Орфила опубликовал значительные труды по токсичности природных соединений и судебной токсикологии. Ему принадлежит первое определение токсикологии как самостоятель­ной науки о токсических свойствах химических веществ.

Труды Клода Бернара (1813 – 1878 гг.) посвящены изучению механизма действия на живой организм никотина, кураре и других ядовитых веществ, явились той основой, на которой стали быстро развиваться экспериментальная фармакология и токсикология.

С развитием химической науки, на рубеже XVIII – XIX веков, были открыты принципы биологического действия химических веществ и яды потеряли свое мистическое значение. Однако появились многочислен­ные синтетические вещества, многие из которых оказались высокотоксичными.

К 1825 г. были синтезированы фосген (СОCl₂) и горчичный газ, позднее использованные в Первой мировой войне. К 1880 году было уже синтезировано 10000 соединений. Определение токсикологического потенциала этих вновь синтезированных соединений подвело фундамент под научную основу токсикологии и ее повседневное использование.

Вплоть до XIX века токсикологии как самостоятельной научной дисциплины не существовало. Она оставалась чисто прикладной областью судебной медицины. Экспериментальная токсикология сопровождала развитие органической химии и быстро развивалась в XIX веке.

Систематическое применение химических средств защиты растений сельскохозяйственных культур от вредных объектов началось во воторой половине XIX в. Фунгицидные свойства формальдегида открыл Август Вильгельм Гофман (1818 – 1992 гг., США) в 1867 г. Формальдегид использовали для обработки семян зерновых культур. В борьбе с болезнями растений во Франции в 1887 г. Пьер Алексис Миллярде предложил смесь раствора медного купороса с известковым молоком (бордоская жидкость или парижская зелень), которую до сих пор применяют в защите растений в качестве фунгицида. В дальнейшем в Англии и США для борьбы с сорняками начали применять железный купорос, хлорат натрия, серную кислоту.

В последствии ассортимент химических средств защиты расте­ний от вредителей пополнился неорганическими соединениями фтора и бария. В 1890 г. в Германии начали применять эмульсию каменноугольных ма­сел; в 1896 г. для борьбы с сосущими вредителями были предло­жены керосиново-мыльные и керосиново-известковые эмульсии, а в 1905 г. – эмульсию нефтяных минеральных масел.

С 1890 г. в Японии началось производство москитных палочек из ромашки далматской, а впоследствии спиралей, которые долго горели и отпугивали мошек. К 1938 г. в мире производили около 18 тыс. т сухих цветков в год, из них около 70% в Японии.

Значительный вклад в развитие токсикологии внес Освальд Шмидеберг (1838 – 1921 гг.) – немецкий ученый, воспитавший около 120 студентов, которые основали лаборатории фармакологии и токсикологии во многих странах мира.

Со второй половиной XIX века мир стал свидетелем взрывного развития науки, которое обеспечило начало современной эры медицины, синтетической химии, физики и биологии.

В этот период особенно плодотворно вопросы токсикологии разрабатывают такие ученые, как А. Рабюто, М. Герман, М. Гуземан, А. Тейлор. Они являются авторами экспериментальных исследований и руководств по токсикологии: «Руководство по токсикологии» (Рабюто), «Методика токсикологического исследования» (Герман), «Токсикология» (Гуземан).

В России в 1920 – 1930 гг. были созданы химические лаборатории, занимавшиеся разработокой методов получения химических средств защиты растений и поиском новых.

Современная токсикология и проблемы. Современная токсикология может рассматриваться как продолжение развития биологических и физических наук в конце XIX и XX-м веках.

В XX веке происходит стремительное развитие токсикологии, особенно после Второй мировой войны, параллельно с ростом производства лекарств, пестицидов, вооружений, полимеров и многих промышленных химических соединений. Кратко в качестве важных этапов развития токсикологии в период XX веке можно отметить следующее.

· В конце XIX века уже регистрировались случаи отравления медикаментами. Вместе со случаями отравлениями недоброкачественными продуктами питания это привело к принятию в 1906 первого в США закона о качестве лекарств и продуктов питания.

· В 1911 г в США был образован Национальный совет безопасности, а в 1914 г был образован отдел промышленной гигиены в службе общественного здоровья. Естественным следствием этого было возникновение нескольких научных журналов и обществ, результат развития новой области – токсикологии.

· В лесничестве Горьковской области было проведено первое авиационное опыливание сосновых насаждений против шелкопряда-монашенки арсенитом натрия (1926 г.).

· В 30-х годах на основе извлечения пиретринов органическими растворителями из цветков ромашки было начато производство препаратов пиретрума, безвредных инсектицидов.

· В 1939 г. был открыт ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) Паулем Мюллером и другие хлорорганические инсектициды (гексахлорбензол, гексахлорциклогексан).

· В 30-е годы – получены антибиотики в промышленных масштабах, открыты сульфаниламиды. Наблюдение побочных эффектов сульфаниламидов – смерть от острой почечной недостаточности.

· В 1941 синтезированы препараты группы 2,4 – Д для защиты растений от сорняков (США, Эзра Краус).

· В 1945 г. впервые введен курс «Химическая защита растений» в Московской сельскохозяйственной академии.

· В США были приняты поправки к закону о пищевых, лекарственных и косметических продуктах. Поправка Деланея (1958 г.) гласила, что любое вещество с выявленным канцерогенным эффектом у животных и у человека не может быть использовано в производстве продуктов питания.

Интенсификация производства продукции растениеводства предполагает широкое применение химических средств защиты растений. Технология выращивания сельскохозяйственных культур предусматривает применение пестицидов по жестким схемам календарных обработок, приурочивая их к срокам или фазам развития растений.

Поэтому без научно обоснованного приме­нения пестицидов в интегрированной системе защиты невозмож­но получение устойчиво высокой урожайности культур и каче­ственной продукции растениеводства. В ФРГ, например, с 1970 по 1988 г. урожайность зерновых выросла с 2,6 до 6,7 т/га, а в 1991 г. получено 7,0 т/га. Рост произошел благодаря применению удобре­ний на 0,7 т/га, совершенствованию обработки почвы и семеноводства – на 1,0, химической прополки – на 0,5, использованию инсектицидов и фунгицидов — на 1,2.

Есть и другая сторона. Экологические проблемы наиболее остро проявляются в стра­нах, достигших высокого уровня насыщения земледелия пестици­дами (обычно более 3 кг в действующем веществе на 1 га пашни): в США – более 3, Франции – 6, Бельгии – 12, Голландии – 19 кг/га. В России экологические проблемы решаются при гораздо меньшей интенсивности применения пестицидов. В 1993 – 1994 гг. пестицидов в среднем по стране поставлялось и применялось 20 – 25 тыс. т в действующем веществе (50 тыс. т в препаративной фор­ме), что в расчете на площадь пашни составляет лишь 0,17 кг/га.

1.3. Основные термины и классификация видов химических воздействий организма на среду

Количество химических веществ, используе­мых растениями, животными и человеком настолько велико, а характер их биологического действия настолько разнообразен, что необходимо применять несколько видов классификаций. Сложность химических взаимоотношений между живыми организмами представлена в следующих систематизациях. Классификация по Уиттейкеру и Фини чаще всего используется экотоксикологами, а структура, предложенная С.А. Куценко – токсикологами.

Классификация различных типов химических воздействий организма на среду (по Уиттейкеру и Фини):