Факторы, влияющие на токсичность химическихсоединений
Токсичность химических соединений обусловлена n.: .: .иJмu•дси• ствием организма, токсического вешества и окружающей Токсичность вредных веществ зависит от таких факторов: дозы концентрации, физических и химических свойств, путей и
сти проникновения в организм, возраста и пола, Ипд'"n•·•дv предрасположенности. Рассмотрим некоторые факторы более робно.
Зависимость токсичности от строения химических веществ.тивно суruествующую количественную взаимосвязь между ческим строением и биологической активностью химических шеств впервые доказал Н.В. Лазарев. В соответствии с
ной им схемой (рис. 6.3) биологическая активность vннт;•п ·"
соединения зависит и от физико-химических свойств, и от
туры молекулы, определяющей химическую активность nа··н ·" ' "'
Например, растворимость в липидах способствует прюнrи <:нс>вею1ГЮ веществ в клетку.
Биологическая активность химических веществ в "="m""'''nY ""'
степени зависит от химической структуры молекулы. Так, в
1 Химическая активность :1-.-----1:Физико-химические свойства 1
вететвин с правилом разветвленных цепей соединения с линей ной углеродной цепочкой более токсичны по сравнению со свои ми разветвленными изомерами (пропиловый и бутиловый спир ты - более наркотические вещества, чем изопропиловый и изо бутиловый, пропилбензол токсичнее изопропиленбензола). Цик лические соединения с одной длинной боковой цепочкой более токсичны по сравнению с изомерами, имеющими две или несколь ко коротких цепочек (этилциклогексан более сильное наркотиче ское вещество, чем диметилциклогексан).
Согласно правилу, установленному Ричардсоном, сила нарко
тического действия углеводородов нарастает в гомологических ря
дах низших членов ряда к высшим. Однако указанная закономер
ность прослеживается лишь до определенного члена ряда, а в даль
нейшем она ослабевает или исчезает вовсе. Это обусловлено опе
режающим снижением растворимости по сравнению с нарастани
ем токсичности углеводородов при увеличении числа СНггрупп в
их молекулах. Правило Ричардсона справедливо для метанового,
этиленового, диэтиленового, ацетиленового, циклопарафинового и других гомологических рядов, кроме углеводородов ароматичес
кого ряда. Ему не подчиняются первые члены гомологических ря дов, обладающие не только несравненно большей токсичностью, чем высшие представители ряда, но и нередко оказывающие спе цифическое действие. Например, метиловый спирт поражает зри
тельный нерв, что обусловлено его биотрансформацией с образо
ванием формальдегида и муравьиной кислоты.
При замыкании цепи углеродных атомов в кольцо токсичность
углеводородов при ингаляционном воздействии возрастает (пары
циклопропана, циклопентана, циклагексана оказывают более вы
раженное наркотическое действие, чем соответствующие алифа тические аналоги- пропан, пентан, гексан). Сила наркотическо
го действия увеличивается при переходе от полиметиленового к ароматическому кольцу, что подтверждается более высокой инга ляционной токсичностью бензола по сравнению с циклогексаном,
толуола - с метилциклогексаном.
Наркотическое действие нарастает при введении в молекулу
кратных (ненасыщенных) связей. Ацетилен (СН=СН) токсичнее
этилена (С Н =СН ) и в большей степени - этана (СН3 -СН3).
2 2 2
Химическое строение 1--
'-------1-1Биологическая активностьl!--- J
Рис. 6.3. Зависимость биологической активности химических веществ от их химического строения
С увеличением числа кратных связей в молекулах химических ве
ществ наряду с наркотическим усиливается раздражающее дей-
ствие.
Введение в молекулу гидроксильной группы приводит, как пра-
вило, к ослаблению токсичности химических веществ, что объясня ется увеличением их растворимости в биологических средах. Спирты, например, менее токсичны, чем соответствующие углеводороды.
Введение же в молекулу органического соединения атома гало
гена почти всегда сопровождается усилением токсичности и паяв-
| |
лением в токсическом действии новых особенностей
кого поражения паренхиматозных органов, депрессивного и..нш·ннJ.JI
на работу сердца, раздражающих свойств. Активность атома
на зависит от его расположения в молекуле - концевой атом алифатической цепи гораздо активнее, чем присоединенный к роду, включенному в структуру циклического или
ядр . Так, хлорэтилбензол токсичнее этилхлорбензола, разш)юкшю.., щии эффект нарастает в ряду бензол-хлорбензол-диХЛ<)Оt)еl1rзо.п.
Введение в молекулу нитро-(NО 3) и нитрозо-(NО) групп деляет вещества сосудорасширяющим и гипотензивным I'D•"й·""'''n ми (нитроглицерин, этилнитрат, этилнитрит, амилнитрит). нитрозасоединений жирного и ароматического ряда, а также
ароматических аминов, нитробензола, динитробензола, анилина. толуидинов, оксилидинов) характерно метгемоглобинобразование и действие на центральную нервную систему.
Наличие карбоксильной и ацетатной групп,
увеличение полярности и гидрофильности, уменьшает токсичность веществ за счет более быстрой их детоксикации в организме. ·
Сила токсического действия зависит от пространствеиного рас- ' положения замещающих радикалов в молекуле вещества (изоме рия положения). Установлено, что сила токсического действия, как правило, ослабевает при переходе от параизомеров к мета- иортаизомерам (изомеры нитробензола, нитроанилина, нитрото луола, нитрофенола, толуидина). Исключение составляют орто трикрезилфосфат и орто-нитробензальдегид - вещества, более· токсические, чем их мета- ипара-изомеры.
Изменение химИческой структуры неэлектролитов может при вести к изменению не только наркотического, но и раздражающе го, гемолитического, бактерицидного и других видов биологичес кого действия, подчиняющихся правилу Ричардсона. С увеличени ем молекулярной массы в некоторых гомологических рядах отме-. чается усиление запаха, нарастающее до определенного члена ряда, а затем убывающее.
Перечисленные закономерности широко используются для раз работки ускоренных (в том числе математических) методов оцен ки токсичности и опасности новых химических веществ.
Физические и химические свойства токсических веществ.На ток сичность химических соединений влияют их агрегатное состояние, растворимость в воде и жирах, диссоциация на ионы и т. д.
Газообразные вещества и пары летучих жидкостей, поступив шие в организм через дыхательные пути, проявляют токсическое действие значительно быстрее, чем жидкие или твердые вещества, попавшие на кожу или поступившие в пищевой канал.
Токсичность твердых веществ зависит от размера их частиц. Тща тельно размельченные твердые вещества являются более токси ческими, чем те же вещества, имеющие более крупные частицы.
Это объясняется различной растворимостью мелких и крупных частиц вещества, а следовательно, инеодинаковой скоростью по ступления их в кровь. Токсичность химических соединений зави сит от растворимости их в жирах и воде. Жирорастворимые веще ства легко проникают в организм через кожу и легко проникают из крови в клетки через мембраны. Токсичность водорастворимых веществ зависит от их диссоциации. Так, хлорид и нитрат бария хорошо диссоциируют в воде и обладают высокой токсичностью, а сульфат бария не растворяется в воде и не оказывает токсическо го действия на организм.
Аналогичные свойства характерны идля некоторых соедине
ний мышьяка. Высокотоксическими являются хорошо диссоции
руемые в воде арсениты и арсенаты.
Растворимые в воде соли тяжелых металлов также более ток
сичны, чем их оксиды. Нерастворимый в воде хлорид ртути(l) менее
токсический, чем растворимый в воде хлорид ртути(П), а метал лическая ртуть, поступившая в пищевой канал, вообще не оказы вает токсического действия на организм. Однако под влиянием содержимого желудка определенная часть металлической ртути подвергается химическим превращениям и может растворяться,
всасываться и проявлять токсические свойства.
Влияние пола.Такая направленность токсического действия мо
жет проявляться в отношении как специфических признаков по ражения (влияние на гонады мужчин иженщин, на течение бере
менности, эмбриотропное действие), так и общего действ я. От мечается большая чувствительность женского организма к деиствию токсических веществ. Это является причиной того, что в химичес
кой промышленности установлен перечень работ и профессий, к которым не допускаются беременные женщины. Например, про изводство и упаковка свинцовых красок, производство анилина, производство бензола и нитро- иаминасоединений бензола, про
изводство солей ртути и др.