Общие механизмы цитотоксичности

Часто в основе токсического действия веществ лежит повреждение клеток, сопровождающееся их функциональными либо структурно-фун-кциональными изменениями. Разнообразие формирующихся при этом эффектов со стороны целостного организма обусловлено сложностью ор-ганизации клеток, многообразием клеточных форм, составляющих орга-низм. Сформировавшиеся в процессе эволюции особенности структуры и функции отдельных клеточных типов, формирующих различные орга-ны и ткани, настолько существенны, что чувствительность различных клеток к токсикантам может отличаться в тысячи раз. Тем не менее жи-вое объединено общностью фундаментальных свойств, а это позволяет выделить и некоторые общие механизмы, лежащие в основе цитотокси-ческого действия ксенобиотиков. К числу важнейших можно отнести следующие:

» нарушение энергетического обмена;

* активация свободнорадикальных процессов в клетке; » повреждение клеточных мембран;

* нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция;

* нарушение процессов синтеза белка и клеточного деления. Необходимо отметить, что все эти механизмы тесно связаны друг с Другом. Порой один из них является пусковым, но в дальнейшем особую значимость для судьбы поврежденной клетки приобретаютдругие. Очень часто два или несколько из упомянутых механизмов связаны между собой по типу «порочного круга».

С «% ^

Нарушение процессов биознергетики

•*-Изнь клеток — это постоянный процесс синтеза сложных молекул (нук-

леиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов и т. д.), т. е. структур с

Достаточно высокой энтальпией и низкой энтропией. Синтетические

Роцессы, идущие с поглощением энергии, невозможны без одновремен-

°го протекания реакций, сопровождающихся ее высвобождением. Основ-

Ньщ видом таких реакций в организме является гидролитическое рас-

Часть I. ТОКСИКОЛОГИЯ

щепление богатых энергией веществ, содержащих пирофосфатные связи (макроэрги), таких как: аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), адено-зиндифосфорная кислота (АДФ), гуанозинтрифосфорная кислота (ГТФ), цитозинтрифосфорная кислота (ЦТФ), уридинтрифосфорная кислота (УТФ), ацилфосфаты и др. В конечном итоге энергетические возможно-сти клетки определяются запасами макроэргов, и в первую очередь — АТФ. Процессы, обеспечивающие поддержание определенного уровня АТФ в клетках организма, составляют основу и сущность энергетическо-го обмена.

Основными элементами биологической системы, обеспечивающей образование макроэргов в организме, являются:

* механизмы доставки кислорода к клеткам;

* механизмы биологического окисления субстратов — источников энергии (ферменты цикла трикарбоновых кислот, ферменты ды-хательной цепи);

* механизмы сопряжения биологического окисления и фосфори-лирования молекул-предшественников макроэргических соеди-нений (например, образования АТФ из АДФ и фосфата).

Механизмы, посредством которых токсиканты могут нарушать энер-гетический обмен, разнообразны.

Непрямым механизмом повреждающего действия на энергообмен яв-ляется повреждение токсикантами систем транспорта кислорода в орга-низме и понижение его парциального давления в тканях (оксид углерода, метгемоглобинообразователи).

Мышьяк, ртуть, их органические и неорганические соединения, дру-гие тяжелые металлы, йодацетат и прочие способны взаимодействовать с сульфгидрильными группами целого ряда энзимов гликолиза и цикла трикарбоновых кислот и подавлять их активность (сульфгидрильные яды). Действие таких веществ на энергообмен малоспецифично и, как правило, сопровождается нарушением и других метаболических процес-сов. Специфичнее действуют токсиканты — взаимодействующие с актив-ными центрами энзимов, непосредственно регулирующих реакции био-логического окисления и фосфорилирования.

Ингибирование энзимов цикла трикарбоновых кислот (ТКК) являет-ся пагубным для клетки. Так, некоторые фторированные спирты и фтор-карбоновые кислоты (ингибиторы ферментов цикла ТКК) являются чрезвычайно токсичными соединениями, вызывающими смертельное отравление в дозах нескольких миллиграмм на килограмм массы.

Большое токсикологическое значение имеют вещества, действуюшие на цепь дыхательных ферментов. Окисление субстратов, образуюшихся в цикле ТКК при угнетении активности таких ферментов, прерывается и исчезает движущая сила процесса синтеза АТФ из АДФ и неорганическо-го фосфата. Токсиканты, блокирующие элементы цепи дыхательных ферментов (цианиды, сульфиды, азиды), могут в течение нескольких ми-нут привести организм к гибели.

Глава 5. ТОКСИКОДИНАМИКА

Некоторые вещества способны разобщать процессы биологического исления и фосфорилирования. Такими свойствами обладают, напри-°Кр 2,4-динитрофенол (ДНФ), динитро-о-крезол (ДНОК), хлорфенолы, сенаты и др. Механизм действия разобщителей до конца не выяснен. Полагают, что они облегчают переход протонов через мембрану из мито-ондрий в цитоплазму. Двигателем же процесса образования АТФ из дПф и неорганического фосфата как раз и является градиент протонов по обе стороны мембраны митохондрий, подцерживаемый реакциями биологического окисления. В результате действия «разобщителей» синтез дТФ в клетках прекращается, а образующаяся в ходе окисления субстра-тов энергия рассеивается в форме тепла.

Наконец, еще одним механизмом нарушения энергообеспечения клетки является угнетение митохондриальной транслоказы, обеспечива-ющей транспорт ситезированной АТФ из митохондрий в цитоплазму. Та-ким образом действует, в частности, атрактилозид, вещество выделяемое из растения ВЫе1 АШс1уИз %итт1/ега, произрастающего в Средиземно-

морье.

Результатом токсического повреждения энергетического обмена кле-ток является нарушение их функций и гибель. Наибольшей чувствитель-ностью к ингибиторам энергопродукции обладают клетки нервной систе-мы, почек, миокарда.

Активация свободнорадикальных процессов в клетке

Некоторые ксенобиотики, попав во внутренние среды организма, под-вергаются метаболическим превращениям, в ходе которых образуются промежуточные продукты (см. 4.4.2. «Метаболизм ксенобиотиков (био-трансформация)»). Многие промежуточные продукты существуют в форме свободных радикалов, т. е. в форме молекул, на внешней орбитали кото-РЫХ находится неспаренный электрон. Наличие такого электрона делает метаболит способным к активному взаимодействию с различными струк-турами-мишенями (рис. 14).

» Связывание с протеинами » Связывание с ДНК и РНК « Окисление ЗН-групп » Истощение коэнзимов * Пероксидация липидов

Рис. 14. Некоторые эффекты свободных радикалов

К числу веществ, действие которых может быть обусловлено образо-свободных радикалов, относятся иприты, фосген, четыреххлори-стый углерод, бенз(а)пирен, паракват и многие другие.

Способность веществ метаболизировать с образованием радикалов °бычно связывают с величиной их одноэлектронного восстановительно-

Часть I. ТОКСИКОЛОГИЯ

го потенциала. Соединения с высокой аффинностью к электрону пред-расположены к их акцепции и легко восстанавливаются системами мета-болизма ксенобиотиков, в то время как вещества с низким сродством к электрону восстанавливаются биосистемами готохо. В присутствии кис-лорода восстановленные радикалы спонтанно окисляются до исходной формы, а затем вновь подвергаются восстановлению. Складывается свое-образный окислительно-восстановительный цикл превращения ксеноби-отика. Вещества, не вступающие в окислительно-восстановительный цикл, не являются источниками образования свободных радикалов в клетках. Например, хлороформ (НСС1з) является слабым источником свободных радикалов из-за низкой способности к одноэлектронному восстановлению. Напротив, четыреххлористый углерод (СС14) легко ме-таболизирует в трихлорметильный активный радикал (*СС1з) и иниции-рует каскад радикал-инициируюших реакций.

Превращения молекулы в системе окислительно-восстановительного цикла сопровождается активацией молекулярного кислорода путем одно-валентного восстановления последнего до супероксид-аниона (Оз*). Су-пероксид при взаимодействии с водой с большой скоростью дисмутирует с образованием перекиси водорода (Н^О^) и чрезвычайно активного ок-сиданта — гидроксильного радикала (ОН*). Эти так называемые вторич-ные радикалы представляют большую опасность для клетки, поскольку, обладая достаточной стабильностью, взаимодействуют с самыми разны-ми биомолекулами, повреждают их и провоцируют формирование цеп-ных реакций дальнейшего образования третичных и т. д. активных ради-калов из воды, липидов, аминокислот. Интегральный эффект такого каскада радикал-инициирующих реакций приводит к значительному на-рушению физиологии клетки, ее повреждению (рис. 15).

клеточная система

_

энзиматической е Д активации ^/ \^

окисленная форма ксенобиотика ^ О2* —— *• О2* + О2* +2Н*-

X °' + Н2О2 + Ре++

/ \ г\ П * восстановленная ^2 ^2 форма ксенобиотика + Р64-"

1\ /

дополнителыные метаболиты /

Н2О2 + О2 -•ОН + ОЬГ-Н202

• Ре

О2*; Н2О2;*ОН

\

органические и неорганические радикалы (аскорбат, карбонаты, формиаты, тиоцианаты, тиолаты и др.)

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ БИОМОЛЕКУЛЫ

Рис. 15. Окислительно-восстановительный цикл трансформации ксенобиотиков, в& провождающийся активацией свободнорадикальных процессов в клетке. *'

02* — супероксидный анион; ОН* — гидроксильный радикал "'

Глава 5. ТОКСИКОДИНАМИКА

&*»**••

Содержание в клетке свободных радикалов жестко контролируется ши-

ким спектром как ферментативных, так и неферментативных механиз-

в антирадикальной защиты. Основными элементами ферментативной

ашиты являются: супероксиддисмутаза, каталаза, глутатион-пероксидаза,

лутатион-редуктаза; неферментативной — а-токоферол, р-каротин, ас-

корбиновая кислота, восстановленный глутатион, мочевая кислота. Отде-

льные элементы системы зашиты действуют комплексно и потенцируют

эффект друг друга. Они локализуются либо в гидрофобных, либо гидрофи-

льных компартментах клеток (например, токоферол — липофилен, глута-

тион, аскорбиновая кислота — гидрофильны). Результатом действия сис-

темы антирадикальной защиты клетки является превращение свободных

радикалов в нереакционноспособные вещества. Однако если функциони-

рование окислительно-восстановительного цикла превращения ксенобио-

тика, проникшего в организм в относительно высокой дозе, будет продол-

жаться в течение достаточно длительного времени, механизмы клеточной

защиты могут истощиться и произойдет повреждение клетки.

Итогом такого действия являются изменение функционального со-стояния и гибель клетки, мутация ее генетического кода, что на уровне макроорганизма приводит к явлению массивной клеточной гибели (не-кроз), разрастанию соединительной ткани в органе (фиброз), развитию новообразований в отдаленные периоды после действия токсиканта, те-ратогенезу (рис. 16).

ВЕЩЕСТВО (токсикант)

Клеточная

метаболизирующая

система

Коергизм Особенности диеты

Ионизирующее излучение

ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ

УФ-облучение

Активация токсиканта

Радикальные формы «активного кислорода»

Активация токсиканта

Энзиматическая и неэнзиматическая защита клеток

• супероксидцисмутаза » каталаза • СЗН-пероксидаза • 055С-редуктаза » аскорбат » глутатион • мочевая кислота « токоферол

Взаимодействие с молекулами-мишенями

I

Механизмы'репарации Нарушение клеточного метаболизма

Повреждение клетки

МАНИФЕСТАЦИЯ активации свободнорадикальных процессов

Генерация диффундирующих реактивных продуктов взаимодействия молекул и радикалов

» мутагенез; канцерогенез

« фотосенсибилизация; фотоаллергия

» гемолиз эритроцитов

« некроз кпеток

» фиброз пораженных органов

Рис. 16. Активация свободнорадикальных процессов в клетках и их последствия

Часть I. ТОКСИКОЛОГИЯ

Характер повреждающего действия активных радикалов во многом определяется их стабильностью и расстоянием, на которое они могут мигрировать от места своего образования. Наиболее реакционноспособ-ные радикалы (винилгалогены, дигидропиридины) разрушают только образующие их энзимы. Метаболиты, обладающие меньшей реакцион-ной способностью, способны выходить даже за пределы органов, в кото-рых они образуются, и повреждать другие органы и ткани (метаболиты гексана вызывают периферическую нейропатию; метаболиты пирроли-зидиновых алкалоидов мигрируют из печени в легкие, где повреждают сосуды и т. д.).

Повреждение мембранных структур

Помимо непосредственного действия на липидный бислой (см. выше) возможны и иные механизмы повреждения токсикантами биомембран. К числу важнейших относятся:

* активация перекисного окисления липидов;

* активация фосфолипаз. *'•' Активация перекисного окисления липидов. Благодаря высокому содер-жанию ненасыщенных связей в углеводородной цепи жирных кислот, фосфолипиды клеточных мембран наиболее предрасположены к реакции окисления, инициируемой свободными радикалами, образующимися в клетке (см. выше). Этому способствует то обстоятельство, что молекуляр-ный кислород в 7-8 раз лучше растворяется в липидной фазе, чем в воде и гидрофильных сайтах клетки. Атака активных форм кислорода на нена-сышенные связи жирных кислот приводит к образованию пероксидных радикалов («перекисное окисление липидов») и разрушению биологиче-ских мембран. Процесс перекисного окисления сопровождается также образованием из липидов высокореакционноспособных и легко диффун-дирующих карбонильных радикалов, которые могут обусловливать не-благоприятные процессы, развивающиеся в клетках далеко за пределами места своего образования — не только клетки, но и органа. Хорошо кро-воснабжающиеся и насыщенные кислородом ткани (легкие, сердце, го-ловной мозг) являются более чувствительными к повреждающему дейст-вию прооксидантов.

Активация фосфолипаз. Важным механизмом повреждения биологи-ческих мембран является гидролиз фосфолипидов, наступающий вслед-ствие активации фосфолипаз (особенно фосфолипазы А2). Активация энзима происходит в результате прямого или опосредованного (гипок-сия, нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция и т. д.) действия многих токсикантов на клетки организма (рис. 17).

В результате действия фосфолипазы А2 на липиды биологических мембран высвобождается арахидоновая кислота. Последняя является, в свою очередь, субстратом энзима циклооксигеназы. Превращение арахи-доновой кислоты под влиянием энзима приводит к образованию эйкоза-ноидов (простагландинов, тромбоксанов, простациклинов) — веществ,

Глава 5. ТОКСИКОДИНАМИКА

ирующих воспалительные процессы в тканях. Под влиянием друго-аК нзима 5-липоксигеназы арахидоновая кислота превращается в лей-г° оиены и эйкозатетраеноевые кислоты — химиоатрактанты нейтрофи-К вешества, регулирующие сосудистую проницаемостъ.

Еще одним продуктом энзиматического расщепления липидов мемб-

является фактор агрегации тромбоцитов (ФАТ) — клон биологически

ктивных веществ (более 150 аналогов) близкого строения. ФАТ — чрез-

ычайно токсичные вещества (ЬО^о для кролика — 0,005 мг/кг; для соба-

ки __ 0,07 мг/кг), вызывающие при внутривенном введении шокоподоб-

ное состояние (острый, некупируемый коллапс, бронхоспазм и др.).

ТОКСИКАНТЫ

экзогенные фосфопипазы (змеиные яды)

фактор агрегации тромбоцитов

он

простагландин

лейкотриены

Рис. 17. Образование биологически активных веществ при участии фосфолипаз, активируемых в ходе токсического процесса

Поскольку система внутриклеточных мембран также является мише-нью ддя действия многочисленных токсикантов, среди них можно выде-лить группу митохондриальных ядов, повреждающих различные звенья Процессов биоэнергетики, — веществ, действующих на шероховатый (на-РУШение процессов синтеза белка) и гладкий эндоплазматический рети-кУлум (индукция или угнетение метаболизма ксенобиотиков), лизосома-льные мембраны (провоцируют аутолиз клеток) и др.

Часть I. ТОКСИКОЛОГИЯ

Нарушение гомеостаза ^ -. внутриклеточного кальция

Нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция, сопровождающееся существенным повышением его концентрации в цитоплазме клетки, ле-жит, как полагают, в основе механизма клеточной гибели при различных патологических состояниях, в том числе при острых отравлениях. Цито-токсическое действие самых разных токсикантов (цианидов, четыреххло-ристого углерода, свинца, органических соединений олова и ртути, алки-лирующих агентов, диоксина и т. д.), как полагают, хотя бы отчасти связано с повышением уровня кальция внутри клеток.

В норме низкая концентрация кальция в цитоплазме подцерживается энергозависимыми механизмами его активного удаления из клетки и компартментализашш в клеточных органеллах (рис. 18).

Са2+ 1,3 мМ

КЛЕТКА

АТФ

\

АДФ

АДФЧ

Са2+ ЮОнМ

Са2+

митохондрии

АТФ

АТФ

эндоплазматический ретикулум

АДФ

ядро

Рис. 18. Схема регуляции ионов кальция в цитоплазме "'

Нарушение механизмов поддержания гомеостаза внутриклеточного кальция, как это видно из представленной схемы обмена иона, может стать следствием:

* повреждения биологических мембран и усиления их проницае-мости для ионов;

* нарушения биоэнергетики клетки, приводящего к истощению запасов макроэрогов;

* изменения функционального состояния белковых комплексов (в том числе пугем действия на соответствующие рецепторы), образующих каналы для Са2+.

Главаб. ТОКСИКОДИНАМИКА

псе эти механизмы могут приводить к усилению инфлюкса кальция неклеточной жидкости и его высвобождению из депо в цитоплазму И3 ки Примеры веществ, повреждающих механизмы поддержания го-^ стаза кальция внутри клеток, представлены в табл. Н.

Таблица 11 Некоторые вещества, нарушающие внутриклеточный гомеостаз кальция

Высвобождение кальция из митохондрий: динитрофенол динитрокрезол кадмий

3. Усиление поступления кальция через плазматическую мембрану: » четыреххлористый углерод » 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин

2 Высвобождение кальция из

эндоплазматического ретикулума:

• четыреххлористый углерод « бромбензол

• перекиси

• альдегиды ___

4. Угнетение эффлюкса кальция из клетки: » цистамин

* хиноны » паракват

* ванадий

Цитотоксический эффект, опосредованный стойким повышением со-держания свободного кальция в цитоплазме, в настоящее время связыва-ют с развивающимся при этом повреждением целостности цитоскелета и неконтролируемой активацией катаболических энзимов (фосфолипаз, протеаз, эндонуклеаз).

Повреждение цитоскелета. Цитоплазма клетки помимо цитозоля и клеточных органелл, как правило, содержит еще и нитевидные белковые структуры, которые в массе формируют клеточный скелет. Это образова-ние выполняет не только стабилизирующую и структурирующую, но и другие функции, среди которых обеспечение клеточного деления, внут-риклеточный транспорт, секреция, обмен рецепторных белков, регуля-ция клеточной подвижности и формы.

При действии разнообразных веществ на изолированные клетки (ку-льтура ткани) выявляется отчетливое изменение формы их поверхности: появляются выпячивания цитоплазмы (пузырьками — ЫеЪ$). Такое «пу-зырение» (или вскипание — ЫеЬЫп$) клеточной мембраны — один из ранних признаков разрушения сети цитоскелета, предшествующий раз-РУшению клетки.

Кальций вовлечен в процесс поддержания структуры цитоскелета че-Рез ряд Са2+-связывающих протеинов и Са2+-зависимых энзимов, обес-печивающих ассоциацию белков цитоскелета с белками плазматической мембраны. Во-первых, стойкое увеличение концентрации кальция в ци-тозоле разрушает комплекс актина микрофиламентов с а-актинином, елком, связывающим микрофиламенты цитоскелета с белками плазма-тической мембраны. Во-вторых, Са2+ активирует протеазы (см. ниже), которые могут расщеплять актин-связывающие белки, разрушая тем са-^ьщ места прикрепления филаментов цитоскелета к клеточной мембра-Не- Отщепление цитоскелета от мембраны приводит к ослаблению фик-

Часть !, ТОКСИКОЛОГИЯ

Глава 5. ТОКСИКОДИНАМИКА

сации последней и ее «вскипанию», что и наблюдается при действии различных токсикантов на клетки.

Активация фосфолипаз. Эти энзимы широко представлены в различ-ных клетках. Особое значение имеют фосфолипазы А2, основная функ-ция которых состоит в удалении из мембран поврежденных фосфолипи-дов путем отщепления жирных кислот, подвергшихся пероксидации. Фосфолипазы А2 являются Са2+- и кальмодулин-зависимыми энзимами и, следовательно, чувствительными к повышению кальция в цитоплазме. При интоксикациях стимуляция фосфолипаз избыточным кальцием при-водит к усилению разрушения фосфолипидов мембран и повреждению клеток.

Активация протеаз. К числу протеаз с оптимумом активности в облас-ти нейтральных значений рН относятся АТФ-зависимые и Са2+-зависи-мые (кальпаины) протеазы. Кальпаины присутствуют практически во всех клетках млекопитающих. Они локализуются вне лизосом, в мемб-ранных структурах в форме неактивного комплекса с ингибиторными протеинами (кальпастатины). Основные функции кальпаинов — репара-ция цитоскелета и клеточных мембран, разрушение рецепторных протеи-нов и их обновление, активация некоторых энзимов, участие в процессах митоза. Неуправляемая активация кальпаинов кальцием приводит к по-вреждению микрофиламентов цитоскелета и гибели клеток.

Активация эндонуклеаз. При завершении клеткой жизненного цикла активируется процесс «программированной» физиологической клеточ-ной гибели — апоптоз. На ранних этапах в апоптотической клетке прояв-ляются морфологические изменения: «вскипание» клеточной и ядерной мембран, угототнение органелл, конденсация хроматина. Биохимическим коррелятом процесса является активация эндонуклеаз, энзимов, расщеп-ляющих хроматин на фрагменты — олигонуклеосомы. Установлено, что кальций участвует в активации эндонуклеаз, а повышение его содержа-ния в цитоплазме значительно активирует процесс фрагментации ДНК. Активация эндонуклеаз может быть причиной гибели клеток печени, ми-окарда, почек и других органов при отравлениях многими химическими веществами.

Повреждение процессов синтеза белка и клеточного деления

В основе нарушения процессов синтеза белка, клеточного деления и пе-редачи наследственной информации лежит повреждение токсикантами молекул ДНК, РНК и ферментов, учаетвующих в их синтезе и репарации (табл. 12).

Кроме представленных в табл. 12 существуют и другие способы ток-сического повреждения процессов. Так, в фазе приготовления к митозу возможно повреждение центриолей и угнетение синтеза митотического аппарата, образующего клеточное веретено. Веретено формируется 5Н-содержащими протеинами (тубулином), которые благодаря -8-8-связям

(=1П

3уЮТ нитевидные структуры. Естественно, токсиканты, взаимодей-° уюшие с 5Н-группами, способны повреждать митотическое веретено °Т ем самым нарушать клеточное деление. Примерами таких токсикан-Й в являются мышьяк, ртуть и их соединения, колхицин, подофилоток-

син и др-

Таблица 12

Возможные точки приложения повреждающего действия токсикантов на процессы синтеза белка и клеточного деления

1. Синтез ДНК. Репликация

» изменение структуры (конформации) ДНК » нарушение процесса полимеризации ДНК

* нарушение синтеза нуклеотидов

* нарушение процесса репарации ДНК

» нарушение механизмов регуляции синтеза ДНК

2. Синтез РНК. Транскрипция « разрушение РНК

* нарушение полимеризации РНК

* нарушение процессии РНК

» нарушение синтеза нуклеотидов

» нарушение механизмов регуляции синтеза РНК

3. Синтез белка. Трансляция

» нарушение организации и процессии рибосом и полисом

« нарушенйе полимеризации аминокислот

* нарушение образования аминоацетил-1РНК

« нарушение формирования конформации белка и его

третичной и четвертичной структур » нарушение механизмов регуляции трансляции

Повреждающее действие химических веществ на ДНК называется ге-нотоксическим. Результатом генотоксического действия ксенобиотиков нередко является мутагенез.

Мутации — это наследуемые изменения генетической информации, хранящейся в ДНК клеток. Химические вещества, способные вызывать мутации, называются мутагенами.

Все клетки организма находятся в одной из фаз клеточного цикла:

1. Покоя (фаза Со): клетка функционирует или покоится (большинст-во соматических неделящихся клеток).

2. Синтеза клеточных компонентов, необходимых для последующего синтеза ДНК (фаза С\): идет накопление необходимого количества пури-^овых и пиримидиновых оснований и других химических компонентов АНК. В делящейся клетке процесс занимает до 40% общего времени цик-Ла клеточного деления.

^интеза ДНК (фаза 8): осуществляется «сборка» новой молекулы из наличествУюЩих в клетке компонентов. Процесс занимает до времени клеточного цикла.

Часть I. ТОКСИКОЛОГИЯ

4. Синтеза клеточных компонентов ддя митоза (фаза О^). В частности синтезируются мономеры и полимер тубулина и т. д. Процесс занимает около 19% времени цикла делящейся клетки.

5. Митоза (фаза М): разделение генетического материала между вновь образуюшимися дочерними клетками; клеточное деление. Процесс зани-мает 2% времени.

Некоторые химические вещества способны вызывать мутации лищь тех клеток, которые находятся в определенной фазе цикла, это так назы-ваемые цикло-специфичные вещества. Другие действуют на генетиче-ский аппарат не зависимо от того, в каком периоде клеточного цикла находится клетка (цикло-неспецифичные). Такая особенность опреде-ляется механизмом токсического действии веществ (см. выше). К числу цикло-неспецифичных принадлежат мутагены, способные вызывать хи-мическое повреждение ДНК (алкилирующие агенты и химические мо-дификаторы нуклеотидов). Все остальные мутагены являются цикло-специфичными.

Основными видами мутаций, вызываемых химическими веществами, являются:

1) точечная мутация, связанная с модификацией одного нуклеоти-да в структуре ДНК (замещение нуклеотида, выпадение нуклео-тида из цепи, включение дополнительного нуклеотида в цепь);

2) хромосомные аберрации, т. е. изменение структуры хромосом (разрывы молекул ДНК, транслокации фрагментов ДНК) или числа хромосом в клетке.

Далеко не всякая модификация молекулы ДНК (мутация) является опасной для организма.

Клетки обладают способностью корректировать и устранять повреж-дения ДНК. Вследствие этого лишь небольшое число мутаций, иниции-рованных токсикантом, сохраняется в процессе репликации молекулы. Однако если мутация не распознана, извращенная информация транс-крибируется в РНК, а затем экспрессируется в форме неполноценного протеина. Последствия этого для клетки могут быть либо несушествен-ны, либо критичны, в зависимости от функций, выполняемых протеи-ном.

Неблагоприятные эффекты мутагенеза определяются также и тем, в клетках какого типа он реализуется: половых или соматических, стволо-вых и делящихся или созревающих и зрелых. Результатом грубых мута-ций половых клеток и делящихся клеток развивающегося плода являют-ся: стерильность особи, врожденная патология у потомства, тератогенез, гибель плода. Мутации стволовых и делящихся соматических клеток со-провождаются структурно-функциональными нарушениями тканей с не-прерывной физиологической регенерацией (система крови, иммунная система, эпителиальные ткани) и канцерогенезом. Повреждение токси-кантом ДНК зрелой соматической клетки не приводит к пагубным по-следствиям для организма.

Главаб.ТОКСИКОДИНАМИКА

Последствия повреждения ДНК зависят от дозы токсиканта. Высокие вызывают цитостатический эффект (гибель пула делящихся кле-дистрофические изменения в клетке, более низкие — канцероген-Т°е тератогенное действие. Н° Сушествует представление, согласно которому проникновение в ор-

изм даже единственной молекулы генотоксиканта (в отличие от ток-Га кантов с иным механизмом токсического действия) может привести к СИрубным последствиям. Дело в том, что химическое повреждение еди-"ичной молекулы ДНК в единичной клетке макроорганизма, при стече-нии обстоятельств, может стать причиной образования целого клона клеток с измененным геномом. Вероятность такого события бесконечно мала, но теоретически возможна. Такой характер действия веществ на биосистемы называется беспороговым.

5.3, Развитие токсического процесса

Повреждение биологических систем в наиболее общей форме реализует-ся нарушением основных функций живого:

* раздражимости;

* энергетического обмена; » пластического обмена;

» системы физиологической регенерации и размножения; » информационного обмена; » интегративной регуляции.

Нарушение энергетического обмена, как правило, приводит к быст-рому формированию нарушений наиболее энергоемких органов (ЦНС, сердечная мышца, почки). Нарушение пластического обмена сопровож-дается медленным развитием длительно текущих патологических процес-сов в наиболее чувствительных органах и системах. Нарушение системы физиологической регенерации тканей проявляется поражением прежде всего системы крови, эпителия слизистой оболочки ЖКТ, органов ды-хания, кожи и ее придатков. Нарушение информационного обмена при-водит к нарушению механизмов нервной и гуморальной регуляции про-чессов, происходящих в организме. Вещества, нарушающие нервную РегУДяцию, как правило, вызывают быстро развивающиеся эффекты. Клиническая картина интоксикации зависит прежде всего от того, ка-е органы и ткани будут вовлечены в патологический процесс.

фоявления токсического процесса, инициируемого токсикантами Зличных групп, рассматриваются ниже.

Глава 6. АНТИДОТЫ. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОКАЗАНИЯ НЕОТЛОЖНОЙ ПОМОЩИ ОТРАВЛЕННЫМ

'№••