В. Особенности организма
1.Межвидовые различия: Одни и те же химические вещества по-разному влияют на разные виды живых организмов. Это обусловлено различием строения, физиологии, биохимии живых существ, принадлежащих к разным видам.
2.Половые различия: Токсичность многих ксенобиотиков для самцов и самок животных, мужчин и женщин неодинакова. Основной причиной этого являются особенности токсикокинетики ксенобиотиков.
3.Возрастные различия: Различная чувствительность организма к токсикантам в различные возрастные периоды обусловлена процессами развития, созревания, дифференциации тканей, возрастными особенностями морфологии, физиологии, биохимии органов и систем.
4.Индивидуальная чувствительность: Индивидуальная чувствительность организма обусловлена внутривидовой изменчивостью, в основе которой лежат генетические особенности организмов одного и того же вида.
Г. Свойства окружающей среды
1.Температура воздуха: Для каждого яда существует такой диапазон температур, где его токсичность минимальна. Выход за пределы этого диапазона усиливает токсический эффект. Причиной является изменение функционального состояния организма.
2.Влажность воздуха: При повышении влажности воздуха токсическое действие многих веществ (особенно газов) возрастает вследствие усиления процессов гидролиза, а также по ряду других причин.
3.Барометрическое давление: Изменение токсического действия ядов на организм при повышении или понижении давления обусловлено изменением физиологических функций организма.
4.Ультрафиолетовое излучение: При сочетании действия яда и УФизлучения токсический эффект в некоторых случаях усиливается: например, за счёт образования "смогов" из выхлопных газов.
5.Шум и вибрация: Есть данные об усилении действия ядов при одновременном влиянии шума и вибрации. Основной причиной этого является изменение функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем.
Д. Коергизм ксенобиотиков
Для обозначения всех форм эффектов, развивающихся при совместном действии химических веществ, независимо от их строения и вида подвергающейся воздействию биологической системы, принято использовать термин "коергизм".
Коергизм ксенобиотиков бывает двух типов:
1) однонаправленное действие – характеризуется наличием токсического влияния компонентов смеси на одни и те же органы и системы органов;
11
2) разнонаправленное действие – характеризуется влиянием компонентов токсичной смеси на различные органы и системы органов.
Выделяют следующие разновидности типов коергизма:
а) аддитивный синергизм – совместный эффект нескольких веществ равен сумме эффектов каждого из них при изолированном действии на организм;
б) потенцирующий синергизм – совместный эффект нескольких веществ превышает сумму эффектов каждого из них, т.е. вещества усиливают токсическое действие друг друга;
в) антагонизм – совместный эффект нескольких веществ меньше суммы эффектов каждого из них, т.е. вещества ослабляют токсическое действие друг друга, вплоть до полного устранения;
Кумуляция – суммирование действия повторных доз яда, когда последующая доза поступает в организм раньше, чем заканчивается действие предыдущей.
Различают три типа кумуляции:
1.Материальная (химическая) – накопление молекул яда.
2.Функциональная – накопление токсического эффекта.
3.Смешанная.
Толерантность – понижение чувствительности организма к яду при неоднократном введении его действующей дозы.
По механизму формирования различают следующие формы толерантности: кажущаяся и истинная.
Адаптация – истинное приспособление организма к изменяющимся условиям окружающей среды (в том числе химической), которое происходит без каких-либо необратимых нарушений биологической системы.
Компенсация – временно скрытая патология, которая впоследствии обнаруживается в виде явных патологических изменений. Компенсация развивается при нарушении адаптационных механизмов регуляции.
Отдалённый биологический эффект – развитие болезнетворных про-
цессов и патологических состояний, проявляющихся качественно и количественно новыми реакциями организма после и вследствие химических и физических воздействий в отдалённые сроки после прекращения их влияния.
К отдалённым биологическим эффектам относятся:
1. Иммунотоксичность
Иммунотоксичность можно определить как свойство ксенобиотиков вызывать нарушения функций организма, проявляющиеся неадекватными иммунными реакциями. Иммунотоксическое действие ксенобиотиков проявляется в подавлении иммунитета (иммуносупрессия), формировании гиперчувствительности к антигенам (аллергизация), в инициации аутоиммунных процессов.
12
2. Химический мутагенез
Мутации – это наследуемые изменения генетической информации, хранящейся в ДНК клеток. Химические вещества, способные вызывать мутации, называются мутагенами. Последствиями мутагенного действия являются стерильность особи, врождённые пороки развития у потомства, выкидыши и мертворождения, преждевременное старение, увеличение частоты наследственных заболеваний и др.
3. Химический канцерогенез
Канцерогенами называются химические вещества, воздействие которых увеличивает частоту возникновения опухолей или сокращает сроки их развития у человека или животных.
4. Токсическое влияние на репродуктивную функцию
Основными проявлениями токсического влияния на репродуктивную функцию являются гонадотоксичность, эмбриотоксичность и тератогенез.
Токсикокинетические параметры ксенобиотика в каждом конкретном случае определяются двумя группами факторов:
А. Физико-химические свойства вещества:
1)коэффициент распределения в системе "масло – вода".
2)размеры молекулы,
3)константа диссоциации,
4)химические свойства.
Б. Структурно-функциональные свойства организма:
1)свойства компартментов:
-соотношение воды и липидов в клетках, тканях, органах;
-наличие структур, активно связывающих ксенобиотик.
2)свойства биологических барьеров:
-толщина;
-наличие и размеры пор;
-наличие механизмов специфического транспорта веществ.
На пути вещества, движущегося через организм, постоянно возникают так называемые биологические барьеры. Основными биологическими барьерами, преодолеваемыми ксенобиотиками, являются клеточные мембраны.
Клеточная мембрана – это оболочка, отделяющая содержимое основной единицы живого организма (клетки) от окружающей среды, благодаря чему поддерживаются условия, позволяющие структурным элементам клетки выполнять свои функции.
Мембраны различных клеток различаются по своему составу и функциям. Данное разнообразие основано на структурном единстве всех мембранных
13
систем. Структурной основой всех биологических мембран является двойной слой (бислой) молекул липидов, окружённый и пронизанный молекулами белков. Кроме фосфолипидов, в состав липидного бислоя клеточных мембран входят гликолипиды, а также стеролы. На внешней поверхности клеточных мембран располагаются углеводы, представленные гликопротеинами. Толщина каждого слоя клеточной мембраны составляет около 3 нм, общая толщина – около 10-12 нм. Постулируется, что мембраны имеют гидрофильные поры диаметром 0,3-1,0 нм.
Транспорт веществ через биологические барьеры – чрезвычайно сложный процесс. Основными механизмами транспорта химических веществ через биологические барьеры являются диффузия, фильтрация, активный транспорт, цитоз.
Диффузия – процесс перемещения массы вещества в пространстве вследствие хаотического движения его молекул. Движущей силой диффузии является градиент концентрации вещества по обе стороны биологической мембраны.
Фильтрация – процесс просачивания жидкости с растворёнными в ней молекулами веществ под действием механической силы (гидростатическое, осмотическое давление) через пористые мембраны, задерживающие крупнодисперсные частицы. Движущей силой фильтрации является градиент давления по обе стороны биологической мембраны.
Можно выделить следующие виды специфического транспорта веществ через биологические мембраны:
1.Каталитическая (облегчённая) диффузия – перенос вещества через мембрану по градиенту концентрации с участием носителя.
2.Активный транспорт – процесс переноса вещества через мембрану с участием носителя против градиента концентрации.
3.Цитоз – процесс переноса вещества через мембрану путём образования мембранных везикул.
Мембранотоксины – химические вещества, прямое или опосредованное действие которых на клеточные мембраны приводит к дезорганизации и нарушению структуры и функций мембран и, как следствие, к гибели клеток.
Выделяют несколько механизмов повреждения мембранных структур, которые принято называть болезнями мембран. Основными из них являются:
1."Кальциевая болезнь": Она заключается в усилении гидролиза фосфоли-
пидов клеточных мембран вследствие активации собственной фосфолипазы ионами Ca 2+.
2."Перекисная болезнь": Она заключается в перекисном окислении фосфолипидов клеточных мембран, инициируемом свободными радикалами, образующимися в клетке при метаболизме некоторых ксенобиотиков.
3."Осмотическая болезнь": Она заключается в механическом повреждении клеточных мембран при изменении осмотического давления в клетке.
4."Иммунологическая болезнь": Она заключается в изменении проницаемости клеточных мембран и их разрушении под действием антител в результате протекания реакции антиген–антитело.
14
Основные параметры токсикометрии:
1.Среднесмертельная доза DL 50 – количество яда, вызывающее гибель 50
%подопытных животных при определенном способе поступления яда (кроме ингаляционного) в течение определенного срока последующего наблюдения (обычно около двух недель).
2.Среднесмертельная концентрация СL 50 – концентрация яда, вызывающая гибель 50 % подопытных животных при ингаляционном способе поступления яда в течение определенного срока последующего наблюдения.
3.Порог острого токсического действия Limac – минимальная доза (концентрация) яда, вызывающая при однократном воздействии изменения в организме, выходящие за пределы приспособительных физиологических показателей.
4.Порог хронического токсического действия Limch – минимальная доза (концентрация) яда, вызывающая при длительном (многократном) воздействии функциональные и морфологические изменения органов и систем организма.
Зона острого действия показывает область концентраций (доз), оказывающих действие на организм при однократном поступлении яда от начальных (появление первых признаков отравления) до крайних (гибель организма) форм влияния:
Zac = CL50 /Limac
Зона хронического действия показывает существующий разрыв между концентрациями (дозами) яда, вызывающими начальные проявления интоксикации при однократном и при длительном поступлении в организм:
Zch = Limac /Limch.
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) – характеризует опасность развития острого отравления:
КВИО = Cmax 20/CL50,
– максимально достижимая концентрация яда в воздухе при температуре 20 0С.
Предельно допустимая концентрация ПДК – такое содержание вредного вещества в компонентах окружающей среды (воздухе, воде, почве), которое при периодическом (т.е. за определенный промежуток времени) или постоянном (т.е. в течение всей жизни человека) воздействии практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.
Коэффициент запаса Ks – характеризует разницу между порогом хронического действия яда и его ПДК.
1.3. Нормирование токсичных веществ в окружающей среде
Экологическое нормирование – это процесс научной разработки и юридического закрепления системы количественных и качественных показателей
15