Лекция Токсикология с позиций экологии. Классификация токсикантов
| Вид материала | Лекция |
- Рабочая программа дисциплины «Экологическая токсикология» Код дисциплины по учебному, 187.94kb.
- Лекция №12. Классификация космических снимков Лекция №12. Классификация космических, 229.43kb.
- Экология как научная, 94.09kb.
- 9. Лекция: Новое поколение технологического оборудования, 120.87kb.
- "Ветеринарная и клиническая фармакология. Токсикология" Специальность: 111201 Ветеринария, 237.1kb.
- Лекция 2 Классификация Хокни. Классификация Шора (Shore) (Систематика Шора), 32.8kb.
- Лекция 5 Капитальные вложения. Источники и формы их финансирования, 843.14kb.
- Тема: понятие ландшафта. Классификации ландшафтов лекция Трактовки понятия «ландшафт»., 93.18kb.
- Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 03. 02. 08 экология, 290.05kb.
- Конспект лекций по Экологии Лекция, 3388.53kb.
Лекция 1.
Токсикология с позиций экологии. Классификация токсикантов.
Токсикология буквально означает – наука о ядах (toxicon – яд, греч.). Экология – наука о доме (ecos – дом, греч.), то есть о среде, окружающей все живое (биос).
Таким образом, экологическая токсикология – это наука о ядовитых веществах в окружающей биос среде (ОС). В современном понимании экологическая токсикология – вид научной и практической деятельности, направленный на изучение механизмов поступления отравляющих веществ (ОВ) в ОС и из неё в организм человека, животных и растений, предупреждение попадания ОВ в ОС и живые организмы, разработку методов обезвреживания ОВ.
В 1828 г. Фридрих Вёлер впервые получил органическое химическое соединение из неорганического вещества. Нагревая раствор циановокислого аммония, он выделил мочевину, или карбамид:
За 130 последующих лет с 1828 по 1958 гг., путем направленного синтеза было получено 250 тысяч новых органических соединений, то есть соединений углерода с другими элементами. В последние 40 лет ХХ века началось стремительное ускорение работ по химическому синтезу. В среднем за год создавалось по 250 тысяч новых органических соединений. К 2000 г. их общее количество достигло 10 млн, 100 000 из которых, по оценке Е.А. Лужникова, доступны для широкого производства и применения. Одна треть производимой химической продукции поступает в приземные слои атмосферы, почву и гидросферу. В химическом загрязнении ОС участвуют также продукты добычи и переработки нефти, рудные и нерудные полезные ископаемые, яды растительного и животного происхождения.
Длительное соревнование за достижение превосходства в области химических вооружений привело к созданию крупнейших запасов боевых отравляющих веществ (БОВ) (табл.1).
^ Таблица 1
Объявленные запасы боевых отравляющих веществ в арсеналах России
по состоянию на 1994 год (А.И. Заиченко)
| ^ Место хранения | Масса ОВ, тыс.т | Вид ОВ |
| г. Камбарка, Удмуртская Республика | 6,36 | люизит |
| п.г.т. Кизнер, Удмуртская Республика | 5,68 | зарин, зоман, VX, люизит |
| п. Марадыковский, Кировская область | 6,98 0,8 | зарин, зоман, VX, смесь иприта с люизитом |
| п. Леонидовка, Пензенская область | 6,88 | зарин, зоман, VX |
| г. Почеп, Брянская область | 6,72 | зарин, зоман, VX |
| г. Щучье, Курганская область | 5,44 0,5 | зарин, зоман, VX фосген |
| п.г.т. Горный, Саратовская область | 1,16 | иприт, люизит, их смеси |
Примечание: г. – город, п.г.т. – поселок городского типа, п. – поселок.
Химическая нагрузка на биосферу уже вышла за допустимые пределы, на что указывает состояние репродуктивного здоровья населения. По информации Республиканского центра репродукции человека, начиная с 1958 г., в России мужская фертильность (кол-во сперматозоидов в млн/мл эякулята) снижается со скоростью 2,25% в год. Аналогичное уменьшение сперматозоидов в эякуляте отмечено у мужчин Дании, Франции и других стран.
Широко потребляя бытовые токсиканты и наркотики, родители усугубляют действие химических компонентов атмосферы на продукт зачатия (зародыш, эмбрион и плод). Так, концентрация никотина в околоплодной жидкости на 50% выше, чем в крови у курящей матери. Выкуривание одной сигареты беременной женщиной вызывает у плода в течение 8 часов учащение сердцебиения и дыхательных движений на одну треть. В конце ХХ века в России на каждую тысячу родов приходилось 5 новорожденных с диагнозом «табачный синдром» и 2,5 – с диагнозом «алкогольный синдром». Для токсического синдрома плода характерно уменьшение массы ребенка, недоразвитие эндокринной и иммунореактивной систем, снижение сопротивляемости к стресс-факторам внешней среды.
На научно-медицинских конференциях и съездах последнего времени все более употребительным становится понятие «дети магистральных улиц». Бронхиальную астму, синдром повышенной утомляемости, онкологические и другие заболевания у детей связывают с воздействием отработанных газов автомобильных двигателей (оксиды азота и углерода, углеводороды и бенз-а-пирен, органический и неорганический свинец).
Возникновению синдрома повышенной утомляемости у детей способствуют физиологические особенности:
- снижение количества гемоглобина на 15-30% у детей до 10 лет;
- повышение метгемоглобина крови более 1% до 14 лет.
В работах И.А. Рапопорта, Н.П. Дубинина и других генетиков была отмечена способность оксидов азота превращаться в организме в нитрозосоединения: R –– N == O, которые вытесняют аминогруппы из состава азотистых оснований ДНК, что приводит к их мутациям. Такое свойство нитрозосоединений Н.П. Дубинин назвал супермутагенным, превосходящим по своей силе ионизирующую радиацию.
Достижения фармакологии за последние 100 лет обеспечили население огромным количеством лекарственных препаратов. Но лекарство – это химическое соединение, обладающее высокой физиологической активностью, способное вызывать лекарственную болезнь.
По данным ВОЗ и научно-практического центра по контролю побочных действий лекарств МЗ РФ, у каждого седьмого больного в стационаре (14%) возможно диагностировать лекарственную болезнь. Из-за высокой лекарственной зависимости населения медикаментозные отравления вышли на первое место, составляя в среднем 52%.
Заболевания химической этиологии получили в России широкое распространение. Ежегодно регистрируется от 250 тысяч до 300 тысяч отравлений. В 2002 г. от отравлений скончались 95045 человек (Б.А. Курляндский, 2003). Практически каждый третий пострадавший от отравления погибает. Около 80% летальных исходов возникают на догоспитальном этапе (Е.А. Лужников, 2003).
Растущая хемофобия населения парадоксальным образом способствует ухудшению экологической обстановки. Так, в соответствии с международными обязательствами в городе Чапаевске Самарской области был построен экологически безупречный завод для обезвреживания БОВ. Однако ввести его в действие не удалось из-за бурных протестов населения, охваченного хемофобией.
В развитых странах подобные конфликты разрешаются путем заключения Общественного договора между заказчикамистроительства и представителями населения. Заказчик берет на себя все расходы по обеспечению экологической и социальной приемлемости предполагаемого строительства, что существенно повышает качество проекта (Ю.В. Орфеев). Социальное движение, направленное на достижение согласия между строителями и населением, называется партиципацией, что по-русски означает мир, согласие (pax, pacis – лат.) всех участвующих сторон (participo – участвовать, лат.).
Задачей XXI века является предотвращение дальнейшего загрязнения биосферы химическими веществами, применение которых приводит к непреднамеренному угнетению демографических процессов. Также не реализована до конца задача ХХ века – прекращение производства, применения, хранения химического оружия, предназначенного для преднамеренного уничтожения людей, животных и растений. И, как показали события 1994-1995 гг. в Японии, когда в токийском метро было применено синтезированное террористами БОВ зарин, что привело к поражению более 5000 человек, эту задачу делает более сложной и актуальной распространение в мире химического и экологического терроризма.
Экологическая токсикология тесно связана с такими направлениями как военная, медицинская, экстремальная токсикология и включает в себя такие разделы как производственная токсикология (промышленная и сельскохозяйственная), агрономическая (фито-), ветеринарная (зоо-), пищевая и коммунальная токсикология (рис. 1).
^ Рис. 1. Направления и разделы общей токсикологии
Основной нозологической формой, изучаемой в токсикологии, является отравление организма токсичными веществами, поступающими извне. Русский термин отравление соответствует латинизированному эквиваленту экзогенная интоксикация.
Токсические химические вещества (ТХВ) часто называют ксенобиотиками (xenos – чужой, незнакомый и bios – жизнь, греч.) – вещества, чужеродные для нормальной жизнедеятельности организма. Ксенобиотики могут иметь небиологическое и биологическое происхождение. В свою очередь, небиологические токсиканты делятся на неорганические и органические соединения. Последние в подавляющем большинстве своем являются продуктами направленного синтеза.
Яды биологического происхождения называются токсинами. Они образуются в результате жизнедеятельности бактерий, растений и животных. Большинство токсинов являются белками. Некоторые из них имеют небелковое строение. Изучением свойств токсинов и особенностей их взаимодействия с живыми организмами занимается токсинология.
Широко употребляемый в последнее десятилетие термин химическая болезнь (ХБ) обозначает более широкое понятие, чем отравление, экзогенная интоксикация. Химическая болезнь включает в себя не только клинические стадии отравления, но и донозологические, а также постнозологические этапы заболевания. Например, под влиянием паров бензина или токсических смогов, содержащих оксиды серы, азота, ослабевает иммунореактивность организма и повышается частота острых респираторных заболеваний (ОРЗ). То же самое можно сказать о влиянии малых доз ТХВ на развитие аллергических и некоторых других заболеваний. В отдаленном периоде после перенесенного отравления или субклинического (непроявленного) воздействия малых доз ТХВ возникают отставленные эффекты ХБ, к которым относятся нарушения репродуктивной функции, ускоренное развитие сердечно-сосудистой патологии, склеротических поражений внутренних органов, нервной системы, опорно-двигательного аппарата.
С.Н. Голиков подразделял общие задачи токсикологии на ближайшие, последующие и конечные. К ближайшим задачам токсикологии относится изучение физико-химических свойств ядов. Этот раздел именуется токсикологической химией (санитарно-химическая диагностика состояния внешней и внутренней среды организма; определение площади и границ очагов химического загрязнения; определение степени токсичности ксенобиотиков; характеристика клинических проявлений и патоморфологических изменений при различных путях поступления ядов в организм).
К последующим задачам общей токсикологии относится изучение механизмов действия ядов на организм в целом и на его молекулярно-мембранные, субклеточные, клеточные, тканевые структуры, органы и системы. Этот раздел называется учением об избирательной токсичности. В его состав входят такие направления как токсикокинетика и токсикодинамика.
Токсикокинетика рассматривает особенности прохождения ксенобиотика во времени через биологические системы организма и организм в целом (В.А. Филов).
Токсикодинамика – это учение о клинических проявлениях отравлений, об избирательной токсичности для определенных органов и физиологических систем организма.
К последующим задачам токсикологии следует также отнести изучение причин и факторов, которые способствовали возникновению индивидуальных, групповых и массовых отравлений.
Конечной задачей токсикологии является разработка методов предупреждения отравлений, что входит в компетенцию профилактической токсикологии.
Существует несколько видов классификации токсических химических веществ. Одна из них – классификация по характеру токсического действия на организм:
- ОВ и яды нервно-паралитического действия.
- Кожно-нарывные ОВ и яды с алкилирующим резорбтивным действием.
- Отравляющие и аварийно опасные химические вещества, поражающие органы дыхания.
- Геминовые яды, вызывающие гисто- и гемотоксическую гипоксию.
- Токсические вещества с психотропным и наркозависимым действием.
- Токсические вещества, влияющие на репродуктивное здоровье.
- Природные яды и их аналоги.
Малые химические аварии
На территории СССР в 1985-1991 гг. произошло 240 химических аварий с общим числом пострадавших 2300 человек. Более подробно были описаны 15 аварий с монохимическими, 3 аварии с полихимическими и 5 аварий с неизвестными химическими поражениями. Обращают на себя внимание аварии с появлением неожидаемых химических реакций, возникающих в результате отсутствия защиты складских помещений от ливневых и талых вод. Так, на московском комбинате «Красная роза» ливневые воды вызвали термохимическую реакцию и возгорание сравнительно безопасного порошкового вещества гидросульфита натрия. В результате образовался токсический аэрозоль сернистого ангидрида, от чьих паров пострадали 172 человека.
На Кемеровском ПО «Фармация» талые воды проникли в склад и смешались с гексахлормеламином, хлорной известью и хлорамином, вызвав тепловую реакцию разложения. Образовалось облако хлора, от которого пострадали 13 человек.
Повреждение холодильных установок на предприятиях аграрно-промышленного комплекса в городах Борисов и Нальчик вызвало отравление аммиаком 36 рабочих, из которых 7 человек скончались.
По одной аварии зарегистрировано при разливе азотной кислоты (поражение получили 42 человека), диметилгидразина (35), ФОС (20), формальдегида (17), серной кислоты (12).
Характерным признаком последних десятилетий становится появление химических аварий, формирующих очаги полихимических (16,6) и неизвестных химических (22%) поражений.
Примером очага полихимических поражений служит авария в литовском городе Ионава (население 40 000 человек, площадь 16 км2). 20 марта 1989 г. на ПО «Азот» произошел взрыв, повредивший изотермические хранилища с аммиаком. Их общая емкость составляла 10 000 тонн. Производственная территория внутри обваловочных насыпей была затоплена жидким аммиаком, проникшим на глубину 0,3 м. Токсическое облако проникло в производственные помещения, где были включены горелки природного газа. Возник пожар. Загорелись склады с минеральным удобрением нитрофоской. Образовалась токсическая смесь из аммиака, хлора, фтора и оксидов азота. Доминирующей компонентой в токсическом облаке был аммиак.
Площадь фактического поражения Sфп в радиусе распространения эффективных и летальных концентраций составила 0,46 км2. В очаге поражения оказались 1150 человек (сотрудники ПО «Азот» и жители прилегающего поселка). Интоксикацию различной степени тяжести получили 64 человека, 7 человек погибли, остальные 1079 человек были своевременно эвакуированы из очага поражения с состоянием химического стресса. В медицинской помощи они не нуждались. Неясность химической обстановки вызвала у жителей Ионавы панику. Они временно покинули город без объективных показаний к эвакуации.
В последние годы все чаще возникают очаги поражений неизвестными химическими веществами. Например, в 1991 г. во Всесоюзном НИИ химической технологии (Москва) получили отравление 415 сотрудников. Природа ксенобиотика не была установлена. В Краснодарском крае имели место 2 очага поражения неизвестным химическим веществом. Пострадали 123 человека, 30 из них погибли.
В локальных войнах за последние 40 лет применялись сложные полихимические рецептуры фитотоксикантов, с помощью высокоточного оружия разрушались химические и фармацевтические заводы. Поэтому в комплексе этиологических факторов, вызвавших «вьетнамский синдром», «синдром Персидского залива», «афганский синдром», «чеченский синдром», «косовский синдром», важной компонентой является воздействие полихимических и неизвестных химических веществ.
^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОВ
ОВ и яды нервно-паралитического действия
Яды, вызывающие при отравлении приступы острого удушья и конвульсии, называются нервно-паралитическими. К ним относятся фосфорорганические отравляющие вещества (ФОВ), фосфорорганические инсектициды (ФОИ) и лекарственные средства (ФОЛС). Кроме ФОС, нервно-паралитическим действием обладают производные карбаминовой кислоты и некоторые алкалоиды.
Фосфорорганические отравляющие вещества
Методы синтеза ФОВ были открыты А.Михаэлисом (1901) в Германии и А.Е. Арбузовым (1904) в России. Используя реакции Михаэлиса и Арбузова, Герхард Шрадер в условиях фашистского рейха синтезировал такие ФОВ, как табун (1937), зарин (1938) и зоман (1944). Эти БОВ не были использованы фашистами во Второй Мировой войне из-за опасения ответного химического удара союзными войсками.
В 1958 г. шведским химиком Ларсом Таммелином были синтезированы ви-экс-газы (VX) – наиболее токсичные ФОВ.
В конце прошлого века 95% всех запасов ОВ в странах НАТО составляли ФОВ.
Зарин – бесцветная прозрачная жидкость без запаха, смешивающаяся с водой и органическими растворителями во всех отношениях. Для обезвреживания используют щелочной гидролиз, в результате которого отщепляется ион фтора, что приводит к лишению токсичности.
Заражение местности зарином проводится при авиационных налетах и артиллерийском обстреле. Зона зараженного воздуха при средних метеоусловиях проникает на глубину до 56 км.
Стойкость зарина в районе применения при температуре окружающего воздуха 20ºС составляет 4-6 часов. В очаге поражения зарином будет большая ингаляционная опасность и небольшая – перкутанная.
В июне 1994 г. в окрестностях Токио и в марте 1995 г. в токийском метро террористами из религиозной корпорации «Аум Синрикё» был распылен аэрозоль зарина. Пострадали 5700 человек, погибли 19.
^ Зоман – по стойкости и токсичности превосходит зарин примерно в 2 раза.
VX (Ви-Экс) – капельно-жидкий аэрозоль, плохо растворяющийся в воде, обладает выраженной липотропностью.
При средних метеоусловиях распространяется на глубину 8-10 км. Зона заражения при таких условиях составляет примерно 56 км2.
Стойкость VX в районе применения при температуре окружающего воздуха 20ºС достигает 5 суток.
Ингаляционная опасность невысокая, но достаточно капли массой 2-3 мг, чтобы вызвать смертельное поражение через кожу.
Лекарственные средства и пестициды
с нервно-паралитическим типом токсического действия
К ФОЛС относятся фосфакол, пирофос, армин, нибуфин. Наибольшее распространение получил армин, который применяется в лечебной практике и сейчас.
Армин – производное фосфоновой кислоты, которое в малых дозах и высоких разведениях (1: 10 000 и 1:50 000) применяют для лечения глаукомы, послеоперационной атонии кишечника и мочевого пузыря.
Описаны случаи производственного отравления армином.
Фосфорорганические пестициды
ФОП – производные фосфоновой (хлорофос и др.), фосфорной (дихлофос и др.), тиофосфорной (карбофос и др.) и других кислот фосфора.
Пестицид (pestis - зараза, чума, гибель и caedere – убивать, лат.) - химические препараты (сельскохозяйственные ядохимикаты), применяемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.
В настоящее время в мире насчитывается 120 ФОП, которые применяются в качестве инсекти- и акарицидов. Некоторые из них пригодны для уничтожения бытовых насекомых (хлорофос, дихлофос и др.).
Хлорофос – белый кристаллический порошок, растворимый в воде и хлороформе. Остатки хлорофоса на рсатениях и почве сохраняются до 20 суток. В нейтральной и щелочной среде превращается в более токсичный дихлофос. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3, в воде водоемов 0,05 мг/л, в растениеводческой продукции 1 мг/кг. В продуктах животного происхождения содержание хлорофоса не допускается.
Дихлофос – бесцветная жидкость с приятным запахом. Сохраняется на растениях и почве до 10 суток. Препарат проникает в кровь людей ингаляционным, пероральным и транскутанным путем. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,2 мг/м3. Содержание в пищевых продуктах и воде недопустимо.
Карбофос – бесцветная жидкость. Сохраняется на растениях и почве до 15 суток. Во внешней среде карбофос под влиянием окислителей и солей железа, а в организме под действием цитохромоксидаз, превращается в малаоксон, который в 10 раз токсичнее карбофоса (малатиона).
Самки животных в 2 раза более чувствительны к карбофосу по сравнению с самцами.
Расчетная смертельная доза карбофоса при энтеральном отравлении людей 150 мг/кг. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3. Допустимые остаточные количества в зерне 3 мг/кг, в плодах и овощах 1 мг/кг.
Метафос – высокотоксичный пестицид. Сохраняется на растениях и почве до 30 суток.
В биологических тканях окисляется с образованием метаболита, который в 10 000 раз более токсичен. Расчетная смертельная доза при энтеральном отравлении людей 2-4 мг/кг. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м3. Остаточное содержание в пищевых продуктах и воде недопустимо.
Элементорганические технические жидкости
Такие технические жидкости как трикрезилфосфат (ТКФ) и тетраэтилсвинец (ТЭС) также обладают нервно-паралитическим эффектом.
Трикрезилфосфат (ТКФ) применяется в присадках к авиационным маслам, в качестве пластификатора при выработке искусственной резины и кожи, при производстве кинопленки. ТКФ проникает в организм всеми путями с местным раздражающим и общим резорбтивным действием. Смертельная доза при энтеральном отравлении 0,5 г.
Действие на организм замедленное с длительным латентным периодом – от 10 дней до 3 недель. Период госпитализации и восстановления длится от 6 месяцев до 3 лет. Поражающее действие проявляется как полиневропатии, поражение ЖКТ, атония мочевого пузыря, развитие импотенции.
Тетраэтилсвинец (ТЭС) является маслянистой жидкостью с содержанием более 50% свинца. Используется в бензинах для повышения октанового числа топлива (чем выше ОЧ, тем меньше вредных вспышек и выхлопов возникает в процессе эксплуатации моторов). На 1 кг автомобильного бензина добавляют 0,5-1,0 мл ТЭС, в авиационный – 4 мл. Этилированный бензин имеет розовую окраску.
ТЭС – опасный яд, т.к. быстро и легко проникает в организм через кожные и слизистые покровы, не обнаруживая длительное время своего патологического действия. ТЭС длительно циркулирует в крови и кумулируется.
Смертельная доза при энтеральном отравлении составляет 1,5 мг/кг. ПДК для воздуха рабочих помещений равна 5 мкг/м3.
ТЭС занимает 3-е место по токсичности (после карбонила никеля и бериллия) в списке ПДК вредных веществ.
Острые отравления ТЭС возможны в аварийных ситуациях, связанных с разливом этиловой жидкости, или при ошибочном её использовании не по назначению (окраска пола, суррогат алкоголя и т.д.). Хронические отравления ТЭС часто обусловлены нарушениями требований безопасности (хранение спецодежды в квартире, разжигание печей этилированным бензином, перекачивание его из канистры с предварительным засасыванием в шланг ртом, чистка мотора незащищёнными руками, мытье рук этилированным бензином).
Клиника острого отравления включает в себя расстройства сна, сновидения устрашающего характера, бред физического воздействия.