Экотоксикология Лекция 1

Лекция 1
Основные понятия токсикологии
Человеческий организм состоит из химических соединений, химических элементов, и окружающая его
среда, живая и неживая, также состоит из химических соединений и элементов. Жизнь всего живого на
планете сопровождается перемещением и превращениями веществ. Но вещества в природе должны
находиться в определенном месте и в определенном количестве и перемещаться с определенной
скоростью. При нарушении пределов, случайном, непреднамеренном или искусственно вызванном,
возникают серьезные нарушения в функционировании природных объектов и систем или в жизни
человека.
Проблема влияния веществ на живые организмы насчитывает более чем тысячелетнюю историю.
Вглубь веков уходят предания о встречах людей с ядовитыми растениями и животными, об использовании
ядов для охоты, в военных целях, в религиозных культах и т.п. Учение о вредном действии веществ на
организм человека разрабатывали Гиппократ (около 460-377 г г. до н.э.), Гален (около 130-200 г г.),
Парацельс (1493-1541 г г.), Рамацзини (1633-1714 г г.).
Развитие химии в XVIII-XIX веках дало новый толчок развитию учения о ядах, потерявших к тому
времени свое мистическое значение. Это учение начало опираться на знание строения и свойств
вещества. Научно-техническая и промышленная революция ХХ века сделала проблему воздействия
веществ на живые объекты особенно актуальной. Научная и хозяйственная деятельность человека
привела в настоящее время к воздействию на человека и окружающую среду миллионов химических
соединений, многие из которых раньше были несвойственны нашей биосфере.
Следует отметить, что факторы вредного воздействия хозяйственной деятельности на человека и
окружающую среду бывают разнообразными. Можно выделить три группы факторов воздействия:
физические, химические и биологические. По этому же принципу классифицируются загрязнения и
загрязнители. К физическим относятся механические, тепловые, шумовые, радиационные; к
биологическим – микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.
Основные определения.
Токсикология (от греческого toxicon – яд, logos – учение) – наука о потенциальной опасности
вредного воздействия веществ на живые организмы и экосистемы. Она изучает также механизмы
токсического действия, диагностику, профилактику и лечение отравлений.
Токсикологию можно подразделить на три обобщенных и взаимосвязанных направления:
Экспериментально-теоретическое, профилактическое (гигиеническое) и клиническое. Первая из них
изучает основные закономерности взаимодействия вещества с биологическими объектами.
Профилактическая токсикология занимается предупреждением потенциальной опасности
вредного воздействия веществ на живые организмы и экосистемы.
Клиническая токсикология исследует заболевания, возникающие вследствие влияния на человека
химических веществ окружающей среды.
Особое место принадлежит промышленной токсикологии, изучающей действие на человека
вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, с целью разработки санитарногигиенических и лечебно-профилактических мероприятий, направленных на создание наиболее
благоприятных условий труда
Токсикология экологическая – относительно молодой раздел токсикологии, изучающей действие
веществ на живые объекты, популяции, экосистемы. При этом основное внимание уделяется не отдельным
организмам, а их связям, т.е. биоценозам и экосистемам, а также трансформации веществ в окружающей
среде.
Понятие о вредном веществе.
Одним из центральных понятий токсикологии является понятие о вредном веществе.
По этому поводу еще Парацельс говорил: «Все есть яд и ничто не лишено ядовитости.». То есть одно
и то же вещество может быть вредным (ядом), лекарством и необходимым для жизни средством в
зависимости от его количества и условий взаимодействия с организмом. Графически его иллюстрирует
рис. 1.
Рис. 1 Эффекты воздействия веществ на живой объект.
Ксенобиотики (от греч. xenos - чужой и bios – жизнь) чужеродные для организмов соединения. К
ним относятся промышленные загрязнения, пестициды, препараты бытовой химии, лекарственные
средства и т.п., т.е. вещества не образующиеся в живом объекте, а синтезируемые искусственно
человеком.
Для некоторых веществ может не быть зоны отрицательного воздействия при малых дозах веществ.
Это так называемые заменяемые вещества, недостаток которых может быть компенсирован другими
веществами.
Для большинства веществ существуют зоны отрицательных эффектов как при больших, так и при
малых концентрациях. Например, соединения хрома, присутствующие в некоторых биогеохимических
аномалиях и попадающие в окружающую среду также с промышленными и хозяйственно-бытовыми
сточными водами, представляют опасность для живых организмов.
В то же время, хром – биологически активный элемент, он участвует в обмене нуклеиновых кислот,
входит в состав ферментных систем. Среднесуточная физиологическая потребность взрослых людей в
хроме составляет 150-200 мкг/сут. При недостатке хрома у животных наблюдались угнетение роста,
сокращение продолжительности жизни, нарушение обмена глюкозы, белка, поражение роговицы.
Вредные вещества, образующиеся в организме, называются эндогенными, образующиеся вне
организма экзогенными (чуждые живому организму).
Вредные вещества характеризуются степенью токсичности и опасности. Под токсичностью
вещества понимают способность наносить вред живому. Токсичность (toxicity) – это мера
несовместимости вещества с жизнью (И. В. Саноцкий, 1970). Опасность вещества (hazard) – это
довольно широкое понятие, характеризующее вероятность вредного воздействия вещества в реальных
условиях производства и применения. Поэтому опасность веществ не может характеризоваться одной
величиной для всех случаев, а имеет ряд параметров. Эти параметры будут подробно рассмотрены в
разделе токсикометрии.
.Толерантность – способность организма переносить воздействие определенных количеств веществ
без развития токсических эффектов.
Основные типы классификаций вредных веществ (ядов) и отравлений.
Имеется большое количество различных классификаций вредных веществ и отравлений, отражающих
с одной стороны многообразие свойств веществ и их биологического действия, с другой – разнообразие
подходов к данной проблеме различных специалистов.
Классификация по «избирательной токсичности» делит вредные вещества на «сердечные яды»,
«нервные яды», «яды печени», «почечные яды», «яды крови», «желудочно-кишечные яды», и т.п.
В классификации отравлений вещества делят по причине возникновения отравлений, по характеру
развития отравлений и по химической природе вредных веществ и их групп или классов. По характеру
развития отравлений различают острые отравления и хронические . Острые отравления развиваются при
однократном поступлении в организм токсической дозы и резким, ярко выраженным началом заболевания.
При хронических отравлениях происходит длительное, иногда дискретное поступление вредных веществ в
малых (субтоксических) дозах. При этом признаки заболевания появляются не сразу и не так ярко
выражены, как при острых отравлениях.
Химические вещества могут оказывать разнообразное вредное воздействие на живой организм. Они
могут вызывать воспаление, дистрофические изменения; лихорадку, аллергические заболевания. Вредные
вещества вызывают изменения в нервной системе, поражение органов дыхания, изменения в сердечнососудистой системе, в крови, в органах пищеваренния, в мочевыделительной и половой системах, в
эндокринной системе, вызывают изменения костной системы, кожи, ее придатков. Вредные химические
вещества могут вызывать отдаленные последствия воздействия их на биологический объект. К ним
относится нарушение развития плода (эмбриотропное и тератогенное действие), повреждение
наследственного аппарата клетки (мутагенное действие) и злокачественное перерождение клетки
(канцерогенное действие).
Основные стадии взаимодействия вредного вещества с биологическим объектом.
В первой фазе – токсикогенной наиболее сильно проявляется специфическое воздействие вредного
вещества на организм. В этом случае вредное вещество находится в организме в больших концентрациях.
Одновременно могут начинаться процессы, лишенные «химической» специфичности, носящие в начале
характер защитных реакций. Эти процессы наиболее ярко проявляются во II клинической стадии острых
отравлений – самотогенной. Она наступает после удаления или «обезвреживания» вредного вещества в
организме, т.е. общий токсический эффект, как мы уже отмечали выше, является результатом
специфического токсического действия – «химической травмы» и неспецифических реакций орагнизма.
Основной стадией, когда концентрация достигает максимума, является стадия разорбции (поглощения)
токсического вещества, когда мы имеем возрастание общей и действующей дозы на фоне поступления
токсического вещества. При прекращении поступления вещества, концентрация его может снижаться за
счет компенсаторских и выделительных (экскреторных) возможностей организма. Например, за счет
метаболических процессов, процессов его выделения (экскреции), также за счет определенной
детоксикации биологически активными веществами организма. Эта стадия определяется как элиминация,
т.е. удаление вредного вещества или снижение его действующей концентрации вблизи рецептора.