Токсикологическая характеристика веществ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1 Источники цианидов. 4

2 Токсикологическая характеристика веществ. 5

3 Физико-химические свойства и токсические свойства веществ. 7

4 Механизм токсического действия веществ. 10

5 Пути поступления, распределения, биотрансформации и выведения веществ 11

6 Особенности клинических проявлений при отравлении. 14

7 Основные принципы терапии отравления. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 22

 

ВВЕДЕНИЕ

Синильная кислота и её производные широко известны во всем мире. Хотя эти соединения встречаются не так часто, в прошлом они использовались как яды и боевые отравляющие вещества. Цианиды требуют особого внимания со стороны здравоохранения. Их можно получить из различных источников, включая промышленные, медицинские и даже обычные бытовые товары.

 Воздействие высоких концентраций данных химических веществ может привести к смерти в течение нескольких минут или даже секунд. Долгосрочное воздействие цианидов может вызвать значительные проблемы со здоровьем. Отравление цианидами приводит к нарушению клеточного дыхания. Для детоксикации применяются разнообразные антидоты, однако они имеют ряд недостатков.

Современные исследования направлены на поиски более быстродействующих, более эффективных и лучше переносимых препаратов для терапии отравления цианидом.

 

 

Источники цианидов

Цианиды широко распространены в различных формах. Исторически цианиды использовались в качестве боевого отравляющего вещества в виде цианистого водорода и хлористого цианогена. Цианидные соли с высокой реакционной способностью используются для множества промышленных применений, включая химический синтез, гальванику, дубление, металлургию, печать, сельское хозяйство, фотографию, производство бумаги и пластмасс, а также применяются в качестве фумигантов и инсектицидов. Эти соли образуют газообразный цианистый водород при смешивании с сильной кислотой и, таким образом, представляют значительную угрозу при промышленных авариях, а также при умышленном использовании [1].

Синильная кислота и её производные содержатся в атмосферном воздухе в виде цианистого водорода и, в меньшей степени, в форме солевых частиц. Концентрация HCN, измеряемая с 1981 года в тропосфере северного полушария вне населенных пунктов колеблется от 180 до 190 нг/м³ [2].

Цианиды, такие как цианистый водород, цианид натрия, цианид калия, цианид кальция или цианид меди (I), были обнаружены в различых водоёмах. Средние концентрации цианидов в исследуемых пробах составляли 160 мкг/литр для грунтовых вод, 70 мкг/литр для поверхностных вод и 479 мкг/литр для сточных вод [3].

Цианиды также содержатся в почве мест хранения опасных отходов. В Соединенных Штатах Америки средние концентрации цианидов в грунте зараженных участков составили 0,8 мг/кг в глубоких слоях почвы и 0,4 мг / кг на её поверхности [4].

Во многих съедобных растительных культурах содержатся цианогенные гликозиды. Их концентрации варьируются в зависимости от типа растения, почвы, сезона, климата и многих других факторов [2]. Цианистый водород может быть получен из таких растений путем ферментативного каталитического гидролиза. Например, амигдалин разлагается до глюкозы, бензальдегида и синильной кислоты. Реакция протекает быстро в щелочной среде, однако возможна и в присутствии кислот, при этом скорость реакции будет на порядки ниже [5].

Схема 1 – Гидролиз амигдалина

Другой часто встречающийся источник цианидов — пожары. Многие синтетические полимеры, такие как нейлон и различные пластмассы, могут выделять газообразный цианистый водород при горении. Циановодород также образуется при горении некоторых природных материалов, например, шерсти или шелка [5].

Токсикологическая характеристика веществ

Синильная кислота (HCN)

ПДК цианистого водорода в воздухе рабочей зоны производственных помещений — 0,3 мг/м³, в атмосферном воздухе населенных пунктов — 0,01 мг/м³. Порог обонятельного восприятия — 2-5 мг/м³. При концентрациях 5-20 мг/м³ начинается головная боль, головокружение, раздражение слизистых верхних дыхательных путей и глаз, горечь во рту, чувство страха. Концентрации 50-60 мг/м³ при длительном вдыхании приводят к тошноте, рвоте, сердцебиению, расширению зрачков, судорогам, потере сознания. Поражающая концентрация составляет 200 мг/м³, средняя смертельная концентрация 130 мг/м³ в течение 60 минут или 220 мг/м³ в течение 5 минут, смертельная концентрация – 1500 мг/м³  [2; 5].

По данным ВОЗ, концентрация синильной кислоты в воздухе, приводящая к потере работоспособности составляет 2 мг⸱мин/л, а LC_t = 5 мг⸱мин/л. При отравлении через рот смертельной дозой НСN для человека является 1 мг/кг массы тела [3].

Хлорциан (ClCN)

Смертельная доза для взрослого человека составляет 4 мг мин/л. ПДК хлорциана в воздухе рабочей зоны производственных помещений — ­0,2 мг/м3, в атмосферном воздухе населенных пунктов — 0,06 мг/м3. Опасен при вдыхании, проглатывании, попадании на кожу. Вызывает раздражение глаз, слизистых верхних дыхательных путей, слабость, тошноту, рвоту, боли в диафрагме, головокружение, нарушение координации движения, потерю сознания, судороги. Возможна остановка дыхания и сердца. Пороговая токсодоза 0,75 мг∙мин/л [3; 5].

3) Цианиды щелочных металлов (CN ^-)

При взаимодействии со щелочами HCN образует соли(цианистый калий, цианистый натрий и др.).

Предельно допустимые концентрации (ПДК) цианидов в водах объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: ПДК = 0,07 мг/л (в расчете на цианид-ион) [6]

При попадании цианидов в человеческий организм перорально 100% летальными дозами являются: КСN – 2,5 мг/кг, NaCN – 1,8 мг/кг [7].

 

 

Таблица 1 — Среднесмертельные дозы цианидов для различных животных [8]

Тип цианида и виды подопытных животных	Тип введения токсиканта	LD50 (мг/кг)
NaCN Овцы Крысы Млекопитающие	перорально перорально перорально	4 6.44-8 15
KCN Кролики Крысы Мыши	перорально перорально перорально	5 5-10 8.5

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цианиды широко распространены в природе и используются во многих отраслях промышленности. Физико-химические и токсические свойства цианидов напрямую зависят от их формы.  Высокая токсичность цианидов обусловлена их быстродействием. Цианиды могут попадать в организм пероральным, ингаляционным и трансдермальным путями. Основной путь метаболизма цианидов основан на их превращении в тиоцианаты, однако данный способ лимитирован ограниченными запасами тиосульфатов в организме.

Цианид ионы нарушают процессы клеточного дыхания в организме, блокируя способность клеток усваивать кислород, тем самым вызывая тканевую гипоксию. Основными признаками отравления цианидами являются: гипервентиляция, высокое содержание кислорода в венозной крови и ацидоз. При остром отравлении характерные симптомы могут отсутствовать. Хроническое отравление цианидами может повлечь за собой серьезные нарушения в работе нервной системы. Для терапии цианидной интоксикации существуют различные антидоты, действующие по двум основным механизмам. [3]

Многие способы нейтрализации цианидов до сих пор не изучены, поэтому до сих пор проводятся исследования с целью создания наиболее эффективной терапии цианидных отравлений.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Impact of sodium cyanide on catalase activity in the freshwater exotic carp, Cyprinus carpio (Linnaeus) / M. David [et al.] // Pesticide Biochemistry and Physiology. – 2008. – Vol. 92. – № 1. – P. 15-18.

2. Hamel J. A Review of Acute Cyanide Poisoning With a Treatment Update / J. Hamel // Critical Care Nurse. – 2011. – Т. 31. – № 1. – С. 72-82.

3. Gettler A.O. Cyanide Poisoning / A.O. Gettler, A.V.St. George // American Journal of Clinical Pathology. – 1934. – Т. 4. – № 5. – С. 429-437.

4. Kulig K. Cyanide Antidotes and Fire Toxicology [Электронный ресурс]: editorial. – URL: https://www.nejm.org/doi/pdf/10.1056/NEJM199112193252508 (дата обращения: 11.12.2020).

5. Magnusson R. Analysis of hydrogen cyanide in air in a case of attempted cyanide poisoning / R. Magnusson, S. Nyholm, C. Åstot // Forensic Science International. – 2012. – Vol. 222. – № 1. – P. 7-12.

6. Cope R.B. Chapter 25 - Acute cyanide toxicity and its treatment: the body is dead and may be red but does not stay red for long / R.B. Cope // Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents (Third Edition) / ed. R.C. Gupta. – Boston: Academic Press, 2020. – Chapter 25 - Acute cyanide toxicity and its treatment. – P. 373-388.

7. Cisplatin Analogs Confer Protection against Cyanide Poisoning / A.K. Nath [et al.] // Cell Chemical Biology. – 2017. – Vol. 24. – № 5. – P. 565-575.

8. Medical Aspects of Chemical Warfare / Google-Books-ID: KZy_gRT1qu4C. – Government Printing Office, 2008. – 850 p.

9. Review article: Management of cyanide poisoning / M.C. Reade [et al.] // Emergency Medicine Australasia. – 2012. – Vol. 24. – Review article. – № 3. – P. 225-238.

10. Ma H. Clinical features and management of cyanide poisoning. / H. Ma, K. Lm // Clinical Pharmacy. – 1986. – Т. 5. – № 9. – С. 737-741.

11. Cyanide Poisoning: Clinical Toxicology: Vol 18, No 3 [Электронный ресурс]. URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3109/15563658108990043 (дата обращения: 12.12.2020).

12. Specific Recognition and Sensing of CN− in Sodium Cyanide Solution / S. Saha [и др.] // Organic Letters. – 2010. – Т. 12. – № 15. – С. 3406-3409.

13. W. Borron S. Antidotes for Acute Cyanide Poisoning / S. W. Borron, F. J. Baud // Current Pharmaceutical Biotechnology. – 2012. – Т. 13. – № 10. – С. 1940-1948.

14. Hall A.H. Suspected cyanide poisoning in smoke inhalation: complications of sodium nitrite therapy / A.H. Hall, K.W. Kulig, B.H. Rumack // Journal de Toxicologie Clinique et Experimentale. – 1989. – Vol. 9. – Suspected cyanide poisoning in smoke inhalation. – № 1. – P. 3-9.

15. Vesey C.J. BLOOD CYANIDE AND THIOCYANATE CONCENTRATIONS PRODUCED BY LONG-TERM THERAPY WITH SODIUM NITROPRUSSIDE / C.J. Vesey, P.V. Cole // British Journal of Anaesthesia. – 1985. – Vol. 57. – № 2. – P. 148-155.

16. Frankenberg L. Effect of cyanide antidotes on the metabolic conversion of cyanide to thiocyanate / L. Frankenberg, B. Sörbo // Archives of Toxicology. – 1975. – Vol. 33. – № 2. – P. 81-89.

17. Johnson-Davis K.L. Chapter 23.6 - Cyanide toxicity—a case study / K.L. Johnson-Davis // Toxicology Cases for the Clinical and Forensic Laboratory / eds. H. Ketha, U. Garg. – Academic Press, 2020. – P. 473-479.

18. Cummings T.F. The treatment of cyanide poisoning / T.F. Cummings // Occupational Medicine. – 2004. – Т. 54. – № 2. – С. 82-85.

19. Rüdiger B. Toxicological and clinical aspects of cyanide metabolism. / B. Rüdiger // Drug Res. – 1975. – P. 11.

20. Hydroxocobalamin for Poisoning Caused by Ingestion of Potassium Cyanide: A Case Study / J.-L. Fortin [et al.] // The Journal of Emergency Medicine. – 2010. – Vol. 39. – Hydroxocobalamin for Poisoning Caused by Ingestion of Potassium Cyanide. – № 3. – P. 320-324.

21. Way J.L. Cyanide Intoxication and its Mechanism of Antagonism / J.L. Way // Annual Review of Pharmacology and Toxicology. – 1984. – Т. 24. – № 1. – С. 451-481.

22. Inhaled cyanide poisoning as a vital sign in a room fire victim / C.G. Birngruber [et al.] // Forensic Science International. – 2017. – Vol. 281. – P. e16-e18.

23. In vitro comparison of hydroxocobalamin (B12a) and the mitochondrial directed therapy by a succinate prodrug in a cellular model of cyanide poisoning / S. Owiredu [et al.] // Toxicology Reports. – 2020. – Vol. 7. – P. 1263-1271.

24. Coentrão L. Acute cyanide poisoning among jewelry and textile industry workers / L. Coentrão, D. Moura // The American Journal of Emergency Medicine. – 2011. – Vol. 29. – № 1. – P. 78-81.

25. Miller J.M. Metabolism of Hydrogen Cyanide by Higher Plants / J.M. Miller, E.E. Conn // Plant Physiology. – 1980. – Vol. 65. – № 6. – P. 1199-1202.

26. Novel, Orally Effective Cyanide Antidotes / H.T. Nagasawa [и др.] // Journal of Medicinal Chemistry. – 2007. – Т. 50. – № 26. – С. 6462-6464.

27. Bradbury J.H. Uptake of wetting method in Africa to reduce cyanide poisoning and konzo from cassava: Konzo and neurolathyrism: Similarities and dissimilarities between these crippling neurodegenerative diseases of the poor / J.H. Bradbury, J. Cliff, I.C. Denton // Food and Chemical Toxicology. – 2011. – Vol. 49. – № 3. – P. 539-542.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1 Источники цианидов. 4

2 Токсикологическая характеристика веществ. 5

3 Физико-химические свойства и токсические свойства веществ. 7

4 Механизм токсического действия веществ. 10

5 Пути поступления, распределения, биотрансформации и выведения веществ 11

6 Особенности клинических проявлений при отравлении. 14

7 Основные принципы терапии отравления. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 22

 

ВВЕДЕНИЕ

Синильная кислота и её производные широко известны во всем мире. Хотя эти соединения встречаются не так часто, в прошлом они использовались как яды и боевые отравляющие вещества. Цианиды требуют особого внимания со стороны здравоохранения. Их можно получить из различных источников, включая промышленные, медицинские и даже обычные бытовые товары.

 Воздействие высоких концентраций данных химических веществ может привести к смерти в течение нескольких минут или даже секунд. Долгосрочное воздействие цианидов может вызвать значительные проблемы со здоровьем. Отравление цианидами приводит к нарушению клеточного дыхания. Для детоксикации применяются разнообразные антидоты, однако они имеют ряд недостатков.

Современные исследования направлены на поиски более быстродействующих, более эффективных и лучше переносимых препаратов для терапии отравления цианидом.

 

 

Источники цианидов

Цианиды широко распространены в различных формах. Исторически цианиды использовались в качестве боевого отравляющего вещества в виде цианистого водорода и хлористого цианогена. Цианидные соли с высокой реакционной способностью используются для множества промышленных применений, включая химический синтез, гальванику, дубление, металлургию, печать, сельское хозяйство, фотографию, производство бумаги и пластмасс, а также применяются в качестве фумигантов и инсектицидов. Эти соли образуют газообразный цианистый водород при смешивании с сильной кислотой и, таким образом, представляют значительную угрозу при промышленных авариях, а также при умышленном использовании [1].

Синильная кислота и её производные содержатся в атмосферном воздухе в виде цианистого водорода и, в меньшей степени, в форме солевых частиц. Концентрация HCN, измеряемая с 1981 года в тропосфере северного полушария вне населенных пунктов колеблется от 180 до 190 нг/м³ [2].

Цианиды, такие как цианистый водород, цианид натрия, цианид калия, цианид кальция или цианид меди (I), были обнаружены в различых водоёмах. Средние концентрации цианидов в исследуемых пробах составляли 160 мкг/литр для грунтовых вод, 70 мкг/литр для поверхностных вод и 479 мкг/литр для сточных вод [3].

Цианиды также содержатся в почве мест хранения опасных отходов. В Соединенных Штатах Америки средние концентрации цианидов в грунте зараженных участков составили 0,8 мг/кг в глубоких слоях почвы и 0,4 мг / кг на её поверхности [4].

Во многих съедобных растительных культурах содержатся цианогенные гликозиды. Их концентрации варьируются в зависимости от типа растения, почвы, сезона, климата и многих других факторов [2]. Цианистый водород может быть получен из таких растений путем ферментативного каталитического гидролиза. Например, амигдалин разлагается до глюкозы, бензальдегида и синильной кислоты. Реакция протекает быстро в щелочной среде, однако возможна и в присутствии кислот, при этом скорость реакции будет на порядки ниже [5].

Схема 1 – Гидролиз амигдалина

Другой часто встречающийся источник цианидов — пожары. Многие синтетические полимеры, такие как нейлон и различные пластмассы, могут выделять газообразный цианистый водород при горении. Циановодород также образуется при горении некоторых природных материалов, например, шерсти или шелка [5].

Токсикологическая характеристика веществ

Синильная кислота (HCN)

ПДК цианистого водорода в воздухе рабочей зоны производственных помещений — 0,3 мг/м³, в атмосферном воздухе населенных пунктов — 0,01 мг/м³. Порог обонятельного восприятия — 2-5 мг/м³. При концентрациях 5-20 мг/м³ начинается головная боль, головокружение, раздражение слизистых верхних дыхательных путей и глаз, горечь во рту, чувство страха. Концентрации 50-60 мг/м³ при длительном вдыхании приводят к тошноте, рвоте, сердцебиению, расширению зрачков, судорогам, потере сознания. Поражающая концентрация составляет 200 мг/м³, средняя смертельная концентрация 130 мг/м³ в течение 60 минут или 220 мг/м³ в течение 5 минут, смертельная концентрация – 1500 мг/м³  [2; 5].

По данным ВОЗ, концентрация синильной кислоты в воздухе, приводящая к потере работоспособности составляет 2 мг⸱мин/л, а LC_t = 5 мг⸱мин/л. При отравлении через рот смертельной дозой НСN для человека является 1 мг/кг массы тела [3].

Хлорциан (ClCN)

Смертельная доза для взрослого человека составляет 4 мг мин/л. ПДК хлорциана в воздухе рабочей зоны производственных помещений — ­0,2 мг/м3, в атмосферном воздухе населенных пунктов — 0,06 мг/м3. Опасен при вдыхании, проглатывании, попадании на кожу. Вызывает раздражение глаз, слизистых верхних дыхательных путей, слабость, тошноту, рвоту, боли в диафрагме, головокружение, нарушение координации движения, потерю сознания, судороги. Возможна остановка дыхания и сердца. Пороговая токсодоза 0,75 мг∙мин/л [3; 5].

3) Цианиды щелочных металлов (CN ^-)

При взаимодействии со щелочами HCN образует соли(цианистый калий, цианистый натрий и др.).

Предельно допустимые концентрации (ПДК) цианидов в водах объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: ПДК = 0,07 мг/л (в расчете на цианид-ион) [6]

При попадании цианидов в человеческий организм перорально 100% летальными дозами являются: КСN – 2,5 мг/кг, NaCN – 1,8 мг/кг [7].

 

 

Таблица 1 — Среднесмертельные дозы цианидов для различных животных [8]

Тип цианида и виды подопытных животных	Тип введения токсиканта	LD50 (мг/кг)
NaCN Овцы Крысы Млекопитающие	перорально перорально перорально	4 6.44-8 15
KCN Кролики Крысы Мыши	перорально перорально перорально	5 5-10 8.5