Понятие о токсическом действии ксенобиотиков. Приемы классификации

Негативное действие ксенобиотика на организм человека, животного или растения может осуществляться путем непосредственного влияния и в результате поступления его по пищевым цепям вследствие биоконцентрации. Многие из ксенобиотиков и поллютантов являются сильнодействующими ядовитыми веществами.

Яды – это химические вещества экзогенного происхождения (синтетические и природные), которые после проникновения в организм вызывают структурные и функциональные изменения, сопровождающиеся развитием характерных патологических состояний.

Яды и токсины – это, как правило, вещества высочайшей биологической активности и исключительной селективности, вызывающие отравления, поэтому тест на токсичность является обязательным для пищевых продуктов, кормов, всех лекарственных препаратов, косметических и парфюмерных средств, пестицидов и т. д. В организме любой ксенобиотик обладает той или иной мерой токсичности.

Многие яды в минимальных дозах широко применяются в медицине. Наиболее известным примером являются алкалоиды (стрихнин, тубокурарин, морфин и др.), антибиотики, стероидные глюкозиды, змеиный, пчелиный яды и т. п.

В зависимости от источника происхождения и практического применения токсические вещества (яды) подразделяют на следующие группы:

1. Промышленные яды, к которым относятся органические растворители (дихлорэтан, тетрахлорметан, ацетон и др.); вещества, применяемые в качестве топлива (метан, пропан, бутан); красители (анилин и его производные; фреоны); химические реагенты, полупродукты органического синтеза и др. 2. Химические удобрения и средства защиты растений, в том числе пестициды. 3. Лекарственные средства и полупродукты фармацевтической промышленности. 4. Бытовые химикаты, используемые в качестве инсектицидов, красителей, лаков, парфюмерно-косметических средств, пищевых добавок, антиоксидантов. 5. Растительные и животные яды. 6. Боевые отравляющие вещества.

В зависимости от преимущественного поражения соответствующих органов и тканей человека яды подразделяют на следующие категории:

1. Сердечные яды, характеризующиеся кардиотоксическим действием и вызывающие нарушение ритма и проводимости миокарда

2. Нервные яды, которые обладают нейротоксическим действием, проявляющимся в нарушении психической активности с переходом в токсическую кому: угарный газ, алкоголь, сероуглерод, некоторые лекарственные препараты).

3. Печеночные яды – соединения, приводящие к токсической гепатопатии(спирты,фенолы,тяж.мет.).

4. Почечные яды, вызывает нефропатологические проявления (соединения тяж.мет, этиленгликоль,)

5. Кровяные (гемические) яды – вещества, обладают гематоксическим воздействием и вызывающие метгемоглобинемию, гемолиз, анемию (бензол, анилин и его производные, нитриты, мышьяк.

6. Желудочно-кишечные яды, приводящие к токсическо. гастроэнтерита (конц.кислоты и щелочи, соединения мышьяка и тяжелых металлов).

7. Легочные яды, приводит к пульманотоксическим эффектам в виде отека и (или) последующего фиброза легких (паракват, оксиды азота, фосген и др.).

В качестве основных поражаемых ксенобиотиками органов и систем выделяют следующие: органы дыхания, систему крови, гепатобилиарную систему (развитие острого токсического гепатита), иммунную систему (развитие токсико-аллергических повреждений), выделительную систему (развитие токсических нефропатий), нервную систему (токсической комы, токсических психозов, церебральные синдромы), кожу (химические ожоги, изъязвления, аллергические дерматиты).

токсичность – мера несовместимости вещества с жизнью, величина, обратная абсолютному значению среднесмертельной дозы (1/LД₅₀) или концентрации 1/LС₅₀.

Опасность чужеродного вещества – вероятность появления вредных для здоровья эффектов в реальных условиях их производства и применения.

Вредные вещества, с которыми контактирует человек, подразделяют на четыре класса опасности:

I – чрезвычайно опасные (токсичные),II – высокоопасные (токсичные), III – умеренно опасные (токсичные), IV – малоопасные (токсичные).

Часто для характеристики токсичности используют величины LС₅₀ или LД₅₀ – это концентрация или доза вещества, вызывающая половинное подавление регистрируемой реакции (например, гибель 50 % организмов). Подразделения на классы опасности и токсичности обусловлены как величинами LД₅₀ или LС₅₀, так и путями их поступления (внутрь, ингаляционно, на кожу), а также временем их воздействия.

Устойчивость живых систем к вредным воздействиям ксенобиотиков определяется не только интенсивностью влияния химического фактора (доза или концентрация, длительность воздействия), но способностью токсикантов к разрушению в окружающей среде и возможностью превращений в живых организмах (биотрансформация).

Также, влияние ксенобиотика на объект можно охарактеризовать проявлением его биологического действия, для системы классификации наблюдаемых явлений, используют различные критерии:

1. тип биологического действия на мишень (мембранотропные вещества, разобщители дыхания, ингибиторы биосинтеза ДНК, РНК и др.).

2. Принцип LD₅₀ или LС₅₀ может быть распространен на любую классификацию и не обязательно связан с гибелью организма. Можно говорить в этой связи о дозе (концентрации) ксенобиотика, вдвое снижающей любую тест-реакцию (скорость биосинтеза белка, мембранный потенциал и т. д.).

3. По видам токсичности и опасности (эмбриональная, мутагенная, канцерогенная). При классификации по видам опасного действия необходимо учитывать период действия и срок проявления эффекта (кратковременные, длительные).

4. По избирательности действия ксенобиотиков: вещества могут быть токсичными по отношению к разным организмам.

5. По концентрационным пределам (пороговым значениям) токсического и/или опасного действия.

6. По характеру фармакологического действия (снотворные, нейролептики, гормональные и т. д.).

В фармакологии, например, все ксенобиотики (лекарственные препараты), обладающие полезной биологической активностью, делят на четыре группы:

1. соединения, способные воздействовать на патологические процессы (лекарства против различных заболеваний, различных бактериальных, вирусных инфекциях и т. д.);

2.вещества, оказывающие влияние на нормальные процессы и структуры организма в экстремальных условиях (повышение психической и физической устойчивости – радиопротекторы, адаптогены и др.);

3.соединения для воздействия на нормальные процессы и структуры с целью профилактического уменьшения вероятности появления определенных нарушений (атимутальные и др.);

4.соединения, способные служить средствами для соматической и психической биоинженерии.

 

 

29. Реакции метаболического восстановления и гидролиза орг.ксенобиотиков. осн. типы и ферм. Реакции восстановления. Они менее обычны, чем реакции окисления. Однако если восстановленная форма соединения лучше экскретируется из организма, то закон действия масс может сдвигать редокс-реакции в сторону восстановления. Наряду с окислительными ферментативными системами в ЭР содержатся ферменты, которые восстанавливают ксенобиотики.

1. Некоторые из альдегидов и кетонов могут восстанавливаться в спирты под действием алкогольдегидрогеназ. Однако ацетон может прямо входить в цикл аэробного метаболизма через ацетоацетат и ацетил-КоА. Реакция восстановления кетонов до спиртов имеет вид:

R₁CO₂ ®RCHOHR₂.

Существуют редуктазы, восстанавливающие карбонильные группы в молекулах кетонов и альдегидов. Некоторые из них по химической природе являются оксиредуктазами, которые окисляют спирты.

2. Восстановление нитро- и азогрупп. Целый ряд ароматических нитросоединений, например нитробензол, паранитробензойная кислота и хлорамфеникол, восстанавливаются в соответствующие амины нитроредуктазой (нитроредуктазами), находящейся в микросомальной и растворимой фракциях печени и почек:

 

Возможно образование продуктов, содержащих также гидроксиамино- или нитрозогруппы. Образование нитрозосоединений представляет большую опасность для биосферы, так как может появляться вещество, которое обладает сильным мутагенным и/или канцерогенным действием.

Восстановление субстратов ферментами может протекать, во-первых, через такие промежуточные соединения, как нитрозосоединения и гидроксиламин

C₆H₅ –NO₂ ® C₆H₅–N=O ® C₆H₅NHOH ® C₆H₅NH₂.

Во-вторых, через анионные радикалы. Последний путь характерен для микросомных нитроредуктаз.

Ароматические нитросоединения восстанавливаются также ферментами слизистой оболочки кишечника и его микрофлорой.

Восстановление азосоединений катализируется азоредуктазами. В одном случае в процессе принимают участие НАДФН-цитохром с редуктазой, в другом – цитохром Р-450. НАДФН-цитохром с редуктазой передает электроны на субстрат через флавины, которые полностью или частично восстановлены цитохромом с.

Восстановление азосоединений с участием цитохрома Р-450 включает также образование свободных радикалов.

Микросомальная азоредуктаза, в отличие от нитроредуктазы, сохраняет большую часть своей активности при аэробных условиях.

3. Восстановление N-оксидов. Процесс катализируется N -окси-редуктазами, которые обнаружены в микросомной и растворимой фракциях клеток, а также в митохондриях. Активность микросомной N-оксиредуктазы ингибируется монооксидом углерода, октиламином и кислородом. При внесении в инкубационную среду субстрата восстановления (N-оксиды тирамида) его связывание происходит с восстановленной формой цитохрома Р-450.

Ксантиоксидаза также восстанавливает оксиды. Реакция ингибируется цианидом и частично кислородом.

4. Немикросомное метаболическое восстановление:

а) восстановление дисульфидов (R – S – S – R). Они расщепляются с образованием тиолов;

б) восстановление двойных связей.

в) дегидроксилирование. Пример – восстановление замещенных катехолов с двумя ОН-группами до соответствующих замещенных монофенолов под действием гидроксилаз печени или бактерий;

г) ароматические циклы могут восстанавливаться анаэробными микроорганизмами.

Гидролиз. Сложные чужеродные вещества могут гидролизоваться рядом гидролитических ферментов (гидролаз), находящихся в печени и плазме крови. Установлено, что некоторые из них находятся в микросомальной фракции печени.

1. Гидролиз эфиров карбоновых кислот. Наиболее распространены в живых организмах ферменты, катализирующие гидролиз эфиров карбоновых кислот (эстеразы). Их классифицируют по группам веществ, на которые они воздействуют, и по их отношению к ингибиторам:

а) арилэстеразы гидролизуют ароматические эфиры;

б) карбоксилэстеразы гидролизуют преимущественно алифатические эфиры; участвуют в метаболизме многочисленных фосфорорганических инсектицидов;

в) холинэстергидролазы действуют наиболее эффективно на эфиры холина;

г) ацетилэстеразы подобны ферментам, указанным в первой группе, однако они по-другому реагируют на воздействие ингибиторов.

Эфиры карбоновых кислот гидролизуются в организме как животных, так и человека. Гидролиз эфирной связи – начальный этап микробиологической деградации многих пестицидов.

2. Гидролиз амидов, гидразидов и нитрилов. Эти реакции происходят в дополнение к другим реакциям биотрансформации.

Гидролиз амидной связи описан при изучении микробиологической деградации фениламидных пестицидов и происходит с участием амидаз. Многие из изученных амидаз являются внеклеточными гидролазами.

Гидролиз амидов происходит с меньшей скоростью, чем эфиров карбоновых кислот. Иногда на этом эффекте основано действие лекарственных препаратов, имеющих большой период разложения.

3. Фосфорорганические вещества гидролизуются с помощью ферментов, атакующих эфирные связи или действующих на ангидриды кислот. К первым из изученных ферментов, расщепляющих связь с фтором, относятся фторгидролаза (обнаружена в различных органах и тканях высших животных).

Фермент, гидролизующий связь углерод–кислород в оксирановом кольце, называется эпоксидгидратазой; локализован фермент в ЭР клеток печени, почках, легких и кишечника.

Среди гидролитических ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, особое место занимают b-глюкуронидаза и сульфатаза. b-глюкуронидаза катализирует расщепление эфирных и сложноэфирных связей в глюкуронидах и в незначительной степени – эфирные связи серной кислоты. Обнаружен фермент в микросомах и лизосомах печени, почках, селезенке, пищеварительном тракте и половых железах животных.

 

 

Активный транспорт

Активный транспорт веществ осуществляется за счет сопряжения электрохимических градиентов либо выполняется молекулярными машинами (АТФазами). Активный перенос происходит с затратой энергии и идет против градиента электрохимического потенциала.

Различают первичный и вторичный (или сопряженный) активный транспорт.

Первичный активный транспорт – трансмембранный векторный перенос веществ осуществляется непосредственно в ходе реакции энергетического преобразования в АТФазных системах или ОВЦ, т. е. используется энергия либо АТФ, либо энергия ОВ реакций. Он подразделяется на:

а) электрогенный активный транспорт – первичный активный перенос веществ через мембрану во время АТФазной или окислительно-восстановительной (ОВ) реакциях, сопровождаемых генерацией электрического потенциала; б) электронейтральный активный транспорт – первичный активный перенос веществ во время АТФазной или ОВ реакциях, не сопровождающихся генерацией электрического потенциала.

Вторичный активный перенос совершается, когда в качестве энергетических источников используются градиенты электрохимических потенциалов других ионов. Например, электрохимический градиент ионов Н⁺для сопряженного транспорта анионов, сахаров, аминокислот и других веществ в клетку (симпорт или котранспорт) или, напротив, для вывода ионов Na⁺ из клетки (антипорт или противотранспорт).

Согласно классической модели активного переноса, растворенная молекула соединяется с носителем. По одну сторону мембраны носитель в результате химической реакции, протекающей с поглощением метаболической энергии, например в форме АТФ, видоизменяется таким образом, что он приобретает сильное сродство к подлежащей переносу молекуле и присоединяет ее к себе (активация). Образовавшийся комплекс носителя с этой молекулой проходит через мембрану (переориентируется). Затем происходит вторая химическая реакция, в результате которой сродство носителя к транспортируемой молекуле уменьшается; она высвобождается и выделяется внутрь (релаксация). Затем цикл повторяется. Процессом, идущим с потреблением энергии, является модифицирование структуры носителя.

Наиболее широко в живых системах распространены и изучены Na⁺/K⁺–АТФаза (животные клетки и гликофиты, морские водоросли) и Н⁺–АТФаза, которые могут работать в режиме переноса Н⁺ и Н⁺/К⁺ обмена на плазматических мембранах растительных клеток, митохондрий. Все Na⁺/K⁺-АТФазные системы и их препараты имеют ряд общих свойств. Так, для их активации необходим Mg²⁺; вероятно, в системе имеется два центра связывания катионов – один из них расположен внутри клетки и связывает Na⁺, а другой – снаружи и связывает К⁺; оптимум рН составляет ~ 7,5; все эти АТФазы ингибируются различными гликозидами. В оптимальных условиях при расщеплении одной молекулы АТФ происходит перенос ионов со стехиометрией 3 Na⁺/2K⁺ (натрий наружу, калий внутрь). работа Н⁺–АТФазной помпы плазмалеммы растительных клеток:

 

Выход протонов из клетки сопряжен с работой Н⁺–АТФазы плазмалеммы и является активным процессом, в результате которого на мембране создается электрохимический градиент D`m_н. Электрохимический градиент любого вещества включает электрическую и концентрационную составляющие. В случае переноса положительно заряженной частицы наружу на мембране устанавливается более высокий по абсолютной величине потенциал DY (внутренняя сторона заряжена отрицательно по отношению к наружной) и изменяется разность концентраций переносимого иона, в данном случае DрН. Создавшаяся ситуация приводит к тому, что калий (или другой положительно заряженный катион) по градиенту электрохимического потенциала, а протон по градиенту концентрации входят в клетку. При своем движении внутрь клетки протон активирует переносчик, транспортирующий либо анион, либо аминокислоты, либо другие соединения.

Вторичный активный транспорт приводится в действие за счет энергии, запасенной в градиентах веществ, а не путем прямого гидролиза АТФ. Все они работают как котранспортные системы: одни функционируют по принципу симпорта, а другие – по принципу антипорта. В животных клетках котранспортируемым ионом обычно оказывается Na⁺. Например, активный транспорт некоторых сахаров и аминокислот внутрь животных клеток обусловливается градиентом Na⁺ через плазматическую мембрану. Всасывание глюкозы в клетки кишечника и почек достигается с помощью системы симпорта, в которой глюкоза и ионы Na⁺ связываются с различными участками на белке-переносчике глюкозы; Na⁺ стремится войти в клетку по своему электрохимическому градиенту и активирует переносчик, перемещающий глюкозу внутрь. Чем выше градиент Na⁺, тем больше скорость всасывания глюкозы. Наоборот, если концентрация Na⁺ во внеклеточной среде заметно уменьшается, транспорт глюкозы останавливается. Ионы Na⁺, проникающие в клетку вместе с глюкозой, выкачиваются обратно Na⁺/К⁺–АТФазой, поддерживающей градиент концентрации Na⁺.

благодаря вторичным механизмам клетки получают большие преимущества, если в качестве источника энергии могут использовать градиент электрохимического потенциала ионов. Однако при рассмотрении механизмов сопряжения потоков ионов и неэлектролитов (нейтральных молекул) необходимо помнить, что если выделяемые из клетки ионы (Н⁺ или Na⁺) способствуют транспорту углеводов, аминокислот, сахаров и др. веществ, то для каждой такой системы требуется отдельный переносчик, узнающий специфический субстрат.

В переносе веществ через мембраны принимают участие редокс-цепи мембран, т. е. окислительно-восстановительные реакции (например, ОВ дыхательной цепи). Исходным звеном РЦ выступают восстановленные пиридиннуклеотиды, а конечным акцептором электронов является О₂.

По данному механизму транспортируются как галактоза, арабиноза, глюкоза-6-фосфат, глюконат и глюкуронат, большинство природных аминокислот

В теории транспорта с участием ОВ систем имеются свои проблемы, связанные, в частности, с тем, что окисление разных транспортируемых веществ должно идти разными путями. С другой стороны, многие факты, рассматриваемые как аргументы в пользу ОВ транспорта, можно объяснить в рамках другого механизма (например, протон-движущей силы).

 

 

31. Адсорбция

Многие ксенобиотики действуют непосредственно на поверхность клетки, адсорбируясь на клеточной поверхности (мембране). Адсорбирующая поверхность в клетке может на несколько порядков превышать объем. Белки и крупные молекулы в растворе находятся в коллоидном состоянии и обеспечивают огромную поверхность для адсорбции. Так, например, площадь поверхности белков, содержащихся в 1 см³ сыворотки крови человека, составляет 100 м². С другой стороны, физико-химические характеристики веществ после их адсорбции на мономолекулярной пленке отличаются от их свойств в растворе, что имеет большую биологическую значимость. Когда говорят об адсорбции какого-либо вещества, подразумевают, что оно обратимо концентрируется на поверхности. Адсорбция определяется суммой всех химических связей, образующихся между молекулами или молекулами с поверхностью. Процесс адсорбции обусловлен теми же типами связей (в особенности ван-дер-ваальсовыми, водородными и ионными), что и химические реакции, происходящие во всем объеме вещества. Поверхность обладает двумя особенностями: Во-первых, на поверхности создается 100 % концентрация вещества. Поскольку адсорбируемое вещество обладает ничтожной растворимостью (растворимое не локализовалось бы на поверхности, а распределялось бы по объему), то при такой его концентрации вероятность химического взаимодействия значительно возрастает. Другая особенность поверхности заключается в том, что она содержит ненасыщенные валентности, которые в твердом веществе затрачиваются на связывание друг с другом составляющих его атомов.

На молекулу, которая адсорбируется из раствора на поверхности, действуют силы, стремящиеся возвратить ее в раствор. Мерой способности вещества возвращаться в среду является его растворимость, которую можно рассматривать как меру способности данного вещества десорбироваться.

Адсорбцию на поверхности подразделяют на неспецифическую и специфическую. Неспецифическая адсорбция характерна для веществ амфифильной природы, имеющих концевую гидрофильную группу, связанную с относительно большим гидрофобным остатком. Такие вещества занимают любую доступную им поверхность независимо от химической природы и физических свойств. В сосуде, содержащем мыльный раствор, мыло накапливается не только на поверхности раздела воздух–вода, но и на поверхности стекло–вода. Более того, мыло адсорбируется на любых предметах, погруженных в мыльный раствор. Это пример типичной неспецифической адсорбции, при которой нейтральные молекулы адсорбируются сильнее, чем ионы. Это происходит потому, что ион гидратируется сильнее, чем соответствующие неионизированные молекулы, и поэтому последние легче вытесняются из воды. Специфическая адсорбция свойственна гидрофобным веществам, которые стремятся разместиться на поверхности, имеющей химически комплементарный характер. Простейший пример – притяжение аниона к положительно заряженному участку поверхности, а катиона – к отрицательно заряженному. В таких случаях ион будет адсорбироваться сильнее, чем неионизированная молекула. Если при адсорбции не происходит образования ковалентных связей, то это обратимый процесс, и положение его равновесия устанавливается в соответствии с законом действующих масс. При выводе соотношения были сделаны следующие предположения:- энергия адсорбции постоянна и не зависит от степени заполнения поверхности;- адсорбция происходит на локальных центрах, и адсорбированные молекулы между собой не взаимодействуют;- максимальная возможная адсорбция соответствует полному заполнению монослоя.

Число молей вещества Г, адсорбированного на поверхности, выражается в виде функции равновесной концентрации вещества С в растворе.

С

Г = Г_max ––––––, (4.1)

К_сд + С

где К_сд – константна сорбции-десорбции; Г_max – число молей растворенного вещества, адсорбированного на поверхности адсорбента с образованием полностью заполненного монослоя; С – концентрация ксенобиотика в растворе.

Изотерму Лэнгмюра можно представить в линейной форме:

1 1 К_сд

––– = –––– + ––––––. (4.2)

Г Г_мах Г_мах С Это уравнение показывает, что адсорбент насыщается при высоких значениях С, т. е. при образовании монослоя. Это так называемая изотерма адсорбции. При адсорбции различных агентов часто наблюдается

такое явление, когда биологический эффект от каждого последующего удвоения становится все

менее ощутимым, при этом кривая зависимости

эффекта от дозы также представляет собой гиперболу. Известно несколько типов кривых, характеризующих процесс адсорбции: 1. L-кривые, нормальные изотермы Лэнгмюра, характеризующие адсорбцию молекул, ориентированных на поверхности горизонтально. Чем больше вещества адсорбировано, тем более затруднена дальнейшая адсорбция. 2. S-кривые, соответствующие вертикальной ориентации молекул относительно поверхности. На этапе, который характеризуется начальным участком сигмоидной кривой, чем больше вещества уже адсорбировано, тем легче происходит дальнейшая адсорбция. Этот эффект получил название кооперативного.3. Н-кривые, характеризующие случаи с высокой степенью сродства; на этих кривых начальные значения концентраций адсорбированного вещества очень велики; такие кривые часто получаются, если вещество адсорбируется в виде мицелл, а также при адсорбции ионов, имеющих высокую степень сродства и способных обмениваться с ионами, обладающими малой степенью сродства. Выделяют еще С-кривые, соответствующие линейной зависимости между константами распределения в тех случаях, когда вещество проникает в адсорбент легче, чем растворитель.

32. Экологическая и токсикологическая характеристика оксидов азота, серы и фторсодержащих углеводородов.Немалую опасность представляет также и попадание в атмосферу окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива. Количество выбросов окислов азота вместе с аммиаком оценено приблизительно в 200-350 млн т в год.Часть присутствующих в атмосфере оксидов (NO, SO) и диоксидов (N02, S02) азота и серы образуются в ходе естественно протекающих природных процессов - вулканических извержений, разрядов атмо-сферного электричества, жизнедеятельности микроорганизмов. Из ежегодно накапливающихся в биосфере оксидов азота на долю при-родных процессов приходится 1100 млн т этих соединений, антропо-генная часть составляет еще около 53 млн т.Следует помнить об образовании оксидов азота внутри помещений, накапливающихся в результате эксплуатации бытовых газовых приборов. Немалый вклад в их накопление вносит и курение. Основную токсикологическую опасность из окислов азота пред-ставляют диоксиды азота. В концентрации 100 мкг/м3 диоксид не вы-зывает каких-либо морфологических изменений в органах дыхания у крыс. Однако повышение концентрации диоксида азота до 600 мг/м3 в организме животных приводит к развитию бронхита и начальным проявлениям пневмосклероза.Длительное воздействие диоксида азота вызывает целый спектр изменений физиологических систем организма животных (нарушение рефлекторной деятельности, гематологические изменения и т. д.). Ди-оксид азота в концентрациях 40-140 мг/м3 при экспозиции не более часа может вызывать развитие бронхита и бронхопневмонии.Наиболее опасное проявление острого отравления оксидами азота - отек легких. Убедительных данных о канцерогенности, мутагенности и тератогенности оксидов азота в настоящее время не имеется. По существующим дан-ным, ежегодно в результате деятельности человека вырабатывается около 150 млн т серы, преимущественно в результате утилизации ис-копаемого топлива. При выплавке меди, свинца и цинка количество образующегося диоксида серы достигает 15 млн т.Определенное количество выброшенных в атмосферу окислов азота и серы удаляется в результате сорбции почвой, растительным покро-вом, водой и кислотных дождей. Последние снижают интенсивность фотосинтеза, вызывают гибель наземных растительных сообществ, подкисление водоемов и связанную с ним гибель гидробионтов.Воздействие оксидов серы на дыхательные пути приводит к увеличению респираторных заболеваний у населения, ослабляет иммунную защиту у людей и животных и т. д. При накоплении в атмосфере фторсодержащих углеводородов уменьшается содержание озона. Общие выбросы углеводородов в ат-мосферу составляют не менее 200 млн т в год; особенно опасны для живых организмов, объединенных общей областью распространения (биоты), полициклические ароматические углеводороды, в частности бенз(а)пирен, образующиеся при сгорании различных видов топлива и других высокотемпературных процессах и вызывающие мутагенные и канцерогенные эффекты.

 

 

33. Экологическая и токсикологическая характеристика тяжелых металлов.

Например, 1,5-2 тыс. т ртути ежегодно поступает в биосферу при переработке минералов и руд, 0,1-8 тыс. т - при сжигании топлива; ежегодно в биосферу при сжигании угля попадает около 3,5 тыс. т свинца, 56 тыс. т - в результате выветривания и 110 тыс. т выносят реки.Степень токсичности тяжелых металлов для человека и животных, а также для растений неодинакова и колеблется в весьма широких пре-делах. Так, цинк, титан характеризуются низкой токсичностью для человека и теплокровных животных, но даже в низких концентрациях они оказывают губительное действие на рыб и других обитателей водных экосистем.Наиболее часто металлы, в том числе и высокотоксичные, попадают в окружающую среду в результате промышленных сбросов в водоемы со сточными водами, не прошедшими эффективной очистки, а также использование пестицидов, в состав которых они входят.Для поврежде-ния механизмов природного самоочищения водоемов бывает доста-точным даже кратковременное повышение концентрации металлов в водной экосистеме, что весьма существенно при организации мониторинга тяжелых металлов в сточных водах. Кадмий Весьма важным является фактор длительности воздействия кадмия на организм человека и животных в связи с его способностью накапливаться в печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах и др. Кадмий характеризуется выраженной нефротоксичностью при попадании в организм с питьевой водой.Высокой чувствительностью к действию кадмия характеризуются водные организмы. Так, пребывание рыб (гуппи, карп, карась и др.) на протяжении суток в воде с содержанием Cd2+ 0,001-0,3 мг/л приводит к их гибели.

Свинец Ежегодно в земную атмосферу выбрасывается около миллиона тонн его соединений, значительная часть которых водорастворима, что обу- словливает экологическую опасность РЬ. Основной источник - эти-лированный бензин. Токсикологическая опасность свинца усугубляет-ся его активным всасыванием в пищеварительном тракте человека и животных, значительным объемом распределения в тканях и накоплением в костях. Депонированный в костях свинец способен поступать в кровь, с током которой доставляется в различные органы. В наибольшей степени опасному воздействию свинца подвергаются рабочие, занятые на его добыче в шахтах, а также при выплавке. В этом случае металл поступает в организм ингаляционным путем.Примерно 35 % свинца, попавшего в дыхательные пути человека, оседает в легких. Около 10 % свинца, поступившего с продуктами пи-тания в пищеварительный тракт, всасывается. Выведение свинца из организма человека осуществляется преимущественно (более 70 %) почками и в меньшей мере через пищеварительный тракт (~ 10 %).Определенную роль в накоплении свинца в экосистемах играют растения, получающие металл не только из атмосферы, но и из почвы. свинец об-наружен в листьях салата и бобов, но практически отсутствует в томатах, кочанной капусте, картофеле и моркови.Свинцовая интоксикация вызывает нарушение биосинтеза гемогло-бина на уровне ингибирования левулинатдегидратазы и гемсинтетазы. Имеются сведения о нарушении синтеза цитохрома Р-450 при свинцовой интоксикации.Главной мишенью воздействия свинца при хронических отравлени-ях являются центральная и периферическая нервные системы (свинцовая энцелопатия: появление головной боли, нарушение сна, памяти, возникновение тремора, галлюцинаций и т. д.). Для различных вариантов отравления свинцом характерно поражение почек, пищеварительного тракта.

Ртуть и ее соединения относятся к веществам общетоксического действия, вызывающим у людей летальный исход, попадая в организм с питьевой водой в количестве 75-300 мг в сутки. Наиболее токсична двухлористая ртуть (сулема), однократная летальная доза которой со-ставляет для человека р,2-0,5 г. Ртуть характеризуется высокой нефро- токсичностью, приводящей к быстро развивающейся почечной недос-таточности. Выведение ртути осуществляется почками, через пищеварительный тракт, потовыми и молочными железами.Начиная с концентрации 0,006-0,01 мг/л ртуть в виде водораство-римых солей оказывает губительное влияние на рыб и другие водные организмы.При отравлениях ртутью, особенно ее органическими соединения-ми, отчетливо выражены симптомы поражений нервной системы (парезы, параличи, нарушения зрения и слуха).