Общая токсикология (2002).

ОБЩАЯ
ТОКСИКОЛОГИЯ
Под редакцией
Б .А. Курляндского.В .А. Шилова
ОБЩАЯ
ТОКСИКОЛОГИЯ
П од редакцией
профессора Б.А.Курляндского,
профессора В.А.Шилова
МОСКВА
“МЕДИЦИНА”
2002
Коллектив авторов
УДК615.9(035.3)
ББК 52.84
028
К у р л я н д с к и й Борис Аронович, д-р мед. наук, проф., директор Российского регистра
потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России (Мос­
ква)
028
Общая токсикология/Под ред. БАКурляндского, В.А.Филова. — М.: Медицина, 2002. — 608 с.: ил.
ISB N 5-225-04609-6
В книге с современных позиций рассмотрены и проанализированы
основные механизм^ действия химических веществ различных классов
на организм человека, патогенез и симптоматика интоксикаций в зави­
симости от количества вещества, путейпоступления и времени контакта.
Специальные разделы посвящены канцерогенному, генотоксическому,
эмбриотропному, иммунотоксическому и другим видам специфического
действия. Описаны подходы к диагностике и лечению интоксикаций,
оказанию первой помощи при отравлениях. Изложены научные и мето­
дические основы клинической, профилактической, экологической ток­
сикологии, современные подходы к оценке риска.
Для врачей широкого профиля, специалистов-токсикологов, врачейгигиенистов, экологов, специалистов по охране труда и технике безопас­
ности.
ББК 52.84
General Toxicology. Ed. by B.A. Kurlyandsky, V.A. Filov. —
Moscow: Meditsina Publishers, 2002. ISBN 5-225-04609-6
Basic mechanisms of the effects of chemicals of different classes on human
body, pathogenesis and symptoms of intoxication depending on the substance
dose, routes of entry into the body, and duration of exposure are discussed
and analyzed in this book from a modem viewpoint. Special sections deal with
carcinogenic, genotoxic, embryotropic, immunotoxic, and other specific ef­
fects. Approaches to the diagnosis and treatment of intoxication, first aid in
poisoning are described. Scientific and methodological basis of clinical, pre­
ventive, and ecological toxicology and modem approaches to evaluation of risk
are presented.
Addressed to physicians of general profile, toxicologists, hygienists, ecolo­
gists, and specialists in labor protection and safety engineering.
Филов Владимир Александрович, д-р биол. наук, проф., акад. РАЕН, науч. руководи­
тель Института ксенобиотиков РАЕН, руководитель лаборатории НИИ онкологии им. проф.
Н.Н. Петрова Минздрава России (Санкт-Петербург)
Безель Виктор Сергеевич, д-р биол. наук, проф., зав. лабораторией Института эколо­
гии растений и животных Уральского отделения РАН (Екатеринбург)
Василенко Наталья Мироновна, д-р мед. наук, проф., руководитель лаборатории Ин­
ститута медицины труда (Харьков)
Дарьина Людмила Викторовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. Военного университета
радиационной, химической и биологической защиты МО РФ (Москва)
Ж минько Петр Григорьевич, канд. биол. наук, руководитель лаборатории общей ток­
сикологии Института экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя (Киев)
Жолдакова Зоя Ильинична, д-р мед. наук, проф., зав. лабораторией НИИ экологии
человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (Москва)
Забродский Павел Францевич, д-р мед. наук, проф., зав. лабораторией Саратовского
медицинского университета (Саратов)
Иванов Николай Георгиевич, д-р мед. наук, проф., зав. лабораторией Российского
государственного медицинского университета (Москва)
Каган Юрий Соломонович, д-р мед. наук, проф., чл.-кор. АМН и НАН Украины, руково­
дитель отдела Института экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя (Киев)
Кацнельсон Борис Александрович, д-р мед. наук, проф., руководитель отдела Екате­
ринбургского медицинского научного центра профилактики и охраны здоровья рабочих
промышленных предприятий (Екатеринбург)
Кокшарева Наталия Владимировна, д-р биол. наук, руководитель лаборатории Инсти­
тута экогигиены и токсикологии им. Л.И.Медведя (Киев)
Кузьмин Сергей Владимирович, д-р мед. наук, директор Медицинского научного цент­
ра профилактики и охраны здоровья рабочих предприятий Минздрава России
ISBN 5-225-04609-6
© Коллектив авторов, 2002
Все права авторов защищены. Ни одна часть этого издания не м ожет
быть занесена в память компьютера либо воспроизведена любым спосо­
бом без предварительного письменного разрешения издателя.
Лошадкин Николай Андреевич, д-р мед. наук, проф., старший науч. сотр. Военного уни­
верситета радиационной, химической и биологической защиты МО РФ (Москва)
Лужников Евгений Алексеевич, д-р мед. наук, проф., чл.-кор. РАМН, руководитель
науч. отделения лечения острых отравлений НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского (Москва)
3
Оглавление
Привалова Лариса Ивановна, д-р мед. наук, зам, дир. по науч. работе Уральского
регионального центра “Экологическая эпидемиология" Уральского филиала Центра про­
филактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий (Екатеринбург)
Ревазова Юлия Анатольевна, д-р мед. наук, проф., ведущий науч. сотр. НИИ экологии
человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (Москва)
Ротенберг Юрий Семенович, д-р мед. наук, руководитель лаборатории НИИ по биоло­
гическим испытаниям химических соединений (Москва)
Сивочалова Ольга Витальевна, д-р мед. наук, зав. лабораторией НИИ медицины
труда РАМН (Москва)
С оф ронов Александр Генрихович, д-р мед. наук, проф. Военно-медицинской акаде­
мии (Санкт-Петербург)
Софронов Генрих Александрович, д-р мед. наук, проф., акад. РАМН, зав. лаборато­
рией Военно-медицинской академии (Санкт-Петербург)
Томилина Людмила Алексеевна, канд. мед. наук, ведущий науч. сотр. Российского
регистра потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава Рос­
сии (Москва)
Предисловие......................................................................................................................
10
Глава 1. Введение в токсикологию. — Г.А.Софронов...............................................
12
1.1.
1.2.
Глава 2. Взаимодействие организма и ксенобиотика; хемобнокинетика. — В.А.Фи­
лов......................................................................................................................................
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
Трахтенберг Исаак М ихайлович, д-р мед. наук, проф., акад. АМН и чл.-кор. НАН
Украины, руководитель лаборатории НИИ медицины труда АМН Украины (Киев)
Фесенко Марина Александровна, д-р. мед. наук, старший науч. сотр. НИИ медицины
труда РАМН (Москва)
Харчевникова Инна Вениаминовна, канд. мед. наук, старший науч. сотр. НИИ экологии
человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (Москва)
Худолей Вениамин Викторович, д-р мед. наук, акад. РАЕН, руководитель отдела НИИ
онкологии им. проф. Н.Н.Петрова Минздрава России (Санкт-Петербург)
Шафран Леонид Моисеевич, д-р мед. наук, проф., зав. отделом Украинского НИИ
медицины транспорта (Одесса)
Определение и основные понятия. Предмет, задачи и методы токсиколо­
гии............................................................................................................................
История становления токсикологии.................................................................
2.5.
Общие представления..........................................................................................
Механизмы метаболизма ксенобиотиков.........................................................
Биохимические механизмы токсического действия.......................................
Хемобиокинетика.................................................................................................
2.4.1. Поступление ксенобиотиков в организм............................................
2.4.2. Накопление ксенобиотиков в организме............................................
2.4.3. Выделение ксенобиотиков из организма............................................
2.4.4. Хемобиокинетика системы: материнский организм — плод...........
2.4.5. О нелинейных эффектах в хемобиокинетике....................................
2.4.6. Факторы, модифицирующие хемобиокинетику.................................
2.4.7. Особенности хемобиокинетики аэрозолей. — Б.А.Кацнельсон........
Количественная зависимость между структурой и активностью ксенобио­
тиков при их биотрансформации. — З.И.Жолдакова, И. В. Харчевникова ....
12
17
32
32
34
39
42
43
49
52
54
55
59
60
76
Глава 3. Влияние ксенобиотиков на биоэнергетические процессы. — Б.А.Курлян­
дский, Ю. С. Ротенберг, Л.А. Томилина..........................................................................
89
3.1.
3.2.
Действие ксенобиотиков на тканевое дыхание...............................................
Нарушения энергетического обмена под влиянием ксенобиотиков..........
89
99
Глава 4. Тноловые ады. — ИМТрахтенберг, Л .М .Ш афран ...................................
111
4.1.
111
1Ц
Патогенез и механизмы токсического действия тиоловых ядов.................
4.1.1. Общие положения..................................................................................
4.1.2. Физико-химические основы токсичности тяжелых металлов как
тиоловых ядов..........................................................................................
4.1.3. Тиоловые группы белков, их роль в клеточном метаболизме и
патогенезе отравлений тяжелыми металлами.....................................
4.2. Физиологический синергизм и антагонизм в механизме действия тяже­
лых металлов..........................................................................................................
ал
Токсикокинетика и токсикодинамика тиоловых ядов...................................
4.4. Острые отравления...............................................................................................
4-5. Хронические отравления.....................................................................................
4.5.1. Нейротоксичность в патогенезе отравлений тяжелыми металлами
4.5.2. Кардиотоксичность тиоловых ядов.......................................................
4.5.3. Нефротоксичность тиоловых ядов........................................................
4 -5 .4 .
Гепатотоксичность тиоловых ядов........................................................
•6 . Общие принципы лечения отравлений тиоловыми ядами...........................
114
116
131
133
138
142
143
154
160
165
166
5
Г л а в а 5. Блокаторы холинэстеразы. — Ю.С.Каган, Н.В.Кокшарева, П.Г.Жминько
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
176
Механизм передачи нервного импульса и роль в нем холинэстеразы
176
Обшие свойства холинэстераз, механизм их взаимодействия с ацетилхолином
179
Классификация антихолинэстеразных веществ
181
Фосфорорганические соединения..................................................................... ...182
5.4.1. Краткая история, строение и физико-химические свойства Ф О С
182
5.4.2. Взаимодействие Ф О С с холинэстеразой и холинорецепторами.... ....185
5.4.3. Антихолинэстеразная активность Ф О С in vitro.....................................187
5.4.4. Антихолинэстеразные свойства Ф О С при остром и хроническом
воздействии в зависимости от пути поступления в организм
... 189
5.4.5. Зависимость токсичности и антихолинэстеразной активности
Ф О С от их химической структуры.......................................................... 194
Токсикокинетика Ф О С ........................................................................................ ...200
Метаболизм Ф О С
202
Избирательное действие Ф О С .......................................................................... ...205
Патогенез отравлений Ф О С
212
5.8.1. Влияние Ф О С на центральную нервную систему и нервно-мы­
шечные синапсы
... 212
5.8.2. Нейротоксическое действие Ф О С замедленного типа..................... ... 217
5.8.3. Влияние Ф О С на дыхание и сердечно-сосудистую систему.......... ... 220
5.8.4. Влияние Ф О С на гладкомышечные и внешнесекреторные органы... 222
5.8.5. Влияние Ф О С на кровь, печень, почки и другие системы................223
Производные карбаминовой кислоты
225
5.9.1, Строение и взаимодействие с холинэстеразой................................... 225
5.9.2. Токсичность, кинетика, метаболизм...................................................
227
Г л а в а 7. Действие ксенобиотиков на систему крови. — Н.М.Василенко................
258
71
Токсические поражения пигмента крови.........................................................
7.1.1. Карбоксигемоглобинемия......................................................................
7.1.2. Метгемоглобинемия.................................................................................
7.1.3. Метгемоглобинобразователи неорганической природы...................
7.1.4. Поражение крови при первичном гемолизе.......................................
Угнетение ксенобиотиками системы кроветворения.....................................
7.2.1. Поражение крови по типу бензольной гемопатии...........................
7.2.2. Клиника острого и хронического отравления бензолом.................
7.2.3. Вещества с бензолоподобным действием на кровь..........................
7.2.4. Первичное токсическое угнетение синтеза гемоглобина.................
258
260
266
276
277
281
281
285
288
289
Глава 8 . Вещества наркотического действия. — А.Г.Софронов, Г.А.Софронов.....
300
8.1.
8.2.
300
72
Общие представления о наркотических веществах........................................
Обшие проявления клинического течения токсикоманических интокси­
каций........................................................................................................................
Биологические механизмы (патогенез) химической зависимости...............
Частные формы токсикоманий..........................................................................
Лечение токсикоманий........................................................................................
303
305
307
319
Глава 9. Вещества раздражающего действия. — Н.Г.Иванов..................................
325
9.1.
9.2.
9.3.
325
326
8.3.
8.4.
8.5.
9.4.
Глава 6 . Токсикология алкилирующих соединений. — Н.А.Лошадкин, Б.А.Кур­
ляндский, Л.В.Дарьина.....................................................................................................
9.5.
9.6.
9.7.
236
6.1.
Типы алкилирующих соединений. Механизмы реакций с нуклеофильны­
ми реагентами........................................................................................................ 236
6.1.1. Алкилирование. Типы алкилирующих соединений.......................... 236
6.1.2. Механизмы взаимодействия алкилирующих соединений с нуклео­
фильными реагентами............................................................................ 238
6.2. Биохимические мишени алкилирующих соединений. Общая токсиколо­
гическая характеристика...................................................................................... 239
6.2.1. Биохимические мишени алкилирующих соединений......................
239
6.2.2. Общая токсикологическая характеристика алкилирующих соеди­
нений. Концентрационные эффекты..................................................
240
6.3. Токсикология ипритов
242
6.3.1. Общая характеристика и токсичность................................................. ...242
6.3.2. Механизм токсического действия............................................................242
6.3.3. Симптомы поражения............................................................................ ...243
6.3.4. Токсикологические характеристики рецептур иприта (НТ, HQ,
HL), вязкие рецептуры........................................................................... 245
6.3.5. Противоопухолевые лекарственные средства. Производные бис(2-хлорэтил)амина.................................................................................... 249
6.4. Токсикология алкилирующих соединений, используемых в народном хо­
зяйстве ....................................................................................................................
250
6.4.1. Токсикология галоидных алкилов...........................................................250
6.4.2. Метиловые эфиры минеральных кислот............................................. ... 253
6.4.3. Биологически активные природные алкилирующие соединения..... ...253
6.5. Принципы оказания первой медицинской помощи при поражениях алкилирующими соединениями
255
6
Общие положения................................................................................................
Биомаркеры раздражающего действия веществ на дыхательную систему....
Характерные изменения дыхательной системы при кратковременном воз­
действии раздражающих ядов............................................................................
Особенности развития хронической интоксикации при ингаляции раз­
дражающих ядов в различных концентрациях................................................
Югассификация промышленных раздражающих ядов при ингаляции......
Анализ параметров токсикометрии раздражающих веществ........................
Раздражающее действие алкилирующих веществ. — Н.А.Лошадкин,
Л. В.Дарьина.............................................................................................................
339
341
343
345
Глава 10. Влияние ксенобиотиков на иммунный гомеостаз. — П.Ф.Забродский...
352
10.1. Общая часть...........................................................................................................
Изменения неспецифической реактивности организма................................
10.3. Действие токсикантов на гуморальный клеточный иммунитет...................
10.4. Влияние атмосферных загрязнений на иммунологическую резистент­
ность организма и возникновение заболеваний.............................................
352
382
Глава 11. Генотоксическое действие ксенобиотиков. — Ю .А.Ревазова.................
385
11.1.
11 .2 .
11.3.
11.4.
385
386
390
10.2 .
I
337
Общая часть...........................................................................................................
Генетические эффекты в соматических и зародышевых клетках человека
Оценка потенциальной генотоксичности ксенобиотиков............................
Оценка суммарной генотоксичности и модификация мутагенных эффек­
тов при комбинированных воздействиях.........................................................
355
363
396
Глава 12. Химический канцерогенез, — В.В.Худолей................................................
407
J2.1. Общие понятия и определения.........................................................................
■Классификация канцерогенов............................................................................
2.3. Закономерности канцерогенеза и механизмы действия химических кан­
церогенов................................................................................................................
407
408
418
7
12.4. Первичная профилактика и выявление канцерогенов...................................... 428
12.5. Регламентирование химических канцерогенов и количественная оценка
канцерогенной опасности. — Б.А.Курляндский................................................ ... 432
Гл ава 13. Действие ксенобиотиков на процессы репродукции. — О.В.Сивочалова, М.А.Фесенко
445
13.1. Обшая часть........................................................................................................... ...445
13.2. Методы изучения влияния ксенобиотиков на репродуктивную функцию 449
13.2.1. Исследование гонадотропного действия химических веществ....... ...451
13.3. Патогенетические аспекты и клинические проявления нарушений репро­
дуктивной функции.............................................................................................. ...455
13.4. Классификация ксенобиотиков, действующих на репродуктивную систему... 464
Гл ава 14. Основы профилактической токсикологии. — Б.А.Курляндский
474
14.1. Задачи и принципы.............................................................................................. ...474
14.2. Информация об основных свойствах вещества и условиях его воздейст­
вия на организм.......................................................................................................475
14.3. Создание экспериментальных моделей, адекватных условиям воздейст­
вия вещества на организм человека.....................................................................477
14.4. Установление основных параметров токсичности (токсикометрия)..............479
14.5. Изучение патогенетической значимости изменений в организме и их
оценка с позиций критерия вредности............................................................... 482
14.6. Экстраполяция экспериментальных данных с животных на человека...... ...487
14.7. Гигиеническое регламентирование химических веществ................................. 488
14.8. Комбинированное действие химических веществ. — Б.А.Кацнелъсон......... .. 497
14.8.1. Многофакторный характер токсической экспозиции...................... .. 497
14.8.2. Различные дефиниции типов комбинированного действия.............. 500
14.8.3. Токсикологический антагонизм.............................................................. 503
14.8.4. Неоднозначность комбинированного действия.................................... 505
14.8.5. Механизмы комбинированного токсического действия.................. .. 507
14.8.6. Сочетанное действие.............................................................................. .. 512
14.8.7. Комплексное действие химических веществ...................................... ..516
Гл ава 15. Методология оценки риска и некоторые проблемы ее применения в
условиях России. — Б.А.Кацнелъсон, Л.И.Привалова, С.В.Кузьмин
521
15.1. Характеристика проблемы и основные понятия............................................ ..521
15.2. Общее описание методологии оценки риска.................................................. ..523
15.2.1. Идентификация вредного фактора (факторов)....................................524
15.2.2. Оценка экспозиций................................................................................ ..526
15.2.3. Оценка зависимости доза — ответ..........................................................529
15.2.4. Характеристика риска (“risk characterization”)......................................538
15.2.5. Связь между оценкой риска и управлением и м ..................................540
Гл ава 16. Основы экологической токсикологии. — В.С.Безель
545
16.1. Предмет, цель, задачи.......................................................................................... .545
16.2. Надорганизменный характер зависимости доза — эффект........................... ..547
16.2.1. Содержание токсичных веществ в компонентах биоты — важней­
ший экотоксикологический показатель меры токсической нагрузки 550
16.2.2. Реакция экологических систем на загрязнение среды обитания
как показатель экотоксикологического эффекта................................558
16.3. Проблема адаптации в экологической токсикологии.....................................576
16.4. Проблемы экологического нормирования.........................................................579
8
Гл ава 17. Общие принципы диагностики и лечения острых отравлений. —
Е .А.Л уж ников........................................................................................................................... ... 587
17.1. Распространенность острых отравлений и их причины...................................587
17.2. Клиническая картина и диагностика острых отравлений............................ ...588
1 7 3 . Лечение острых отравлений...................................................................................589
17.3.1. Стимуляция естественной детоксикации............................................ ...590
17.3.2. Методы искусственной детоксикации................................................. ...592
17.3.3. Специфическая (антидотная) фармакотерапия.....................................593
17.3.4. Симптоматическая фармакотерапия........................................................594
17.4. Основные виды острых отравлений.................................................................. ...596
17.4.1. Лекарственные отравления.................................................................... ...596
17.4.2. Отравления алкоголем и его суррогатами.......................................... ...598
17.4.3. Отравления прижигающими жидкостями........................................... ...599
17.4.4. Отравления фосфорорганическими инсектицидами......................... ...600
17.4.5. Отравления угарным газом.................................................................... ...601
Предметный указатель................................................................................................... ...602
Предисловие
Проблема химической безопасности приобрела сегодня всемирное зна­
чение для судеб человечества, опередив в этом отношении такой, безусловно
приоритетный фактор, как радиационный. М ногообразие химических ве­
ществ, обращающихся в среде обитания, различие их химической структуры
и физико-химических свойств, трудности управления риском химических
воздействий превратили химические соединения в реальную угрозу выжи­
вания человека и живой природы. Сегодня глобальная проблема химической
опасности изложена в таких авторитетных документах, как “ Программа
действий, Повестка дня на X X I в.” (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) и решение
“3-го Всемирного межправительственного форума по химической безопас­
ности” (Сальвадор да Байя, 2000 г.), определившими основную тенденцию
конца ЮС — начала X X I вв. как интеграцию международных усилий в с о ­
здании единой системы химической безопасности. В этих же документах
обращено внимание на важнейшее значение токсикологического изучения
химических веществ, особенностей их действия, а также профилактики и
лечения отравлений.
Химическим веществам с их структурным разнообразием присущи пре­
дельно разнообразные формы воздействия на живые организмы: от возник­
новения тяжелых соматических заболеваний и неспецифических изменений
реактивности до влияния на наследственные свойства и систему воспроиз­
водства. Присутствие химических веществ практически во всей среде оби­
тания и в самых различных количествах неизбежно ставит во главу угла
изучение общих закономерностей взаимодействия организма человека и
токсического фактора.
Сегодня в мировой литературе опубликовано много материалов по во­
просу действия химических веществ на живые организмы. Выпущены фун­
даментальные издания, посвященные как общим, так и частным вопросам
токсикологии.
В нашей стране в силу ряда объективных причин и научных традиций,
токсикологические исследования, а соответственно и научные издания до
сих пор были только по отдельным разделам токсикологической науки и
практики.
До настоящего времени в стране отсутствовало фундаментальное токси­
кологическое руководство, обобщающее все основные разделы токсиколо­
гии, объединенные на основе обобщающего анализа токсических свойств
веществ, механизмов их токсического действия, отдаленных последствий
интоксикации, а также клиники и лечения отравлений. Поэтому авторы
настоящего руководства исходили из необходимости представления мате­
риала на основе анализа действия вещества в организме, исходя из свойств,
присущих ему как структурной единице, а также в зависимости от его
количества и путей поступления в организм.
Такое построение монографии позволило подробно рассмотреть влияние
основных групп веществ, сходных и различных по механизму токсического
действия, на всех количественных и временных уровнях: от острых инток­
сикаций до изменений реактивности организма, связанных с длительным
воздействием малых количеств токсикантов. В книге подробно представлено
10
действие веществ в организме, их токсикокинетика, описаны токсические
эффекты и механизмы их возникновения, а также особенности воздействия
на отдельные органы и системы. Рассмотрены современные воззрения на
проблемы химического мутагенеза, канцеро- и тератогенеза, влияние на
иммунную систему, систему крови и т.д.
Учитывая важность профилактики химических воздействий, в книге
изложены основные понятия и принципы экологической и профилактичес­
кой токсикологии, методика оценки риска. Определены основные принци­
пы клинической токсикологии. Ш и рок о представлена литература по всем
основным разделам токсикологии.
Редакторы и авторский коллектив (а это ведущие специалисты России
и Украины в области токсикологии) надеются, что предлагаемое “ Руковод­
ство по общей токсикологии” представит интерес и принесет большую
пользу широкому кругу специалистов, работающих как в области токсико­
логии, так и в области других смежных дисциплин, связанных с проблемами
химической безопасности.
Б. А. Курляндский, В. А. Филов
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ В ТОКСИКОЛОГИЮ
1.1. Определение и основные понятия.
Предмет, задачи и методы токсикологии
Токсикологию (от греч. слов toxikon — яд, в который погружают нако­
нечники стрел, toxikos — лук и logos — слово, понятие, учение) обычно
определяют как науку о законах (закономерностях) взаимодействия токсичных
химических веществ (ядов) и живых организмов.
Будучи достаточно общим, это определение не отражает в должной мере
предмет токсикологии, совокупность ее современных направлений и задач,
пространство исследований и практического использования полученных
результатов, границы и соотношения с другими науками, а следовательно,
нуждается в уточнении и обсуждении. Свидетельством справедливости ска­
занного может, в частности, служить тот факт, что фармакологи традици­
онно считают фармакологию наукой “о взаимодействии химических соеди­
нений с живыми организмами” [30]. Шмидеберг в конце прошлого столетия
определял фармакологию как учение об изменениях в живом организме под
влиянием химически действующих веществ. Н.П.Кравков называл фарма­
кологию учением “о действии на организм вообще всех веществ, способных
в той или другой степени растворяться в нем и всасываться” [И].
Столь близкие, если не идентичные, толкования предмета токсикологии
и фармакологии проистекают оттого, что существуют серьезные трудности
в строго научном определении понятия яд (токсичное химическое вещест­
во). Прежде всего потому, что яд — категория количественная.
Крупнейший ученый эпохи Ренессанса Парацельс (1493— 1541), впервые
поставивший на научную основу проблему “доза — эффект” и определив­
ший химическую природу ядов, так сформулировал свое третье правило:
“Что является и что не является ядом? Все вещества являются ядами и не
бывает веществ без ядовитости. Только доза определяет ядовитость” [32].
Действительно, для огромного числа веществ типично токсическое действие
в высоких дозах, но они относительно безвредны в низких. Например,
винилхлорид обладает сильной гепатотоксичностью в больших дозах, явля­
ется канцерогеном и ангиотоксикантом при длительном воздействии в
малых [12]. Хрестоматийны примеры с кислородом и некоторыми металла­
ми. Без кислорода, как известно, невозможна жизнь. Тем не менее при
высоком парциальном давлении во вдыхаемом воздухе кислород обладает
мощным пульмонотоксическим действием. Микроэлементы — железо, медь,
магний, марганец, кобальт, кадмий и др. — являются жизненно необходи­
мыми. При недостаточном поступлении с пищей развивается их дефицит в
организме, что отражается, в частности, на активности целого ряда фермен­
тов. В больших дозах металлы проявляют сильное токсическое действие:
кадмий, например, избирательно повреждает гонады.
Эффекты большинства лекарственных средств, несмотря на достаточную
терапевтическую широту, также обнаруживают отмеченную тенденцию. Ат­
ропин в количестве 1—2 мг на прием широко употребляется как лекарст­
12
венный препарат. Начиная с 5 мг pro dosi, у человека выявляются заметные
побочные эффекты. После приема 15—20 мг и более доминируют грубые
расстройства психической сферы. В дозе 100—200 мг атропин вызывает
коматозное состояние. При увеличении дозы до 0,5 г препарат становится
опасным для жизни.
Следовательно, химические вещества при воздействии на организм в
определенных дозах проявляют токсичность — внутренне присущую химичес­
кому веществу способность оказывать вредное действие, которое проявляется
только при взаимодействии вещества с живыми организмами. Токсичность —
понятие количественное, при этом измерению подлежат биологический
эффект, формирующийся в результате химической агрессии, и доза (кон­
центрация), в которой тот или иной химический агент вызывает различной
выраженности повреждения. Наиболее объективна оценка токсичности по
смертельному эффекту [23].
Оценка токсичности химических веществ — очень непростая задача.
Токсичность зависит от пути проникновения ядов в организм, возраста,
пола, состояния организма, условий его обитания и большого числа других
факторов. Она может быть острой и хронической. Разработка принципов и
адекватных методов измерения токсичности входит в задачи целого раздела
токсикологии — токсикометрии. Токсикометрия представляет собой совокуп­
ность, систему принципов, методов и приемов оценки токсичности и опаснос­
ти химических веществ [10]. При этом под опасностью понимают вероят­
ность проявления химическим веществом своих токсических свойств в оп­
ределенных условиях.
Наконец, понятие яда имеет и качественный аспект, так как одно и то
же химическое вещество может быть очень токсичным для одних видов и
нетоксичным для других. Например, четыреххлористый углерод обладает
сильнейшим гепатотоксическим действием для многих видов животных, но
к нему относительно малочувствительны куры и почти невосприимчивы
некоторые линии кроликов [33]. Еще более впечатляют различия в чувст­
вительности некоторых видов животных к 2,3,7,8-тетрахлордибензо-р-диоксину (ТХДД, диоксин). П о тесту инволюции тимуса токсичность диоксина
для морских свинок составляет 0,04 мкг/кг, а для хомяков — 500 мкг/кг.
Заметим, что избирательность токсического действия химических аген­
тов лежит в основе изыскания пестицидов, инсектицидов, противоопухоле­
вых, противопаразитарных и других средств [2].
В современном понимании яд — э т о химическое вещество, которое в
соприкосновении с живыми организмами в определенных условиях среды обита­
ния и в определенном количестве способно оказывать повреждающее влияние
на живые организмы, вплоть до гибели.
В современной научной литературе в качестве синонима слова яд часто
употребляется слово ксенобиотик (от греч. xenos — чужой и bios — жизнь,
т-е. чуждый организму).
В соответствии с этим предметом исследования в токсикологии являются
яды (токсичные химические вещества), механизмы их токсического дейст­
вия на биологические системы различных уровней их организации (от
молекулярного до надорганизменного, популяционного) и те патологичес­
кие состояния, которые формируются в живых организмах в результате
взаимодействия с токсичными химическими веществами.
Задачи токсикологии как науки проистекают из опасности химических
веществ. В конечном счете они сводятся к накоплению знаний и понима­
нию закономерностей, которые определяют токсичность и опасность хими­
13
ческих веществ для индивидуумов и их сообщ еств с тем, чтобы оценивать
(прогнозировать) оп асн ость и управлять ею. П рогн ози ров ан и е и понимание
сущ ности химической оп асн ости обеспечивает создание научных осн о в раз­
работки с п о со б о в и средств профилактики токсических воздействий, мето­
дов диагностики и лечения заболеваний, обусловленных токсичными хими­
ческими веществами.
Область исследований в токсикологии обширна. В сфере ее интересов
находятся животные и растения различных видов, человек. Этим объясня­
ется, что токсикология — одновременно и биологическая, и медицинская
наука. В ней выделяют ряд хорош о очерченных, но тесно связанных между
собою направлений.
Прежде всего это теоретическая, фундаментальная токсикология. Главные
ее задачи — выяснение механизмов биологической активности токсичных
химических веществ; установление связи между токсичностью, опасностью
и химическим строением, физико-химическими свойствами ядов; познание
закономерностей взаимодействия токсичных химических веществ и живых
организмов, т.е. хемобиокинетики (токсикокинетики) и токсикодинамики
ядов. Хемобиокинетика — раздел токсикологии о путях поступления, механиз­
мах всасывания, распределения, биотрансформации в организме и выведения
токсичных химических веществ. Основное содержание токсикодинамики со­
ставляю т биологические реакции организма в от в ет на воздействие яда.
В теоретической токсикологии разрабатывают экспериментальные моде­
ли патологических состояний и процессов, развивающихся в результате
воздействия ядов; обосновываются методы экстраполяции эксперименталь­
ных данных на человека. При этом решающее значение приобретает изуче­
ние механизмов видовой чувствительности животных к ядам.
Методы, которые применяются в экспериментальной токсикологии, раз­
нообразны и определяются объектом изучения и задачами эксперимента.
Так, при исследовании механизмов действия ядов ш ироко используются
биохимические методы (биохимическая токсикология). Они охватывают мо­
лекулярный уровень, взаимодействие ядов с рецепторами, ферментами, в
том числе с ферментами биотрансформации химических веществ, с другими
макромолекулами. Клеточный уровень требует привлечения ш ирокого
спектра морфологических методик. В тех случаях, когда объектом изучения
является нервная система, возникает необходимость в нейрофизиологичес­
ких и нейрохимических методах. Исследование физиологических реакций
или патологических процессов на органном или организменном уровнях
осуществляется с помощью физиологических методов. Среди них особая
роль принадлежит поведенческим тестам (поведенческая токсикология). С
их помощью оценивается влияние токсикантов на поведение животных и
человека. Поведение, как известно, является интегральным показателем
состояния периферической и центральной нервной системы, а также орга­
низма в целом. Изменение различных форм поведения дает ценную инф ор­
мацию о тропности химического воздействия, о возможных нарушениях
высших регуляторных функций. Методы поведенческой токсикологии ши­
роко используются в хроническом эксперименте при оценке эффектов ток­
сикантов в малых дозах, а также при изучении отдаленных последствий
перенесенной интоксикации.
В экспериментальной токсикологии существуют и собственные, токси­
кологические методы и приемы. Они незаменимы при создании моделей
патологических состояний, вызванных химическими токсикантами, и о с о ­
бенно в токсикометрии. Параметры токсикометрии служат количественны­
14
ми рамками патогенеза отравления (интоксикации). В любом токсикологи­
ческом эксперименте объектом исследования служит то или иное патоло­
гическое состояние, созданное целенаправленно путем строго количествен­
ного воздействия. Экспериментальная модель будет тем ближе к замыслу
исследования, чем строже и полнее соблюдается “токсикологическое обрам­
ление” эксперимента: адекватны доза, путь (накожный, ингаляционный,
пероральный и др.) введения, скорость поступления яда и т.д.
Не будет преувеличением утверждение, что токсикометрия имеет клю­
чевое значение для всей токсикологии, для всех ее направлений и разделов.
Количественные критерии токсичности будут предметом анализа в одной
из последующих глав, поэтому здесь уместно лишь упоминание основных
методов и приемов, отличающих токсикометрию. Среди них химико-анали­
тические методы, предназначенные для идентификации и определения ток­
сичных химических веществ в окружающей среде (например, контроль кон­
центраций ядов в камерах для ингаляционных затравок) и в биологическом
материале. Следует также отметить многообразный арсенал токсикологичес­
ких тестов — от исследования острой и хронической токсичности на живот­
ных до оценки генотоксичности с использованием технологии клеточных
культур (так называемые альтернативные методы в токсикологии). Все воз­
растающее значение придается методам изучения патогенеза интоксикации
на субклеточном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Наконец, ме­
тоды биометрии и статистики. С их помощью осуществляется анализ полу­
ченной информации, дается количественная характеристика опасности хи­
мических веществ, разрабатываются математические прогностические мо­
дели.
Как уже отмечалось, токсикометрия составляет методологический фун­
дамент всей токсикологии, но особый смысл и значение она приобретает в
профилактической токсикологии. Профилактическая (гигиеническая) токсико­
логия изучает токсичные химические факторы окружающей среды, обосновы­
вает размеры допустимой “химической нагрузки” на человека, разрабаты вает
способы медицинской профилактики токсических воздействий в реальных ус­
ловиях жизнедеятельности людей. Присутствие токсичных химических ве­
ществ в той или иной среде обитания человека (жилище, производственная
сфера, пищевые продукты, лекарства и т.д.) позволяет подразделить профи­
лактическую токсикологию на коммунальную, промышленную, сельскохо­
зяйственную, корабельную, пищевую, лекарственную и т.д.
При прогнозе и оценке опасности химических соединений используются
те же методические приемы, которые уже обсуждались при характеристике
теоретической токсикологии и токсикометрии. Для прогнозирования воз­
можности развития отдаленных эффектов хронического действия токсичных
химических веществ в малых дозах применяются иммунологические тесты,
а также методы оценки мута-, канцеро- и тератогенеза, и эмбриотоксичнос­
ти. Заметим, что изучение репродуктивной функции — высокоэффективный
способ выявления “химического неблагополучия” в окружающей человека
среде. На субпопуляционном уровне большую пользу приносят эпидемио­
логические исследования заболеваний, имеющих химическую этиологию.
В качестве следующего направления назовем клиническую токсикологию.
иническая токсикология изучает острые и хронические заболевания, вызваннь‘е токсичными химическими веществами, с целью научного обоснования
методов диагностики, профилактики и терапии отравлений. В связи с этим
ацачи в клинической токсикологии подразделяют на диагностические, леные и профилактические [18]. Их решение достигается посредством
15
клинических, инструментальных и лабораторны х методов обследования
больных. Ш и р о к о используются методы аналитической химии (методы га­
зовой, жидкостной хром атографии, хромато-, масс-спектрометрии и др.) для
идентификации химических веществ в биосредах (в крови, моче, лимфе и
т.д.).
В последние два десятилетия стремительно форм ируется новое направ­
ление в токсикологии — экологическая токсикология. Э т о научное направле­
ние на стыке экологии и токсикологии изучает токсические эффекты хими­
ческих веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организ­
мов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Экологическая токсикология
изучает источник поступления вредных веществ в окружающую среду, их
распространение в окружающей среде, действие на живые организмы. Человек,
несомненно, является наивысшей ступенью в ряду биологических мишеней [3].
Предметом экологической токсикологии являются надорганизменные
системы в условиях химической нагрузки антропогенного происхождения.
Экологическая токсикология оценивает потенциальную опасность контакта
популяций живых организмов с вредными химическими веществами, чуже­
родными для организма (ксенобиотики) или жизненно необходимыми для
него (эндогенные), но поступающими в избыточном количестве, и об осн о­
вывает меры профилактики губительных последствий такого контакта для
животных, растений и человека. Существенно, что экологическая токсико­
логия рассматривает первичные токсические эффекты ксенобиотиков на
молекулярно-генетическом, клеточном, органном уровнях в качестве пуско­
вых механизмов нарушений биологических систем на популяционном уров­
не. Это не только сближает концептуально классическую профилактическую
(гигиеническую) токсикологию с экологической токсикологией, но и дает
последней основание для использования ее методологических принципов и
приемов гигиенического нормирования химической опасности. Вместе с тем
специфика предмета экологической токсикологии предопределяет своеобра­
зие ее методических подходов, позволяющих в конечном счете давать ко­
личественную оценку наносимого экосистемам ущерба в результате хими­
ческой агрессии. Более подробно проблемы токсикологии изложены в
главе 16.
Завершая рассмотрение современных направлений токсикологии, нужно
отметить также некоторые достаточно обособленные ее разделы, такие,
например, как токсикология военная, судебная и ветеринарная. Будучи ее
прикладными разделами, они различаются спецификой предмета и своими
задачами. Так, военная токсикология изучает токсичные химические веще­
ства, характерные для военного труда мирного и военного времени, меха­
низмы их токсического действия на организм человека и формирующиеся
патологические состояния с целью изыскания наиболее эффективных сп о­
собов и средств профилактики и терапии отравлений. Она ш ироко исполь­
зует методы и достижения экспериментальной, профилактической и клини­
ческой токсикологии.
Судебная токсикология является неотъемлемой частью судебной меди­
цины, и ее главная задача состоит в экспертизе отравлений. Для этого
применяются методы судебной химии, клинической токсикологии и пато­
логической анатомии.
Ветеринарная токсикология, помимо прикладного значения, имеет и
теоретический аспект, поскольку различные виды сельскохозяйственных
животных используются для моделирования отравлений и последующей
экстраполяции полученных данных на человека. Другое важное обстоятель­
16
ство заключается в том, что с помощью знаний ветеринарной токсикологии
можно получить дополнительную информацию о перемещении химических
токсикантов по пищевым цепям в организм человека.
Говоря о соотношении токсикологии с другими науками, следует указать
на первостепенное значение для нее химии, биохимии, физиологии, ф ар ­
макологии, общей патологии, иммунологии, эпидемиологии, гигиены и
экологии. В свою очередь токсикология концептуально и методически су­
щественно обогащает гигиену, фармакологию, клиническую и судебную
медицину. Без нее немыслимы современное здравоохранение, общая пато­
логия и генетика. Фундаментальная токсикология привносит новые идеи в
экологию и перспективы в природоохранную деятельность человечества.
Рассмотрение теоретических и методологических основ современной
токсикологии свидетельствует об их единстве для всех ее направлений.
Краткий анализ предмета, задач, методов токсикологии дает возмож­
ность определить ее как науку о токсичных химических ф акторах среды
обитания живых организмов, о законах взаимодействия токсичных химических
веществ и живых организмов, определяющих потенциальную опасность хими­
ческих веществ для индивидуумов и их популяций, а т ак ж е способы и средства
минимизации химической опасности, профилактики, диагностики и терапии
отравлений.
1.2 История становления токсикологии
Токсикология родилась, по-видимому, одновременно с медициной, по­
скольку человека всегда окружали ядовитые животные и растения. Древние
яды представляли собой вытяжки из растений, яды животных и некоторые
минералы. Они были окружены тайной, использовались для охоты, войн,
судебных наказаний и ритуальных обрядов. История ядов — это одна из
огромных глав человеческой истории, в которой удивительным образом
переплетены человеческие любознательность и гений (не всегда добрый),
научные открытия, многовековой опыт медицины и других естественных
наук и одновременно интриги, преступления, политика, личные трагедии
великих людей и простых смертных, войны, природные катастрофы и чу­
довищные химические аварии современности. Об этом, в частности, гово­
рится в увлекательной книге И.Д.Гадаскиной и Н.А.Толоконцева (1988).
Наиболее ранним документом, свидетельствующим о знаниях древних о
ядах, считают Эберский папирус, написанный примерно за 1500 лет до н.э.
[35]. Сегодня его рассматривают как самую раннюю фармакопею, дошедшую
из древности до наших дней. Она содержит сведения о некоторых ядах —
опии, мышьяке, аконите, циансодержащих гликозидах и др. Упоминается
также яд, получаемый из калабарских бобов (Physostigmine venenesa) и
используемый в то время для судебных наказаний (пыток). Поразительно,
что этот препарат — физостигмин (эзерин) входит и во все современные
фармакопеи в качестве лекарственного средства из класса обратимых инги­
биторов холинэстеразы, производных карбаминовой кислоты. Одновремен­
но он ш ироко известен и как достаточно сильное ядовитое химическое
соединение.
Точно так же из далекой древности пришел к нам строфантин. Имеются
сведения, что доисторические охотники масаи, населявшие Кению несколь­
ко тысяч лет назад, использовали экстракт растения вида Strophantus для
смазывания дротиков и стрел, которыми они убивали животных на охоте и
своих врагов в различных столкновениях. Сведения о ядах содержатся во
17
многих древних книгах: в древнеиндийских текстах — Ведах (X II и IX сто­
летия до н.э.), в “ О д иссее” Гомера (около 850 г. до н.э.), в сочинениях
Аристотеля (384—322 гг. до н.э.), Овидия (43 г. до н.э. — 18 г. н.э.) и др.
В древнекитайской медицине ядам придавалось огромное значение. Легенды
говорят о том, что император Шен-Нунгу прожил 140 лет и знал не менее
70 ядов и противоядий. Утверждают, что китайские императоры умирали,
выпив настойку из волшебных снадобьев, которые даровали им якобы вечную
жизнь.
Расцвет наук в Древней Греции в V II и V I вв. до н.э. коснулся и
медицины. Наиболее известна Косская школа, основателем которой был
Гиппократ (около 460—370 гг. до н.э.). Гиппократ отвергал яды как орудия
убийства. В творениях Гиппократа нет ни слова о ядах, их действиях, и это
потому, что отец медицины дал клятву не говорить о них, и это запретил
своим ученикам, что соблюдено Плинием и Галеном, которые говорят
только о противоядиях [6]. Клятва Гиппократа жива и сегодня. В части ядов
она звучит так: “Я не дам никому просимого у меня смертельного средства
и не покажу пути для подобных замыслов” .
Ученые древности знали немало о ядах. Знания они получали из наблю­
дений за случайными отравлениями, а также при преднамеренном воздей­
ствии ядами. В отличие от стран Востока в Древнем Риме и Древней Греции
яды часто использовались как орудия убийства осужденных. Так, древнегре­
ческий поэт и врач Никандр в поэме “Териака” описывает клиническую
картину отравлений различными ядами животного происхождения. В другом
своем поэтическом труде “Алексифармика” Никандр дает характеристику
растительным ядам, а также излагает способы терапии отравлений. В част­
ности, он рекомендовал вызывание рвоты, как весьма эффективный способ
оказания помощи при отравлениях. Рвоту он советовал вызывать питьем
подогретого льняного масла, раздражением глотки и пищевода с помощью
простых приспособлений, изготовленных из бумаги или перьев птиц. М н о­
гое из того, о чем сообщал Никандр, основано на его собственных экспе­
риментах на осужденных преступниках.
Значительно раньше Платон описал смерть своего учителя Сократа,
которую тот принял, выпив по решению Афинского суда (399 г. до н.э.)
жидкость, содержащую яд, по-видимому, цикуту. Цикуту получали из р ас­
тений Conium maculatum, которое содержит алкалоид кониин — блокатор
передачи нервно-мышечного проведения.
В трактате “ М атерия медика” Д иоскорид (40—80 гг. н.э.) — врач
Нерона — представил классификацию ядов (растительные, животные, ми­
нералы), которая имела практическое хождение среди врачей более 15 веков.
В трактате впервые излагались способы идентификации некоторых ядов.
Среди ядов-минералов в античных трактатах упоминаются ртуть, мы­
шьяк, свинец и др. Никавдру, по-видимому, принадлежит заслуга первого
описания отравления свинцом. Как известно, в Древнем Риме свинец получил
широкое распространение в бьггу: из него изготовлялись водопроводные трубы,
сосуды для вина, посуда и т.д. Для улучшения качества в уже готовое вино
добавляли свинцовые пластинки. Свинец в то время был очень дорог и
доступен только богатым. Неудивительно, что хронические свинцовые отрав­
ления стали бичом древнеримской аристократии. Некоторые историки пола­
гают, что одной из причин падения Древнего Рима были массовые хрон и ­
ческие отравления свинцом. Древние римляне и греки хор ош о знали об
опасности ртути. Им енно поэтому, как сообщал Диоскорид, рудокопы
надевали маски, чтобы предохранить себя в шахтах от “ртутных паров” [6].
18
В Древнем Риме получило широкое распространение использование ядов
с криминальной целью. Римский диктатор Сулла в 81 г. до н.э. был вынуж­
ден издать специальный закон, предусматривавший наказание, вплоть до
смертной казни, виновных в преступном использовании ядов.
Ш ирокую известность как отравители получили древнеримский импера­
тор Калигула, большой знаток ядов, экспериментировавший на рабах, и не
раз решавший политические разногласия со своими противниками посред­
ством ядов, и Локуста, использовавшая мышьяк для убийства императора
Клавдия по заказу его жены Агриппины, замыслившей привести к власти
своего сына Нерона, пасынка Клавдия. Позднее, теперь уже по заказу
Нерона, Локустой был убит Британник — родной сын Клавдия и, следова­
тельно, прямой наследник престола. Так, в неполные 17 лет Н ерон стал
императором, а Локуста получила от него вознаграждение и право иметь
учеников. Императорский титул не принес, как известно, счастья Нерону.
В последующем он добровольно принял смерть от своего слуги, страшась
предстать перед римским сенатом, вынесшим ему смертный приговор.
Для истории токсикологии как медицинской науки важны не отравители
и содеянные преступления, а вызванная ими “эпидемия отравлений” и
необходимость изыскания противоядий. В то время родилась идея о неком
универсальном антидоте, способном защитить от большинства, если не от
всех, ядов.
До наших дней дошли многочисленные свидетельства фанатичного по­
иска такого средства. Приведем лишь некоторые из них. Весьма поучительна
история царя Митридата V I Понтийского. Панически опасаясь отравлений,
Митридат серьезно занимался токсикологией: изучал эффекты различных
ядов на людях, осужденных преступниках и невольниках, конструировал
противоядия и опять-таки испытывал их действие на обреченных. В итоге
он создал препарат, состоящий из более чем 36 компонентов и названный
в Римской фармакопее “митридатикум”. Препарат имел репутацию лучшего
в те годы антидота, способного предупредить действие таких ядов, как
аконитин, токсины змей, скорпионов, пауков и т.д. [35]. Митридат прини­
мал свой препарат каждый день и, по-видимому, приобрел со временем
весьма значимую толерантность к ядам. Такая устойчивость организма Мит­
ридата к отравлениям сыграла с ним злую шутку. В старости Митридат
пытался покончить жизнь самоубийством, приняв большую дозу яда, но
остался жив. Тогда он приказал солдату убить его мечом, что и было
исполнено. История Митридата, его экспериментов и противоядий была
описана Галеном в 3 книгах: “Антидоты I ” , “Антидоты I I ” , “Териаки от­
равлений” . Заметим, кстати, что древние греки использовали термин “те­
риака” для обозначения вначале ядов животных, а затем — антидотов ядов
животного происхождения. “Алексифармикой” они долгие годы называли
способ терапии отравлений вызыванием рвоты. Гален сообщал и о других
териаках. Например, териак Андромаха, врача Нерона, содержал уже 73
ингредиента. Вследствие этого спектр его защитной активности был значи­
тельно шире, нежели у антидота Митридата. В опытах на животных Гален
получил объективные доказательства эффективности териака Андромаха.
В средние века и в период Ренессанса рецептура териака Андромаха была
Дополнена новыми компонентами, их число превысило 100. П оиск териаков
и их применение с целью профилактики и лечения отравлений использова­
лись в Европе до начала X V III столетия, а в Турции — даже до начала X X в.
Более поздние, нежели у Галена, сведения о териаках и о различных методах
лечения отравлений были представлены в книге еврейского врача и фило­
соф а М озеса Моймонида (1135— 1204). Его трактат о ядах и противоядиях
вышел на арабском языке в Кордове в 1198 г. и составил заметную веху в
истории токсикологии [5]. В нем изложен тысячелетний опыт лечения
отравлений, а также дано описание клинической картины интоксикации ранее
неизвестными ядами. В первой части трактата Моймонид приводит описание
отравлений ядами животного происхождения (укусы взбесившихся собак, ос,
змей, пауков, скорпионов и других животных). В клинической картине он
впервые различает нейро- и гематотоксические проявления интоксикации. Во
второй части трактата речь идет о минеральных и растительных ядах. Харак­
теризуя, например, отравление белладонной, Моймонид отмечает покрасне­
ние кожных покровов и своеобразное “возбуждение” больных. Среди лечебных
мероприятий автор особо выделял опорожнение желудка посредством рвоты,
вызываемой теплым молоком, растительным маслом и пр. Первостепенное
значение он придавал назначению териаков и митридатиков в качестве
средств неотложной помощи и в процессе последующего лечения [34].
Из античности в средние века и даже в более позднюю эпоху пришел
не только опыт успешного использования различных способов терапии
отравлений, но и опыт отравителей. Папа римский Александр VI и его
потомки, известное семейство Борджиа, печально прославились многочис­
ленными убийствами с использованием ядов. Александр VI был наказан
судьбой, выпив по ошибке отравленное вино, предназначавшееся для оче­
редной жертвы. Французская королева Екатерина Медичи (1519— 1589) во­
шла в историю как королева-отравительница. Она освоила итальянскую
технику приготовления ядов и исследовала их действие на больных, нищих
и осужденных.
В конце X V II — начале X V III вв. в Италии отравительница Тоффана,
проживавшая в Неаполе, отравила более 600 человек, главным образом с
помощью триоксида мышьяка. Тоффана в конце концов была осуждена и
казнена.
В царствование короля Франции Людовика X IV было несколько громких
дел отравительниц — маркизы де Бренвилье, мадам Ла Вуазен и др. В част­
ности, услугами Л а Вуазен пользовалась ближайшая фаворитка Людовика
X IV маркиза де Монтеспан. Деятельность отравительниц достигла такого
масштаба, что Людовик X IV издал специальный закон. В этом законе,
изданном в июле 1682 г., в частности, дается такое определение яда: “ Все,
что может причинить скорую смерть или медленно разрушить здоровье
человека, если он о простое или сложное вещество, должно быть почитаемо
действительным ядом” [29]. Чтобы завершить историю о французских от­
равительницах, укажем, что маркиза де Бренвилье, мадам Ла Вуазен и их
сподвижницы были казнены, а маркиза де Монтеспан, мать восьми вне­
брачных детей Людовика X IV , отправлена в ссылку в Нидерланды.
Несмотря на большой объем сведений, ранняя токсикология была чисто
описательным, эмпирическим разделом медицины. Ее предпосылки как
науки были заложены Парацельсом (1493— 1541). Уже упоминалось, что он
четко определил яды как химические вещества, а их эффекты как произ­
водное от использованной дозы. Парацельсу принадлежит честь установле­
ния связи заболеваний рудокопов, литейщиков с их профессиональной
деятельностью.
Современник Парацельса Агрикола (1494— 1555) был одновременно и
врачом, и металлургом. В своем труде “О металлургии” он представил не
только детальную характеристику горного дела тех времен, но и уделил
немало внимания вопросам безопасности труда горняков.
20
Особое место в истории токсикологии принадлежит Рамаццини (1633—
1714). Его по праву считают основоположником профессиональной патоло­
гии. Всю свою жизнь он посвятил изучению условий труда ремесленников
самых различных специальностей. В 1700 г. он выпустил книгу “О болезни
ремесленников. Рассуждения” , в которой дал описание труда и болезней
работников почти 70 профессий.
В начале X IX в. наиболее крупной фигурой в токсикологии был М .П.Орфила (1787— 1853) — французский врач родом из Испании. Он был первым,
кто выделил токсикологию из фармакологии, клинической и судебной ме­
дицины, придав ей статус самостоятельной науки. В 27 лет М .П .Орфила
написал книгу “Трактат об отравлениях” (1814), которая выдержала пять
изданий. В 1824 г. в русском переводе вышла другая его работа “ Средства
для спасения отравленных и мнимоумерших, с прибавлением приличных
способов узнавать яды, подделанные вина и различать истинную смерть от
кажущейся”. В своих трудах М .П.Орфила дал классификацию всех извест­
ных ядовитых веществ, представил описание клинической картины отрав­
лений выделенными им классами ядов, а также рекомендовал химические
методы идентификации ядов в биологическом материале. М .П .Орфила был
самым известным в Европе судебно-медицинским экспертом-токсикологом
и судебным химиком. После его трудов стало обязательным проведение
судебно-химического анализа для юридического подтверждения факта от­
равления. В современной литературе до сих пор приводится, как наиболее
удачное, данное М.П.Орфилой определение понятия яд: “Яд — такое веще­
ство, которое в малом количестве, будучи приведено в соприкосновение с
живым организмом, разрушает здоровье и уничтожает жизнь”.
Середину X IX в. можно определить как время начала формирования
современной токсикологии. Решающее влияние при этом принадлежало
успехам аналитической химии (аналитической токсикологии) и все больше
укреплявшемуся в теоретической медицине экспериментальному методу.
Именно в те годы появились фундаментальные исследования французских
ученых Ф рансуа Мажанди (1783— 1855) и его ученика Клода Бернара (1783—
1878) по механизму действия стрихнина, цианидов, кураре, угарного газа и
других ядов. Ряд методов оценки некоторых физиологических функций, в
частности внешнего дыхания, нервно-мышечного проведения, предложен­
ных Клодом Бернаром, сохранялись в экспериментальной практике более
100 лет. Ему же принадлежит блестящая мысль о том, что токсичные
вещества могут служить прекрасным инструментом в физиологических ис­
следованиях. “Эти вещества можно рассматривать как истинные реактивы
на жизнь, которые разносятся потоком кровообращения во все точки орга­
низма, действуют на некоторые ткани, изолируют их и ведут к смерти,
причем механизм гибели указывает на физиологическую роль той ткани, на
которую они действуют... Это изучение представляет большой интерес с
точки зрения общей физиологии” [4]. В своих опытах с кураре К.Бернар
показал, что яд парализует произвольные мышцы, не влияя на проводимость
импульсов по двигательным нервам и не нарушая сократимость мышц. Тем
самым была выявлена особая чувствительность зоны мионеврального соеди­
нения к яду кураре. Эти наблюдения позднее послужили серьезным аргу­
ментом при становлении теории нейрохимической передачи возбуждения в
нервной системе.
Примерно в эти же годы происходило становление токсикологии и в
России. Принято считать, что преподавание токсикологии, как самостоя­
тельной научной дисциплины, начато Г.И.Блосфельдом (1798— 1884) в Ка­
21
занском университете (с 1842 г.). Справедливости ради заметим, что в курсе
судебной медицины токсикологию к тому времени уже давно преподавали
в Военно-медицинской академии и на медицинском факультете М осковско­
го университета.
Наиболее интенсивно отечественная токсикология развивалась в X IX в.
в Медико-хирургической (Военно-медицинской) академии (Санкт-Петербург). Как и во всем мире, формирование токсикологии в России происхо­
дило в рамках судебной медицины. Так, например, в отечественном “ Н а­
ставлении врачам при судебном осмотре и вскрытии мертвых тел” (1829)
содержались главы “ Об исследовании отравлений” и “ О противодействую­
щих средствах, употребляемых для открытия ядов” . Они были основаны на
работе п роф ессора Военно-медицинской академии А.П.Нелюбина “ Правила
для руководства судебного врача при исследовании отравлений с присово­
куплением судебно-медицинских таблиц о ядах” .
В первом отечественном руководстве по судебной медицине “ Краткое
изложение судебной медицины для академического и практического упот­
ребления” (1832) проф. С .А Г ром ов а (возглавлял кафедру судебной медици­
ны академии с 1806 по 1837 г.) вопросам токсикологии отведено значитель­
ное место. В руководстве дается классификация ядов, излагаются основные
проявления интоксикации мышьяком, опием, синильной кислотой, медным
и свинцовым составами и пр.; описываются способы обнаружения ядов.
Начало экспериментальной токсикологии в России связывают с именем
проф. Е.В.Пеликана, руководившего кафедрой судебной медицины в период
1852— 1857 гг. Одним из первых он стал активно использовать эксперименты
на животных для изучения механизма действия ядов, в частности кураре и
стрихнина. В 1854 г. Е.В.Пеликан опубликовал работу “Опыт применения
современных физико-химических исследований к учению о ядах” , в которой
он дал определение понятию яд, представил классификацию ядов, охарак­
теризовал пути поступления ядов в организм, механизмы их действия, в том
числе механизмы “метаморфоз” ядов в организме человека. Ш ирокую из­
вестность получили работы Е.В.Пеликана по токсикологии цианидов (1855),
нитроглицерина, кураре и др. В предисловии к “ Руководству по токсиколо­
гии” Рабюто (изданного в переводе с французского в Санкт-Петербурге в
1878 г.) он писал: “У нас в России до начала 50-х годов строго научного
направления в токсикологии не существовало. Скром но зачавшись только
с этого времени при кафедре судебной медицины Медико-хирургической
академии, оно вскоре после того получило быстрое распространение и
развитие благодаря современному физиологическому принципу и методу,
которые были внесены в академию свежими силами в лице проф. И .М .С е ­
ченова и С.П.Боткина. Под влиянием этой школы, кроме трудов чисто
физиологического и патологического значения, вышло всего более научно­
токсикологических самостоятельных исследований, приобретших извест­
ность во всем ученом мире. С того же времени у нас при всех университетах
возникли лаборатории или кабинеты, в которых под руководством профес­
соров производятся с успехом подобные исследования, внесшие уже также
свою долю научного материала в европейскую науку” . В приложении к
“ Руководству...” Рабюто Е.В.Пеликан сделал краткий анализ наиболее зна­
чительных работ отечественных авторов по токсикологии. Е.В.Пеликан в
своей стране и за границей был признан лучшим токсикологом России
своего времени и вошел в историю науки как родоначальник отечественной
токсикологии.
Дальнейшее развитие токсикологического направления научных иссле­
22
дований связано с именем профессора И .М .С орокина, возглавлявшего ка­
федру в период 1871 — 1891 гг. И .М .Сорокин имел в академии хорош о
оборудованную лабораторию, где проводил токсикологические исследова­
ния. Исследования И .М .С орок и н а выходили за рамки прикладных судебномедицинских интересов. Он изучал действие на организм животных соля­
нокислого морфия, стрихнина, цианистых соединений, ф о сф о р а и других
веществ. Ученики И .М .С орок и н а исследовали механизм действия сулемы,
мышьяковистой кислоты, стрихнина и его производных, аконитина, кокаи­
на, хинина, бензина, колхицина и др.
Судебно-медицинская токсикология составляла главное направление на­
учных исследований и в период руководства кафедрой проф. Д.П.Косоротова (1898— 1911). Д.П.Косоротовым был написан “ Краткий учебник токси­
кологии” , который вобрал в себя достижения науки того времени и был
издан впервые в 1902 г., а повторно в 1911 г. Характеризуя токсикологию
как науку, Д .П .К осоротов писал: “Токсикология по буквальному смыслу
есть учение о ядах; по отношению же к медицинской практике это не вполне
верно. Если представить себе даже такое сочинение по токсикологии, ко­
торое рассматривало бы яды со всей полнотой и всесторонностью, то тогда
главнейшую и наиболее обширную часть составило бы рассмотрение не
самого яда, а тех расстройств в животном организме, функциональных и
анатомических, которые обусловливаются введением в него ядов” . И далее,
“... Токсикология не есть фармакология. Это ясно уже из исторического
развития этих наук. Наконец, одни и те же вещества рассматриваются с
совершенно различных точек зрения: в токсикологии с точки зрения вреда
для организма, а в фармакологии — пользы при болезнях” .
В конце X IX — начале X X вв. проблемы токсикологии были в сфере
внимания и специалистов других профилей. П роф е ссора Н.П.Кравков,
И.С.Тарханов (автор монографии “О ядах в организме животных и человека
и о борьбе с ними”), А.А.Ярошевский внесли существенный вклад в ее
развитие.
В переиздававшемся 14 раз руководстве “ Основы фарм акологии”
Н.П.Кравков рассматривает токсикологические проблемы с позиций ф ар ­
макологии: общие вопросы “поведения” ядов в организме (поступление,
фазы действия в организме; их превращение, выведение). И з частных во­
просов специально фиксируется внимание на характеристике ядовитых ци­
анистых соединений, парасимпатических и ганглионарных ядах, местно­
анестезирующих ядах. Н.П.Кравков внес огромный вклад в такие фунда­
ментальные проблемы, как связь между структурой, пространственной кон­
фигурацией химических веществ и их физиологической активностью, зави­
симость физиологических реакций от дозы (концентрации) вещества, ком­
бинированное действие химических соединений. Он занимался изучением
токсического действия кавказских бензинов.
У ® Москве на медицинском факультете университета во второй половине
III в. большим успехом у преподавателей и студентов пользовался учебФРанцУзского пР °Ф ессоРа фармакологии и токсикологии С.П.Гальтье
о58). В этом обстоятельном руководстве даются определения токсикологии
ак науки и яда (“ ...это всякое тело, которое вследствие своего физико-диамического местного действия и особливо всасывания может произвести
ложные или смертельные расстройства в органах и отправлениях” ); приДятся сведения из истории токсикологии, классификация ядов, характе­
ристика отравлений различными классами химических веществ, способы
чения, предсказания” и “распознавания” отравлений; излагаются “судеб-
но-химические” и “судебно-медицинские, вопросы” ; даются рекомендации
по составлению “токсикологических отношений и рапортов” , а также “ток­
сикологических заключений” .
Еще раньше — в 1815 г. — в Москве вышло руководство по токсикологии
И оси ф а Ф ранка, “ главного врача при общественной больнице в Вене” [29].
Книга была издана по “определению Московского отделения Император­
ской медико-хирургической академии” . Н а родине автора, в Вене, книга
вышла еще в 1803 г. Для своего времени она отличалась высоким научным
уровнем. Как Ф ранк, например, определяет яд? “Дать яду положительное
определение очень трудно... Яд есть такое тело, которое, действуя на чело­
века в малейшем количестве, подвергает его жизнь величайшей опасности;
хотя ядовитое вещество организмом не распространяется, ниже им усили­
вается” . Характеризуя отравления свинцом, отмечает, что его действию
“наиболее подвержены художники и мастеровые из-за употреблений свин­
цовых составов”. “ В металлическом состоянии свинец не оказывает особен­
ных действий, но в виде окислов, солей — ядовит.” “Легче предупредить
отравление свинцом, нежели его лечить”. В руководстве можно прочесть:
“Атмосфера служит растворяющим средством для многих веществ... В руд­
никах, после землетрясений и изрыгания огнедышащих гор, в рабочих
комнатах некоторых мастеровых и т.д. подымаются часто частицы разных
металлов, например мышьяка, свинца, ртути и т.п.; смешиваются с атмо­
сферой и делаются источником многоразличных ужасных болезней, непо­
средственным следствием коих может быть смерть” . А вот как И .Ф ран к
излагал проблему “ видовой чувствительности” . “Многие для человека ядо­
витые растения бывают жилищем и пищей насекомых; ни мышьяк, ни
сулема не удерживают различных жуков от наших съестных припасов и
собраний растений. В Понтийской области пчелы едят ядовитые растения
Azalea и приготовляют из нее мед, которым, как повествует Ксенофонт,
отравилась однажды целая греческая армия... Рыбы и пресмыкающиеся едят
многие растения, которые суть яд для человека. Так, например, некоторые
птицы любят семя омела и употребляют его без всякого вреда... Свиней
можно кормить ягодами красавки, лошади едят сухую траву волчьего корня
(aconitum)... Напротив, многие вещества, которые человеку ни мало не
вредны, или по крайней мере не действуют на него смертельно, суть яды
для прочих животных. Ртуть есть яд всех круглых глистов и вшей..., камфара
для всех малых насекомых; обыкновенная соль для водной ящерицы, бу­
зинные ягоды для цыплят, горький миндаль для большей части птиц, а
также для некоторых четвероногих...”
Д о середины X IX столетия токсикология была наукой описательной, но
“старые” авторы умели, согласитесь, преподносить свой предмет блестяще.
В начале XX. в. на развитие токсикологии сильное влияние оказал рост
химической промышленности. Особенно интенсивно химическое производ­
ство развивалось в Германии. Так, стоимость произведенной в 1913 г.
химической продукции в Германии превышала таковую Франции, Англии
и Италии, вместе взятых. Немецкие химики были монополистами целых
химических отраслей, например производства красителей. Крупнейший
концерн “ И .Г .Ф арбен ” одним из первых стал финансировать не только
прикладные, но и теоретические исследования в области химии. В лабора­
ториях концерна под руководством Ф.Габера был разработан способ связы­
вания атмосферного азота для получения аммиака и нитратов, используемых
в производстве красителей, взрывчатых веществ и других продуктов химии.
Ф.Габер был удостоен в 1918 г. Нобелевской премии. В истории наук
24
ф.Габер известен и по другой причине: его называют “отцом” химического
оружия. Перед первой мировой войной он возглавил в концерне “ И .Г .Ф ар ­
бен” военно-химические исследования. Именно по предложению Ф.Габера
и при его непосредственном техническом руководстве состоялась первая
химическая атака немцев против англо-французских войск 22 апреля 1915 г.
около местечка Ипр в Бельгии. В последующем, союзники — Франция,
Англия, С Ш А и Россия — также стали использовать химические вещества
с военной целью. За 4 года войны — с 1915 по 1918 г. — в армиях воюющих
государств от химического оружия пострадало около 1,3 млн человек, из
которых более 100 тыс. погибло.
Для истории науки существенно, что военная токсикология, параллельно
военной химии, стремительно прогрессировала со времен первой мировой
войны в течение более 70 лет и немало способствовала развитию всех
направлений классической токсикологии: теоретической (фундаменталь­
ной), профилактической и клинической.
Реакция отечественных токсикологов на применение немцами “удушли­
вых газов” была вынужденной и быстрой. В Петрограде создается Военно­
химический комитет, в состав которого входил газовый отдел, предназна­
ченный для координации научных исследований по разработке средств
противохимической защиты. Руководителем отдела был п рофессор Военно­
медицинской академии Г.В.Хлопин. В Москве аналогичные задачи решала
Физико-химическая лаборатория земского и городского союзов. К работе
были привлечены крупнейшие специалисты. Интересно, что в Петрограде
закладывались тогда все основные направления современной военной ток­
сикологии. Вопросы санитарно-химической защиты, содержание которых
по преимуществу было профилактическим, решались под руководством
Г.В.Хлопина, заведовавшего кафедрой гигиены Военно-медицинской акаде­
мии. Механизм действия отравляющих веществ (хлора, фосгена, иприта и
др.) и патогенез интоксикации изучались на кафедрах фармакологии Воен­
но-медицинской академии и Женского медицинского (1-го медицинского)
института. Кафедры возглавлялись соответственно Н.П.Кравковы м и
А.А.Лихачевым, к тому времени уже известными в России фармакологами:
Н.П.Кравков руководил кафедрой с 1899 г., а А.АЛихачев — с 1900 г.
Клиника, лечение поражений боевыми отравляющими веществами стали
уделом клиницистов, в основном терапевтов. Наиболее яркой фигурой здесь
был В.И.Глинчиков — профессор Военно-медицинской академии.
Благодаря столь представительному научно-методическому руководству
научные исследования были изначально организованы в соответствии с
лучшими традициями отечественной экспериментальной и клинической ме­
дицины. В результате в Петрограде (Ленинграде) сложилась наиболее авто­
ритетная отечественная научная школа в области военной токсикологии,
о разные годы проблемами военной токсикологии занимались такие видные
Ученые, как С.В.А ничков, В .М .К арасик, Н.Н.Савицкий, Н.В.Л азарев,
М.Я.Михельсон, С.Н.Голиков, Л.А.Тиунов, Н.В.Саватеев, С.Д.ЗаугольниКов, И.И.Бары ш ников1.
В России (позднее в С С С Р ) сформировались еще две крупные научные
школы военных токсикологов: в Москве и Киеве. К московской школе
гГдСл ЯТСЯ НА.Сошественский, А.Н.Гинзбург, С.М .М арков, Ю.В.Другов,
•А.Патрушев, В.А.Яковлев, А.А.Покровский, Г.А.Степанский, Н.А.Лошад1
Активно занимается автор данной главы. — Примеч. ред.
25
кин, В.Б.Имашев. Киевская школа представлена А.И.Черкесом , Б.С.БраверЧернобульской, Ф.П .Тринусом .
Оценивая в самом общем виде роль военной токсикологии в развитии
токсикологии как науки, нужно отметить прежде всего вклад в становление
и формирование таких ее разделов или направлений, как токсикометрия
чрезвычайно токсичных химических веществ, молекулярная (биохимичес­
кая) токсикология, сравнительная и клиническая токсикология. Опыт воен­
ных токсикологов ш ироко использовался при решении теоретических и
практических токсикологических проблем, крупномасштабных химических
аварий и катастроф нового времени.
Появление химического оружия среди прочего имело следствием о с о ­
знание человечеством глобальных масштабов опасности, которую таят в себе
токсичные химические вещества.
Техническая революция и особенно развитие химической промышлен­
ности привели к массовым профессиональным заболеваниям. Как уже упо­
миналось, отравления химическими веществами на производстве были из­
вестны давно, однако на рубеже X IX —X X вв. они достигли размеров, по­
требовавших законодательных решений. Так, уже в 1863 г. в Великобрита­
нии был принят закон о так называемых щелочных производствах. Закон
регулировал выбросы химических веществ в атмосферный воздух и призна­
вал заболевания персонала, связанные с производством, профессионально
обусловленными [19]. Тем не менее лишь в 20-х годах X X в. началось
планомерное развитие промышленной токсикологии, ставшей предтечей
современной профилактической токсикологии. Главной ее задачей стало
формирование теоретических предпосылок и экспериментальных подходов
к регламентированию вредного (опасного) действия химических веществ.
За рубежом наиболее крупным промышленным токсикологом в начале
века был К.Леман (Германия). Им заложены начала промышленной коли­
чественной токсикологии. В период становления отечественной промыш­
ленной токсикологии заметную роль сыграли работы Гендерсона и Хаггарда
(С Ш А ) и Ф .Ф л ю ри и Ф .Ц ерник (Германия).
Развертывание работ в области промышленной токсикологии в нашей
стране также приходится на 20-е годы. В 1923 г. в Москве создается науч­
но-исследовательский институт гигиены труда и профессиональных заболе­
ваний. В следующем году подобные институты были открыты в Ленинграде
и Харькове. Стратегическим направлением исследований в новых научных
учреждениях стало создание теоретических основ гигиенической регламен­
тации вредных веществ в воздушной среде производственных помещений.
Благодаря широкому размаху проводившихся работ в С С С Р впервые были
сформулированы основные принципы гигиенической регламентации про­
мышленных ядов. Основоположниками отечественной промышленной ток­
сикологии стали Н.В.Лазарев (1895— 1974) и Н.С.Правдин (1882— 1954).
В работе “ Общие основы промышленной токсикологии” (1938) Н .В.Л а­
зарев теоретически и экспериментально обосновал систему принципов и
методических приемов регламентирования вредного действия токсичных
химических веществ на производстве. Он внес огромный вклад в общую
токсикологию, создав теорию неэлектролитного действия химических ве­
ществ и “биолого-физико-химическую” классификацию органических с о ­
единений. Классификация основана на анализе зависимости характера био­
логического действия химических веществ от их физических свойств. Клю­
чевым критерием классификации был определен коэффициент распреде­
ления оливковое масло/вода. Проведя огромную аналитическую работу,
26
Н В Лазарев разделил все органические соединения на 9 групп в соответст­
вии с возрастанием коэффициента распределения масло/вода. В результате
возникла систематизация химических веществ, обладающая предсказательной
возможностью в отношении прогноза их возможного биологического действия.
В практическом плане благодаря этой работе стали возможными ориентиро­
вочные расчеты различных параметров токсичности химических веществ [27].
Н.В.Лазареву принадлежит фундаментальный справочник “ Вредные вещества в
промышленности”, переиздававшийся с дополнениями семь раз. Энциклопедичность творчества, способность к глубоким теоретическим обобщениям,
огромное научное наследие делают Н.В.Лазарева наиболее крупной фигурой в
современной токсикологии. Диапазон его научных интересов охватывает вы­
явление молекулярных механизмов биологического действия химических
веществ и глобальные экологические аспекты химических загрязнений (мо­
нография “ Введение в геогигиену”). Н.В.Лазарева по праву называют выда­
ющимся химиобиологом современности [27].
Н.С.Правдину принадлежит приоритет в обосновании ряда ключевых
понятий общей и промышленной токсикологии, в частности порога вред­
ного действия, предельно допустимой концентрации (совместно с Н.В.Лазаревым), токсикометрии (токсометрии по Н.С.Правдину) химических воз­
действий малой интенсивности, зоны токсического действия и др.
Н.С.Правдину принадлежит первое отечественное руководство по промыш­
ленной токсикологии (1934), в котором он сформулировал основные задачи
промышленной токсикологии. В течение многих лет настольной книгой
токсикологов была другая работа Н.С.Правдина — “ Методика малой токси­
кологии промышленных ядов” (1947). В монографии изложены принципы
и методы токсикологической оценки новых химических веществ, впервые
внедряемых в производство.
Наряду с методологическими аспектами активно изучались механизмы
токсичности ядовитых веществ. В исследованиях начала века трудно было
провести грань между фармакологией, физиологией и токсикологией. В част­
ности, это касается становления теории рецепторов биологической актив­
ности химических веществ. Дж.Н.Ленгли был первым, кто эксперименталь­
но доказал, что такие яды, как никотин, кураре и адреналин, действуют на
“рецептивные субстанции” клетки. В своей Круниановской лекции в мае
1906 г. он предельно четко сформулировал эту концепцию. В сборнике работ
“Теория химической передачи нервного импульса” , составленном проф.
М.Я.Михельсоном, содержится полный перевод работы Дж.Н.Ленгли. Даль­
нейшее развитие рецепторная токсофорная теория действия химических
веществ получила в исследованиях П.Эрлиха (ему же принадлежит термин —
рецептор” ), позднее А.Кларка, В.Пейтона. Сущность концепции заключа­
лась в представлении, что специфичность физиологического действия хи­
мических веществ определяется их сродством к определенным субстанциям
(рецепторам, биологическим мишеням). Такими рецепторами могут быть
некоторые структуры мембран клеток, активные центры ферментов, нукле­
иновые кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды и т.д. Особен­
ности структурной организации рецепторов у различных видов животных
лежат, как оказалось, в основе избирательного действия многих токсичных
химических веществ.
Рецепторная теория сыграла конструктивную роль в понимании природы
токсических эффектов цианидов, фосфорорганических соединений, алкилиРУющих агентов, многих металлов, токсинов природного происхождения и т.д.
месте с тем в 20— 30-х годах накапливалось все большее число экспери­
27
ментальных данных о том, что многие вещества действуют на клетку не
строго избирательно, а неспецифически, вызывая токсический эффект “сво­
им присутствием”. Такое действие типично для веществ с самой различной
химической структурой. Для определения такого типа биологических э ф ­
фектов Н.В.Лазарев, как уже отмечалось, предложил термин “ неэлектролит­
ное действие” . Неэлектролитное действие характерно для многих промыш­
ленных ядов — углеводородов, спиртов, простых эфиров и т.д.
После второй мировой войны в 40—50-х годах и особенно в 60-е годы
быстро накапливались новые экспериментальные материалы. Бурно разви­
валась химическая промышленность, и все большее число химикатов втор­
галось в быт человека. В частности, резко возросло количество новых
лекарственных средств — они стали исчисляться тысячами. Новые приметы
времени нашли отражение и в развитии токсикологии.
К концу 60-х годов окончательно сложилась теория гигиенического
регламентирования вредных химических производств (работы И.В.Саноцкого, Г.Н.Красовского, Б.А.Курляндского, И.П.Улановой, С.Д.Заугольникова,
Л.А.Тиунова, Е.И.Люблиной, И.М.Трахтенберга, В.А.Филова, Б.А.Кацнельсона, Б.М .Ш табского и др.). В 1962 г. в Москве по инициативе А.В.Цессарского и Б.А.Курляндского была создана первая в С С С Р токсикологическая
лаборатория в системе санитарно-эпидемиологической службы, положив­
шая начало созданию аналогичных лабораторий во всех регионах страны. В
своей деятельности они сочетали решение научных задач в аспекте хими­
ческой безопасности с выполнением некоторых надзорных функций за
объектами химической и нефтехимической промышленности.
Этапными работами, в которых подведены итоги развития токсикологи­
ческих исследований тех лет и намечены пути их дальнейшего развития,
стали монографии под ред. И.В.Саноцкого (1970), Н.АТолоконцева и В.АФилова (1976), а также монография А.А.Голубева, Е.И.Люблиной, Н.А.Толоконцева, В.А.Филова (1973)\
Принципиально новым явлением стало быстрое развитие клинической
и лекарственной токсикологии. Первые токсикологические стационары воз­
никли в Европе — в Копенгагене и Будапеште — в самом конце 40-х годов.
В 1949 г. в Нидерландах стал функционировать первый токсикологический
информационный центр. В С Ш А в 1958 г. была создана Американская
ассоциация контрольных центров отравлений, а в 1968 г. — Американская
академия клинической токсикологии. В том же году академия организовала
выпуск журнала “ Клиническая токсикология” [35].
В С С С Р специализированный центр по лечению острых отравлений был
открыт при Н И И скорой помощи им. Н .В.Скл иф осовского в М оскве в
1963 г. Ведущая роль в становлении центра принадлежит проф. Е.А.Лужникову.
Примерно в то же время в Ленинграде создается аналогичный центр в
Военно-медицинской академии на базе клиники военно-полевой терапии
(руководитель — проф. Е.Б.Закржевский) и в городской больнице скорой
помощи.
Е.АЛужникову и его сотрудникам принадлежит приоритет в разработке
большинства методологических вопросов отечественной клинической ток­
сикологии. Наиболее полно они отражены в подготовленных им руковод1
В настоящее время авторы подготавливают многотомное издание “ Вредные
химические вещества”, включающее сведения и о промышленно значимых вещест­
вах. Из печати вышли 7 томов этого издания — см. список литературы. Для завер­
шения издания намечены еще 5 томов. — Примеч. ред.
28
ах (1982, 1989, 2001). В 1992 г. в России по инициативе Б.А.Курляндского
под его' редакцией начал издаваться специализированный научный и
практический журнал “Токсикологический вестник”.
Быстрый прогресс лекарственной токсикологии был обусловлен необхо­
димостью разработки системы прогноза безопасности для человека все воз­
растающего числа новых лекарственных средств. Две трагедии показали
несоверш енство существовавших критериев безопасности. Первая относится
к 1937 г. и связана с жидкой лекарственной формой сульфаниламидного
препарата, предназначенного для детей. В качестве растворителя в этом
“эликсире” использовали 72 % диэтиленгликоль. Было произведено и реа­
лизовано 1100 л микстуры. В результате ее применения в сентябре и октябре
1937 г. умерли 107 человек, преимущественно дети.
Вторая трагедия связана с употреблением седативного препарата талидомид. Этот препарат назначали беременным женщинам в Европе, Австра­
лии и Канаде, что привело в 5000 случаев к появлению у плодов различных
аномалий развития.
Потребовалось проведение большого объема экспериментальных иссле­
дований для создания многоэтапной и жесткой системы предклинических
и клинических испытаний новых лекарственных средств с целью исключе­
ния опасности их использования человеком.
Новейший этап в истории токсикологии характеризуется рядом крупных
теоретических обобщений. К их числу следует отнести концепцию общих
механизмов токсического действия химических веществ [8], базирующуюся
на общебиологических представлениях об универсальности реакций орга­
низма на воздействие токсикантов.
Другим важным достижением теоретической токсикологии следует счи­
тать учение об естественной детоксикации, сформировавшееся в рамках
биохимической токсикологии, как основе формирования механизмов адап­
тации и компенсации нарушенных функций при действии химических ве­
ществ [1, 25, 31]. Наконец, нужно отметить становление нового направле­
ния — токсикологии пестицидов.
О бщ еп ри зн ано, что среда обитания соврем енного человека отличается
ростом химической нагрузки, достигающей подчас предельных значений.
Вполне адекватным выглядит быстрое развитие уже обсуждавш егося нового
направления в токсикологии — экологической токсикологии. В качестве
другой отличительной особен н ости современности (применительно к п р о ­
блемам токсикологии) следует назвать возрастание оп асн ости круп ном ас­
штабных химических катастроф.
Нельзя сказать, что это абсолютно новая проблема. Так, еще в 79 г. н.э.
во время извержения Везувия в Помпее от ядовитых выбросов погибло более
2000 человек. Применение химического оружия в первой мировой войне
также привело к массовой гибели пораженных и формированию у выжив­
ших отдаленных последствий перенесенной интоксикации. Тем не менее
статистика химических аварий свидетельствует о значительном росте их
частоты и разрушительной силы. Только на долю техногенных аварий 80-х
годов приходится 47 % погибших и 2/з пораженных от общего числа всех
пострадавших в промышленных авариях X X в. Такую ситуацию специалисты
объясняют чрезмерной концентрацией химического производства и его ги­
гантскими объемами.
Приведем лишь два наиболее типичных примера химических катастроф.
Одна из них случилась в 1976 г. в Севезо (вблизи Милана, Италия).
в результате до конца не выясненных причин на химическом заводе ком29
пании “Хоф ф м ан ля Р ош ” , производившем 2,4,5-трихлорфенол, произошел
взрыв реактора и в окружающую среду было выброшено около 1,7 кг
2 3,7,8-тетрахлордибензо-р-диоксина (ТХДД). Как известно, диоксин относит­
ся 'к'числу наиболее опасных экотоксикантов. Общая площадь загрязнения
диоксином составила более 20 км2 с населением около 38 тыс. человек. Работа
по очистке территории продолжалась в течение нескольких лет, а медицинское
наблюдение за состоянием здоровья пострадавших продолжается до насто­
ящего времени. Как свидетельствуют материалы многолетних наблюдений,
у экспонированной группы населения не выявлено каких-либо отдаленных
последствий интоксикации. Тем не менее нельзя исключить, что последст­
вия воздействия диоксина на людей проявятся в более отдаленные сроки.
Другая авария произошла в 1984 г. в Бхопал (Индия) на заводе корпо­
рации “ Ю нион Карбайд Индия Лимитед” , который специализировался на
производстве инсектицида севина ( 1-нафтил-метилкарбамат). Аварийная си­
туация возникла на участке хранения метилизоцианата — промежуточного
продукта для синтеза севина. В результате произошла утечка изоцианата в
количестве около 30 т. Облако метилизоцианата распространилось на пло­
щади более 65 км2, охватив 3 жилых района города с населением 200 тыс.
человек, и удерживалось почти 8 ч. Последствия были ужасающими: погибло
более 2,5 тыс. человек, еще у 11,5 тыс. пострадавших была диагностирована
тяжелая форм а отравления метилизоцианатом. Всего же в медицинской
помощи нуждались 170 тыс. человек.
Богатая история токсикологии показывает, что, несмотря на тяжелые, а
порой трагические события, сопутствовавшие развитию химической про­
мышленности, внушительные успехи токсикологической науки и практики
вселяют глубокую уверенность в том, что »1еловечество может успешно
противодействовать химической опасности во всех формах ее проявления.
12. Курляндский Б.А. Регламентирование содержания химических бластомогенных
агентов в окружающей человека среде. Итоги науки и техники//Токсикология. —
1978. - Т. 9. - С. 67.
13. Курляндский Б.А. К вопросу об организации и работе токсикологической лабо­
ратории при С Э С г. Москвы//Гиг. и сан. — 1965. — № 6 . — С. 12.
14.
16. Ленгли Д ж .Н . О нервных окончаниях и о специальной возбудимой субстанции
в клетках (Круниановская лекция). — В кн.: Теория химической передачи нерв­
ного импульса (этапы развития): Сборник/Составитель М.Я.Михельсон. — Л.,
1981. - С. 23-32.
17. Лужников Е.А. Клиническая токсикология. — М., 2000. — 368 с.
18. Лужников Е.А., Костомарова Л.Г. Острые отравления. — М., 1989. — С. 11.
(9. Маршал В. Основные опасности химических производств. — М., 1989. — 671 с.
20.
Арчаков А.И. Микросомальное окисление. — М., 1975. — 327 с.
2.
Альберт А. Избирательная токсичность/Под ред. В.А.Филова. — М.: Медицина,
1989. - Т. 1. - 400 с.; Т. 2. - 430 с.
3.
Безель B.C., Большаков В.Н. Экологическая токсикология: проблемы, задачи,
подходы//Токсикол. вестник. — 1995. — № 1. — С. 2—7.
4.
Бернар К. Физиологический анализ свойств мышечной и нервной систем с
помощью кураре. — В кн.: Теория химической передачи нервного импульса
(этапы развития): Сборник/Составитель М.Я.Михельсон. — Л., 1981. — С. 2—7.
5.
Гадаскина И.Д., Толоконцев НА. Яды — вчера и сегодня. — Л., 1988. — 202 с.
6.
Галътье С.П. Начертание общей токсикологии или науки о ядах и отравлениях
вообще. — М., 1858. — С. VII.
7.
Гендерсон, Хаггард. Вредные газы в промышленности. — М .—Л., 1930. — 207 с.
8.
Голиков С.Н., Саноцкий И.В., Тиунов Л.А. Общие механизмы токсического дей­
ствия. — М., 1986. — 277 с.
9.
Голубев А.А., Люблина Е.И., Толоконцев Н.А., Филов В.А. Количественная токси­
кология. — Л., 1973. — 287 с.
10.
Каспаров А.А., Саноцкий И В. (ред.). Токсикометрия химических веществ, загряз­
няющих окружающую среду. — М., 1986. — С. 10.
11.
30
Орфила М. П. Средства для спасения отравленных и мнимоумерших, с прибав­
лением приличных способов узнавать яды, подделанные вина и различать ис­
тинную смерть от кажущейся. — М., 1824. — 186 с.
21. Правдин Н.С. Руководство по промышленной токсикологии. — М .—Л., 1934.
22.
Правдин Н.С. Методика малой токсикологии промышленных ядов. — М., 1947. —
217 с.
23.
Саноцкий И.В. Методы определения токсичности и опасности химических ве­
ществ. — М., 1970. — 343 с.
24.
Саноцкий И.В. Основные понятия токсикологии. — В кн.: Методы определения
токсичности и опасности химических веществ. — М., 1970. — С. 14.
25.
Тиунов Л.А. Биохимические механизмы адаптации и компенсации нарушенных
функций при действии на организм химических веществ. — В кн.: Структурные
основы адаптации и компенсации нарушенных функций. — М., 1987. — С. 366—380.
26.
Толоконцев Н.А., Филов В.А. Основы промышленной токсикологии (руководст­
во). - Л., 1976. - 303 с.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Лазарев Н.В. Общие основы промышленной токсикологии. — М.—Л., 1938. — 388 с.
15. Лазарев Н.В. Введение в геогигиену. — М.—Л., 1966. — 323 с.
27. Филов В.А., Курляндский Б.А. Н.В.Лазарев — выдающийся ученый-химиобиолог//Токсикол. вестник. — 1995. — № 5. — С. 2—6.
28.
Флюри Ф., Церник Ф. Вредные газы. — М., 1938.
29. Франк И. Руководство к токсикологии, или наука о ядах и средствах против
оных. - М., 1815.— 402 с.
30. Харкевич Д.А. Фармакология, 4-е изд. — М., 1993. — С. 4 .
31. Bruin de A. Biochemical toxicology of environmental agents//Elsevier Worth, Holland. —
Biomedical PGS. — 1976. — 1544 p.
^
r^c 0
D°uU J- History and Scope of Toxicology. — In: M.O.Amdur, J.Doull,
L.E.Klassen (eds). Casarett and Doulls Toxicology: The Basic science of poisons/4 th
ed. - New York: 1991. - P. 3 - 11.
^
v°6gSOn
Intr°ducti°n to Toxicology. — In: A Textbook of modem Toxicology/
b.Hodgson, P.E.Levi (eds). — New York, Amsterdam, London. — 1987. — P. 2.
34
f 0° r
F M ° SeS Maimonides treatise of poisons//JAMA. — 1968. — 205. — P. 98—
5- IVax P.M. Historical principles and perspectives. — In: Goldfrank’s Toxicological
emergencies, 5th ed. — Norwalk. — Connecticut. — 1994. — P. 1.
Кравков Н.П. Основы фармакологии. Ч. 1, изд. 13-е. — М .—Л., 1930. — С. 23.
k
31
Глава
2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И КСЕНОБИОТИКА;
ХЕМОБИОКИНЕТИКА
Рис. 2.1. Транспорт ксенобиотиков веществ (В) и их метаболитов (М ) через организм.
2.1. Общие представления
Биологический, а также токсический эффект поступившего в организм
ксенобиотика возникает только тогда, когда он достигнет точки своего
приложения. Обычно говорят, что вещество взаимодействует с рецептором.
При этом разные вещества взаимодействуют с различными рецепторами, а
для некоторых веществ рецепторов может быть несколько. Под “рецепто­
ром ” понимается биологическая структура, обычно биомолекула (ее белок­
содержащая, ДНК-содержащая или иная часть), упорядоченный конгломе­
рат молекул, результатом взаимодействия с которыми и является тот или
иной эффект. Рецепторами могут быть, например, ферменты, действие
которых обратимо или необратимо блокируется ксенобиотиком; структуры,
ответственные за проведение нервных импульсов; участки мембран клеток
или их органелл, которые оккупируются ксенобиотиком с последующим
нарушением мембранной проницаемости и др. Если у ксенобиотика не­
сколько точек приложения (он взаимодействует с несколькими рецептора­
ми), то и эффектов может быть несколько, например основной и побочный.
Зачастую взаимодействие с несколькими рецепторами приводит к симптомокомплексу, в котором весьма сложно выделить составляющие эффекты.
Подробнее о рецепторах можно узнать из монографий [13, 14].
Токсическое действие на организм проявится только при условии доста­
точного для этого количества ксенобиотика. Если это количество незначи­
тельно для развития токсического эффекта, то его не будет либо фактически,
либо в силу его практической незаметности.
Разовьется или нет отравление вслед за поступлением ксенобиотика в
организм, какова будет степень его проявления, сколь долго оно будет
продолжаться, зависит от вида ксенобиотика и его рецептора (рецепторов).
Однако в значительной мере это зависит от того, что и с какой скоростью
будет происходить с веществом в организме. С момента поступления и до
взаимодействия с рецептором ксенобиотик подвергается воздействию раз­
нообразных биологических факторов: попав в кровоток, он разносится по
всему организму, на том или ином этапе проходя через печень; через
эпителий капилляров проникает в ткани и органы, иногда задерживаясь и
даже откладываясь в некоторых из них; в той или иной степени подвергается
превращениям и, наконец, выделяется из организма в неизмененном виде
или в виде метаболитов. Превращения некоторых ксенобиотиков могут
происходить уже в месте соприкосновения с тканями. В крови чужеродные
вещества в той или иной мере вступают в связь с плазменными белками,
преимущественно с альбуминами. Обычно такая связь снижает в о з м о ж н о с т ь
взаимодействия с рецепторами и/или затягивает этот процесс. У к а за н н ы е
динамические процессы, которым ксенобиотик подвергается в организме,
время и сила его связывания с рецепторами, интенсивность метаболизма в
значительной степени обусловливают не только силу, но и сам характер его
токсического действия. Все эти процессы протекают во времени. Изучением
временных зависимостей их течения в организме занимается кинетика.
Применительно к организму говорят о токсико- и фармакокинетике, что
по существу одно и то же. Различие здесь только прикладное — фармако­
кинетика обычно рассматривает кинетику лекарственных веществ, токсикокинетика — токсических. Отсюда могут происходить различия в акцентах:
первая, имея дело чаще всего с парентеральным или пероральным введением
веществ, в значительной степени сосредоточена на кинетике поступления
этими путями; токсикология часто имеет дело с ингаляционным поступле­
нием ксенобиотиков, при этом растянутым во времени, а сами вещества
могут находиться не только в газообразной форме, но и в виде аэрозолей;
хотя возможны и другие пути проникновения через кожу и др. Соответст­
венно токсикокинетика более сосредоточена на этих путях поступления.
Однако в любом случае методы исследования, способы обработки и описа­
ния данных, их конечный результат остаются одними и теми же. Термины —
фармако- и токсикокинетика сложились исторически. Более верным термином
является хемобиокинетика, поскольку он от р аж ае т суть процесса (кинетика
химического вещества в биологическом объекте) и объединяет оба названия.
В дальнейшем мы пользуемся только этим термином.
Хемобиокинетика — э т о область изучения кинетики прохождения ксеноби­
отиков через организм, включая процессы их поступления, распределения, ме­
таболизма и выделения. Само же прохождение ксенобиотиков через организм
хорошо иллюстрирует рис. 2.1.
В заключении краткого введения сопоставим хемобиокинетику с токсикодинамикой (можно было бы сказать хемобиодинамикой, но это опреде­
ление не обладало бы всеми достоинствами первого). Обе они — составные
части токсикологии и имеют общий объект исследования — систему яд —
организм. При этом токсикодинамика сосредоточена на тех эффектах, ко­
торые возникают в организме под влиянием воздействия ксенобиотиков.
Ксенобиотик — ■■
взаимодеиствие
■■
Организм
рис. 2.2. Взаимосвязь между хемобиокинетикой и токсикодинамикой.
33
32
2
—
7107
Однако суть заключается в том, что не бывает однонаправленного действия;
организм в св ою очередь воздействует на ксенобиотик (метаболизм, расп ре­
деление, элиминация) и поэтому еледует говорить о б их взаимодействии.
Хем обиокинетика сосред оточена на поведении ксенобиотиков под влиянием
организма. На ри с. 2.2 представлены взаимоотнош ения между хем обиоки­
нетикой и токсикодинамикой.
В настоящей главе остановимся, по необходимости кратко, на вопросах
метаболизма ксенобиотиков, биохимических механизмах их токсического
действия, хемобиокинетики и подробнее на описании хемобиокинетики
аэрозолей. Последнее оправдано практическим отсутствием книг по хемо­
биокинетике аэрозолей. Вместе с тем литература, посвященная метаболизму,
механизмам и кинетике, представлена весьма широко. Вот лишь некоторые,
рекомендуемые нами монографии по этим вопросам [15, 16, 44].
2.2. Механизмы метаболизма ксенобиотиков
Биохимические механизмы биотрансформации чужеродных веществ
принадлежат к наиболее древним механизмам. Возникновение жизни на
Земле требовало защиты первых примитивных организмов от агрессивной
окружающей среды, составным элементом которой были разнообразные
ксенобиотики. Эволюционное развитие такой защиты шло разными путями,
в частности развивался и в процессе совершенствования жизни постепенно
усложнялся биохимический путь детоксикации ксенобиотиков, Их метабо­
лизм, направленный на такое преобразование, которое способствовало бы­
стрейшему их выведению из организма или полному разрушению до неток­
сичных продуктов.
Молекулярные механизмы метаболизма ксенобиотиков в организме ус­
ловно можно разделить на два типа. Первый из них связан с функциони­
рованием монооксигеназных систем гладкого эндоплазматического ретикулума и сопряженных с ними реакциями конъюгации. Заметим, что для
монооксигеназных систем существует несколько равноиспользуемых сино­
нимов: оксидазы со смешанными функциями, система цитохрома Р-450,
цитохром Р-450-содержащая монооксигеназная система и др. Этот тип ме­
таболизма функционирует главным образом при действии на организм жи­
рорастворимых соединений. Второй тип метаболизма ксенобиотиков объ­
единяет молекулярные механизмы, локализованные в цитозоле, митохонд­
риях, лизосомах и пероксисомах. Этот тип функционирует преимущест­
венно при действии на организм водорастворимых ксенобиотиков.
Для экспериментальных и иных целей ферменты монооксигеназных
систем гладкого эндоплазматического ретикулума выделяют путем диффе­
ренциального центрифугирования в виде фракции микросом. В этой фрак­
ции много разных ферментов, но из их числа в механизмах метаболизма
ксенобиотиков преимущественно участвуют оксидазы со смешанными
функциями и ферменты, обеспечивающие процессы конъюгации. Оксидазы
катализируют реакции С-гидроксилирования ксенобиотиков в алифатичес­
кой цепи, в ароматическом и алициклических кольцах и в алкильных боко­
вых цепях, N -гидроксилирования, О-, S- и N -дезалкилирования, окисли­
тельного дезамидирования и дезаминирования, десульфирования и эпоксидирования. Эти же ферменты катализируют реакции восстановления нитрои азотосоединений; реакции восстановительного дегалогенирования. В ре­
зультате указанных реакций ксенобиотики приобретают реактивные группы
О Н , N H 2, С О О Н , SH, которые обеспечивают вступление в реакции конъ34
и с образованием малотоксичных соединений, легко выводящихся из
ЮГЗанизма с мочой, желчью и калом. Таков самый общий путь метаболизма
° РГн о б и о т и к о в . На самом же деле все происходит существенно сложнее и
КСС поцессе многоступенчатого метаболизма зачастую образуются весьма
т ок си ч н ы е соединения, но об этом — в конце раздела.
Оксидазы со смешанными функциями представляют собой полиферентный комплекс. Одним из составляющих этого комплекса является
С
одержащий белок — цитохром Р-450 (название от полосы поглощения
восстановленного при взаимодействии с оксидом углерода цитохрома при
450 нм). Цитохрому Р-450 присущи многообразие форм (известно несколько
десятков изоферментов этого цитохрома) и широта субстратной специфич­
ности. Этот белок является важнейшим компонентом микросомной монооксигеназной системы, ответственным за активацию молекулярного кисло­
рода и связывание субстрата. Помимо цитохрома Р-450, в состав монооксигеназной системы входят НАДФН-цитохром Р-450-редуктаза, цитохром
Ь5 и НАД Н-цитохром Ь5-редуктаза. Входят в систему и иные ферменты,
менее значимые. Все они связаны с мембранными белками эндоплазмати­
ческого ретикулума. Ведущую роль в метаболизме ксенобиотиков играют
НАДФН-зависимые реакции; НАД Н-зависимые реакции составляют при­
мерно лишь 10—30 % от общей активности монооксигеназных систем. Весь
этот комплекс, а здесь о нем сказано весьма схематично, обеспечивает очень
слаженную работу по метаболизму ксенобиотиков. И происходит это при­
мерно так. Липофильный ксенобиотик на I стадии взаимодействует с окис­
ленной формой цитохрома Р-450 с образованием фермент-субстратного
комплекса. На II стадии фермент-субстратный комплекс восстанавливается
электроном, поступающим из НАДФН-зависимой цепи переноса от
НАДФ Н с помощью ряда ферментов. Следующая III стадия — это взаимо­
действие восстановленного фермент-субстратного комплекса с кислородом.
На IV стадии тройной комплекс фермент — субстрат — кислород восстанав­
ливается вторым электроном. V стадия — это внутримолекулярные пере­
стройки восстановленного тройного комплекса и его распад с освобожде­
нием воды и гидроксилированного субстрата (ксенобиотика). При этом
цитохром Р-450 переходит в исходную форму, готовую к взаимодействию
со следующей молекулой ксенобиотика. Из этой схемы, описанной лишь в
самых общих чертах, следует, что при метаболизме ксенобиотиков один атом
кислорода используется для его окисления, а второй восстанавливается до
воды. Именно это послужило основанием для наименования ферментных
систем, обеспечивающих указанный процесс, оксидазами со смешанными
Функциями. А использование для окисления субстрата лишь одного атома
кислорода оксидазами со смешанными функциями явилось основанием для
отнесения их к монооксигеназным системам. Более подробно об указанной
здесь роли цитохрома Р-450 в процессах окисления ксенобиотиков можно
видеть в монографии [28].
Самым крупным органом, принимающим участие в метаболизме ксено­
биотиков, является печень. О на составляет 2 % от массы тела человека
и 4 % от массы тела животных. В печени метаболизируют примерно 2/з от
общего количества ксенобиотиков, попадающих в организм. Серные, глутатионовые и глюкуронидные конъюгаты ксенобиотиков из печени могут
выделяться с желчью в кишечник, подвергаться там дальнейшей биотрансФ°рмации, реабсорбироваться в кровь и вновь поступать в печень. Далее
ти соединения выделяются с мочой или повторно поступают с желчью в
ншечник и выделяются с калом. В такой процесс внутрипеченочной цир­
2-
35
куляции вовлекаются ксенобиотики с определенной молекулярной массой —
для белых крыс, кроликов и человека она составляет соответственно 325
400 и 500.
Помимо печени, микросомные монооксигеназы обнаружены в коже,
легких, тонкой кишке, почках, головном мозге, надпочечниках, гонадах и
плаценте. Именно в этих органах и тканях претерпевает метаболизм остав­
шаяся Уз попавших в организм извне ксенобиотиков. При этом кожа,
легкие и кишечник играют особую роль, поскольку служат первыми барье­
рами для токсических соединений, проникающих в организм кожным, ин­
галяционным и пероральным путями.
Реакции конъюгации составляют вторую фазу метаболизма жирораство­
римых ксенобиотиков, которые в первой фазе гвдроксилировались или
получили иные нуклеофильные группы при помощи микросомных монооксигеназ. Химические же соединения, которые уже имеют в своем составе
реакционноспособные группы (О Н , С О О Н , N H 2, SH), сразу вступают в
реакции конъюгации без предварительных превращений с участием оксидаз
со смешанными функциями. У млекопитающих наиболее распространены
следующие реакции конъюгации: глюкуронидная, сульфатная, с глутатионом, с глутамином, с аминокислотами, метилирование, ацетилирование,
гликозидирование. При этом чаще всего и не только у млекопитающих
встречается конъюгация с глюкуроновой кислотой.
Реакции конъюгации — это реакции биосинтеза, которые протекают с
потреблением энергии. Вторым важным обстоятельством этих реакций яв­
ляется особенность их внутриклеточной локализации. Значительная часть
реакций конъюгации протекает на мембранах эндоплазматической сети кле­
ток, непосредственно в месте образования под влиянием оксидаз со сме­
шанными функциями высокореактивных метаболитов. Это позволяет свести
до минимума токсическое действие промежуточных продуктов метаболизма
ксенобиотиков. Надо отметить, что реакции конъюгации протекают и на
других внутриклеточных структурах, а также в цитозоле, что дает возмож­
ность связывать токсические продукты, появляющиеся в клетке вне эндо­
плазматической сети. Много интересного и детального материала о роли
конъюгации в процессах метаболизма ксенобиотиков и их токсичности
содержится в сборнике [39].
Не входя в рассмотрение механизмов различных видов конъюгации,
отметим лишь, каким типам ксенобиотиков свойственны те или иные ее
виды. При этом не будем забывать, что в результате конъюгации из липофильного ксенобиотика образуется менее токсичное или нетоксичное со­
единение, водорастворимое и поэтому сравнительно легко выделяющееся из
организма. Однако этому процессу может препятствовать процесс деконъю­
гации. Кроме того, конъюгация — процесс дозозависимый; в зависимости
от дозы ее вид может меняться. В наиболее распространенную конъюгацию
с глюкуроновой кислотой в основном способны вступать четыре группы
химических соединений. Первую из них составляют вещества, образующие
с глюкуроновой кислотой О-глюкурониды (фенолы, первичные, вторичные
и третичные спирты, ароматические и алифатические карбоновые кислоты,
кетоны, гидроксиламины). Вторую группу составляют соединения, образую­
щие N -глюкурониды (карбаматы, ариламины, сульфонамиды). Третья груп­
па включает соединения, образующие с глюкуроновой кислотой S-глюкурониды: арилмеркаптаны, дитиокарбоновые кислоты. Четвертую группу с о ­
ставляют вещества, образующие С-глюкурониды: ксенобиотики, сод ерж а­
щие пиразолидиновую группировку и еще некоторые другие, например
фенилбутазон.
36
В сульфатную конъюгацию вступают фенолы, алкоголи, ароматические
ы гидроксиламины, ариламины, некоторые стероиды. Эволюционно
ЗМ1ьсЬатная конъюгация является наиболее древним видом конъюгации и
СУиболее примитивным. Об ее несовершенстве говорят некоторые факты,
НЗгла образую щ иеся продукты токсичны. В реакции конъюгации с глутатиК°ом вступает большое число самых разнообразных соединений. Их объоН яет наличие электрофильного центра, способного реагировать с SHmvnnoft глутатиона. Это эпоксиды, ареноксиды, альдегиды, нитрилы, про­
стые и сложные ароматические соединения, нитрофураны, триазоны и мнодругие — всего более сорока типов соединений. Конъюгация с амино­
кислотами является биохимическим механизмом детоксикации ароматичес­
ких соединений, содержащих карбоксильные группы, в частности это ар о­
матические карбоновые кислоты, их производные, акриловые кислоты и их
производные, производные уксусной кислоты, гетероциклические и полициклические карбоновые кислоты. С какой именно аминокислотой п ро­
изойдет конъюгация, зависит от химической структуры ксенобиотика. М е­
тилированию подвергаются ксенобиотики или их метаболиты, содержащие
гидроксильные, сульфгидрильные и аминогруппы. К их числу относятся, в
частности, алкилфенолы, метоксифенолы, галогенфенолы, тиолы, первич­
ные и вторичные амины. Следует заметить, что в результате метилирования
не всегда изменяется растворимость и токсичность образующегося соедине­
ния. Ацетилированию подвергаются ксенобиотики, содержащие амино-,
гидрокси- и сульфгидрильные группы (ароматические и алифатические ами­
ны, гидразины, гидразиды, сульфаниламиды).
Активность микросомных монооксигеназ, катализирующих биотранс­
формацию ксенобиотиков в первой фазе детоксикации, а также активность
ферментов, принимающих участие в реакциях конъюгации, составляющих
вторую фазу детоксикации, зависит от многих факторов. Например, от
функционального состояния организма, от возраста и пола, от режима
питания, имеют место сезонные и суточные колебания активности и др.
Однако наиболее выраженное действие на функционирование биохимичес­
ких систем, ответственных за процессы детоксикации, оказывают химичес­
кие вещества, относящиеся к индукторам и ингибиторам микросомных
монооксигеназ. Комбинированное действие ксенобиотиков зачастую опре­
деляется именно индукторными или ингибиторными свойствами участвую­
щих в комбинациях соединений. Индукторы или ингибиторы микросомного
окисления могут служить основой для средств профилактики и лечения
интоксикаций.
В настоящее время известно около 300 химических соединений, вызы­
вающих увеличение активности микросомных ферментов, т.е. индукторов.
Это, например, барбитураты, бифенилы, спирты и кетоны, полициклические и галогенуглеводороды, некоторые стероиды и многие другие. Они
относятся к разнообразным классам химических соединений, но имеют
некоторые общие черты. Так, все индукторы являются липоидорастворимы­
ми веществами и характеризуются тропизмом по отношению к мембранам
эндоплазматического ретикулума. Индукторы являются субстратами микро­
сомных ферментов. Имеется прямая корреляция между мощностью индук­
торов и периодом их полусуществования в организме. Индукторы также
могут обладать определенной специфичностью по отношению к чужерод­
ным веществам или иметь широкий спектр действия. Более подробно обо
всем этом и многом ином можно прочитать в следующих книгах и моноПэзфиях [16, 78, 80].
37
Многое из сказанного выше относится и к ингибиторам микросомных
монооксигеназ, точно так же, как и ссылки на главу Л.А.Тиунова и др.
К числу ингибиторов относятся вещества из самых разных классов хими­
ческих соединений. С одной стороны, это могут быть весьма сложные
органические соединения, а с другой — простые неорганические соединения
типа ионов тяжелых металлов. Нами, в частности, описан и применен на
практике с целью увеличения противоопухолевой активности известных
противоопухолевых препаратов ингибитор метаболизма ксенобиотиков гид­
разин сернокислый [20]. Перспективным считается применение ингибито­
ров для увеличения активности пестицидов. В том и другом случаях моди­
фицирующее действие ингибиторов основано на задержке или предотвра­
щении метаболизма исходных соединений, что при подборе соответствую­
щей дозы и схемы применения ингибиторов дает возможность изменять
силу и качество эффекта.
П о механизму действия ингибиторы метаболизма подразделяются на 4
группы. К первой из них относят обратимые ингибиторы прямого действия:
это эфиры, спирты, лактоны, фенолы, антиоксиданты и др. Вторую группу
составляют обратимые ингибиторы непрямого действия, оказывающие влия­
ние на микросомные ферменты через промежуточные продукты своего мета­
болизма путем образования комплексов с цитохромом Р-450. В этой группе
производные бензола, алкиламины, ароматические амины, гидразины и др.
Третья группа включает необратимые ингибиторы, разрушающие цитохром
Р-450 — это полигалогенированные алканы, производные олефинов, производ­
ные ацетилена, серосодержащие соединения и др. Наконец, к четвертой группе
относятся ингибиторы, тормозящие синтез и/или ускоряющие распад цитох­
рома Р-450. Типичными представителями группы являются ионы металлов,
ингибиторы синтеза белка и вещества, влияющие на синтез гема.
До сих пор речь шла только о микросомных механизмах метаболизма
ксенобиотиков. Однако' имеются и другие, внемикросомные механизмы. Это
второй тип метаболических превращений, он включает реакции немикросомного окисления спиртов, альдегидов, карбоновых кислот, алкиламинов,
неорганических сульфатов, 1,4-нафтохинонов, сульфоксидов, органических
дисульфидов, некоторых эфиров; с его помощью происходит гидролиз эф ир­
ной и амидной связей, а также гидролитическое дегалогенирование. Ниже
перечислены некоторые из ферментов, участвующих во внемикросомном
метаболизме ксенобиотиков: моноаминоксидаза, диаминоксидаза, алкогольдегидрогеназа, альдегиддегидрогеназа, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза,
эстеразы, амидазы, пероксидазы, каталаза и др. Таким путем метаболизируют преимущественно водорастворимые ксенобиотики. Ниже приведены не­
которые примеры.
Алифатические спирты и альдегиды метаболизируют преимущественно
в печени млекопитающих, Так, 90—98 % этанола, поступившего в организм,
метаболизирует в клетках печени и лишь 2— 10 % в почках и легких. При
этом часть этанола вступает в реакции глюкуронидной конъюгации и вы­
водится из организма; другая часть подвергается окислительным превращ е­
ниям. Соотношение этих процессов зависит от вида животных, от химичес­
кого строения спирта и от его концентрации. При действии низких кон­
центраций алифатических спиртов главным путем их биотрансформации в
организме является окислительный путь с помощью алкогольдегидрогеназы.
В основном внемикросомный механизм метаболизма используется для де­
токсикации цианидов. При этом главной реакцией является вытеснение
цианогруппой сульфитной группы из молекулы тиосульфата. Образующийся
тиоцианат практически нетоксичен.
38
п ление механизмов детоксикации на микросомные и внемикросомные
лько условно. Метаболизм ряда групп химических соединений может
НеСК°ь смешанный характер, как это следует из примера со спиртами.
Н° СКак уже кратко описано выше, монооксигеназная система, содержащая
ом Р-450 в виде его различных изоформ, защищает внутреннюю среду
ЦИганизма от накопления в ней токсических соединений. Принимая участие
°Р
вой фазе метаболизма ксенобиотиков — превращая низкомолекулярВ ie ксенобиотики с низкой растворимостью в воде в более растворимые
Уединения — она облегчает их выведение из организма. Однако эта их
функция может представлять и серьезную опасность для организма, что
встречается не так уже и редко. Дело в том, что механизм реакций окисления
предусматривает образование в организме промежуточных реакционноспо­
собных метаболитов, относящихся к двум типам. Прежде всего это продукты
частичного восстановления кислорода: перекись водорода и супероксидные
радикалы, которые являются источниками наиболее реакционноспособных
гидрофильных радикалов. Последние способны окислять самые различные
молекулы в клетке. Другой тип — это реакционноспособные метаболиты
окисляемых веществ. Уже в незначительных количествах эти метаболиты
могут оказывать те или иные побочные эффекты: канцерогенные, мутаген­
ные, аллергенные и иные, в основе которых лежит их способность кова­
лентно связываться с биологическими макромолекулами — белками, нукле­
иновыми кислотами, липидами биомембран [1]. Внимание на указанные
здесь обстоятельства обратили не так уж давно и в основном вследствие
развития представлений о молекулярных механизмах процессов детоксика­
ции. Н о именно эти представления позволили объяснить многие, казавшие­
ся ранее непонятными факты высокой токсичности некоторых соединений
в определенных условиях.
На 16-м Европейском рабочем совещании по метаболизму ксенобиоти­
ков (июнь 1998 г.) были представлены многочисленные примеры модифи­
кации токсичности ксенобиотиков. В частности, 2,6-дихлорметилсульфонилбензол (2,6-ДХБ) образует в обонятельной системе мышей токсические
метаболиты, а 2,5-ДХБ не образует. Метаболизм бензола в печени одних
линий мышей приводит к образованию токсических метаболитов, других —
нет, причем зависит это от активности цитохрома Р-450. Метаболическая
активация противоопухолевых соединений у разных видов различна; разли­
чие может относиться и к разным особям. Изозимы цитохрома Р-450 опре­
деляют различие в кинетике метаболизма ксенобиотиков. Н а основе разви­
тых представлений предложена тест-система in vitro для определения мета­
болизма и токсичности ксенобиотиков по отношению к печени, легким,
кишечнику и почкам разных индивидуумов человека. Указано на обязатель­
ное проведение терапевтического мониторинга при лечении алкоголизма
дисульфирамом: необходимо назначать лечебную дозу препарата в зависи­
мости от особенностей его метаболизма у разных особей, а не в зависимости
от массы тела пациента, как это принято. Примеры можно видеть и в
трехтомной Encyclopedia of Toxicol [43].
2.3. Биохимические механизмы токсического действия
нес
Токсическое действие ксенобиотиков на живые системы определяется их
стью вмешиваться в течение фундаментальных биохимических прои наРУшать их. К таким фундаментальным биохимическим процессам,
тавляющим основу жизнедеятельности, относятся синтез белка, дыхание,
39
энергетический обмен, метаболизм, в том числе и ксенобиотиков. Эти
фундаментальные процессы связаны с определенными внутриклеточными
структурами. Применительно к токсическому действию ксенобиотиков
Л.А.Тиунов [16] выделяет четыре основных структурно-метаболических ком­
плекса:
а
эндоплазматический ретикулум, связанный с метаболизмом ксено­
биотиков;
а
комплекс, связанный с процессами биосинтеза белка;
а
митохондриальный, связанный с процессами биоэнергетики;
а
лизосомный, связанный с процессами катаболизма.
Как всякая классификация, эта тоже условна, поскольку многие ксено­
биотики оказывают повреждающее действие на разные структурно-метабо­
лические комплексы. Примером могут явиться мембранотропные яды, ко­
торые повреждают любые биологические мембраны, составляющие основу
внутриклеточных структур и основу согласованно протекающих на них
биохимических реакций.
Рассмотрим кратко механизмы токсического действия применительно к
указанным выше структурно-метаболическим комплексам. Прежде всего
расскажем о механизмах, связанных с нарушением процессов метаболизма
ксенобиотиков. Многое о них было сказано в предыдущем разделе, но
дальше будут приведены новые примеры; одновременно остановимся и на
других механизмах. Самый благоприятный случай реализуется при согласо­
ванном действии оксидаз со смешанными функциями с ферментами конъ­
югации, а также антирадикальными и антиперекисными защитными меха­
низмами: интоксикация при попадании в организм липофильных ксенобио­
тиков, если их количество не слишком велико, не развивается. Однако в
случае превышения определенных уровней или сроков воздействия ксено­
биотиков возникает выраженное ингибирование или активирование оксидаз
со смешанными функциями; в этом случае система детоксикации оказыва­
ется не в состоянии обеспечить поддержку гомеостаза и развивается инток­
сикация. В частности, попадание в организм достаточного количества ин­
гибиторов микросомных монооксигеназ с последующим подавлением их
активности приводит к резкому возрастанию токсичности тех ксенобиоти­
ков, продукты микросомного превращения которых менее токсичны по
сравнению с исходными веществами. Так, введение белым крысам 1, 1-дихлорэтилена на фоне действия ингибиторов оксидаз со смешанными функ­
циями приводит к резкому возрастанию смертности животных. Уже упомя­
нутый нами ингибитор гидразин сернокислый приводит к частичной или
полной гибели белых мышей, которым введена далеко не смертельная доза
этанола, и эта гибель пропорциональна дозе гидразина и обратно пропор­
циональна времени его введения перед введением этанола. Усиление ток­
сических эффектов некоторых ксенобиотиков регистрируется не только при
подавлении активности микросомных монооксигеназ, но и других звеньев
системы детоксикации. Так, например, блокада печеночного глутатиона
диизопропиленацетоном вызывает значительное повышение частоты хроматидных нарушений под влиянием бензпирена.
Активаторы и индукторы микросомных ферментов усиливают токсичес­
кое действие тех ксенобиотиков, токсичность которых ниже сравнительно
с токсичностью продуктов их метаболизма. Как и в случае ингибиторов
монооксигеназ, действие активаторов и индукторов зависит от их дозы и
времени воздействия.
Изменение устойчивости к действию ксенобиотиков является лишь
40
из форм проявления токсического действия, связанного с нарушени­
ем проц ессов их метаболизма. Другим видом патологии в результате воздей­
ствия ингибиторов или индукторов оксидаз со смешанными функциями
могут явиться эндокринные расстройства. Помимо ксенобиотиков, микрос о м н ы е ферменты обеспечивают катаболизм многих эндогенных соедине­
ний и в первую очередь стероидных гормонов. Нормальное функциониро­
вание микросомных ферментов поддерживает на необходимом уровне с о ­
держание стероидов в организме. Повышение активности этих ферментов
или их подавление приводит соответственно к снижению или чрезмерному
накоплению содержания стероидных гормонов в организме. Например, мно­
гие серосодержащие пестициды угнетают гидроксилирование тестостерона,
прогестерона, эстрадиола. Напротив, хлоруглеводороды повышают актив­
ность оксидаз со смешанными функциями и как следствие приводят к
уменьшению уровня подобных гормонов в организме. И в том, и в другом
случаях возникают гормональные нарушения.
Имеют место также токсические эффекты, связанные с непосредствен­
ным действием ксенобиотиков на микросомные монооксигеназы. Типич­
ным здесь является механизм токсического действия четыреххлористого
углерода, который растворяется во всех мембранных элементах клеток пе­
чени с преимущественным накоплением в микросомной фракции. Здесь он
связывается с цитохромом Р-450, и быстро протекающая реакция восста­
новления приводит к образованию радикала C C I3, который и является
пусковым звеном в механизме повреждающего действия этого ксенобиотика.
Радикал резко стимулирует перекисное окисление липидов, вызывая по­
вреждение биомембран, и приводит к деструкции цитохрома Р-450. В итоге
эти механизмы, вкупе с другими, менее существенными, вызывают гибель
клеток. Для описанного здесь вкратце механизма токсичности А.И.Арчаков
ввел термин “летальный распад” .
При взаимодействии ксенобиотиков с микросомными монооксигеназами могут образовываться не радикалы, а стабильные высокотоксичные про­
дукты, приводящие к интоксикации. Этот вариант токсического действия
называется “летальным синтезом”. Например, образование токсичной фторлимонной кислоты из фторацетата, накопление формальдегида и муравьи­
ной кислоты при окислительном превращении метанола и др.
Все химические вещества, повреждающие синтез белка, можно подраз­
делить на 2 группы. Первая из них включает ксенобиотики, оказывающие
опосредованное влияние на синтез белка через изменение процессов био­
энергетики, гормонального статуса, проницаемости биомембран и т.д. Н а­
рушение синтеза белка в механизме их токсического действия является
вторичным явлением, осложняющим, но не определяющим развитие инток­
сикации. Примером могут быть хлоруглеводороды. Так, тетрахлоралканы
тормозят включение метионина и лизина в сывороточные белки и белки
печени. Имеет место и иной механизм: в процессе метаболизма ксенобио­
тиков образуются активные радикалы и перекиси, воздействующие на ф о с ­
фолипиды мембран эндоплазматического ретикулума и повреждающие их,
что и способствует нарушению синтеза белка. В частности, ингаляция дихлор­
этана ведет к торможению включения лейцина в белки печени мышей и
°оусловливает повреждение полирибосомных структур гепатоцитов. При си­
ликозе в легких тормозится синтез макрофагального белка; при хроническом
^Риллиозе нарушаются процессы включения аминокислот в белки легких,
од воздействием свинца угнетается использование метионина для синтеза
елка; подавляется этот процесс и ртутьорганическими соединениями.
од н ой
41
На рис. 2.1, представленном выше, приведены пути проникания ксено­
биотиков в организм, основные направления их возможного перемещения
в нем, равно как и их метаболитов, и пути выделения тех и других из
организма. Очевидно, что в случае каждого конкретного соединения его
поступление, равно как и дальнейшие перемещения, метаболизм и выделе­
ние из организма достаточно индивидуальны, в том числе и в отношении
скорости этих процессов. Иначе говоря, судьба веществ в организме и их
кинетика характерны для каждого ксенобиотика. Однако в поведении ксе­
нобиотиков существуют общие закономерности, которые могут быть опи­
саны простыми математическими выражениями, иначе — математическими
моделями. И только некоторые параметры таких моделей оказываются ха­
рактерными для конкретных веществ. Нашей задачей является ознакомле­
ние с общими закономерностями кинетики и параметрами математических
моделей; более же полное ознакомление с хемобиокинетикой можно полу­
чить из цитированных в начале главы книги большого количества нецити­
рованных, но изданных и обычно имеющих в заголовке слово фармакоки­
нетика.
Вторая группа ксенобиотиков включает соединения, непосредственно
ингибирующие белковый синтез либо вмешиваясь в процессы транскрип­
ции, либо в процессы трансляции. Значительная часть ксенобиотиков на­
рушает процессы транскрипции, повреждая матрицу, т.е. ДНК. Под их
влиянием нарушаются ковалентные связи между нуклеотидами и модифи­
цируются их функциональные группы за счет образования комплексов,
выпадения или разрушения участков цепи ДНК. Именно так действуют
алкилирующие соединения. Блокирует Д Н К большая группа антибиотиков.
Матричные свойства Д Н К повреждает большой класс ксенобиотиков акри­
динового ряда, интеркалируя между основаниям и нуклеиновых кислот.
В результате снижается синтез мРНК (матричная рибонуклеиновая кислота)
и угнетается биосинтез белка. Аманитины, продукты ядовитых грибов рода
Amanita, нарушают транскрипцию путем угнетения активности РНК-полимеразы, что также приводит к подавлению синтеза белка.
Ксенобиотики, нарушающие трансляцию, могут быть подразделены на
группы в зависимости от стадии трансляции, на которую они действуют.
Так, например, на стадии инициации процесса трансляции действует дигидроксимасляный альдегид и метилглиоксаль, синтетические анионы — поливинилсульфат, полидекстрансульфат и др., трихотеценовые токсины грибов.
При этом механизм их действия может быть различным: алифатические
альдегиды блокируют прикрепление мРНК к рибосомам; поливинилсульфат
связывается с рибосомами в участке, где прикрепляется мРНК; другие
полианионы блокируют взаимодействие рибосомных субъединиц. Ксено­
биотики, нарушающие трансляцию на стадии элонгации, также могут иметь
разный механизм действия. Например, образование пептидной связи на
стадии элонгации блокируется эритромицином и олеандомицином. Дифте­
рийный токсин нарушает транслокацию. Несколько иным способом нару­
шают транслокацию циклогексимид и его производные. На стадии терминации процесса трансляции действует тенуазоновая кислота, подавляющая
отделение новообразованных белков от рибосом.
В заключении рассмотрения нарушения синтеза белка ксенобиотиками
укажем на возможность подавления процессов активирования аминокислот
и угнетения активности аминоацил-тРНК-синтетаз. К веществам, действу­
ющим именно таким образом, в первую очередь относятся синтетические
аналоги природных аминокислот, например 5-метилтриптофан, 2-метилгистидин, метилгомоцистеин, цисфторпролин, фторфенилаланин, этионин, канаванин и др. Эти ксенобиотики тормозят включение в белки природных
аминокислот за счет конкурентного ингибирования соответствующих аминоацилсинтетаз.
Общебиологическим механизмом реализации токсических эффектов яв­
ляется также нарушение биоэнергетических процессов, обычно связанное с
митохондриальным структурно-метаболическим комплексом.
2.4.1. Поступление ксенобиотиков в организм
,
В реальных условиях через легкие в организм поступают газообразные
(парообразные) ксенобиотики. Если вдыхаемое вещество достаточно устойчи­
во в организме, т.е. не подвергается или почти не подвергается биотранс­
формации, происходит его накопление. Последнее является результатом
динамического распределительного процесса, в котором кровь играет роль
промежуточной фазы: получая вещество из вдыхаемого воздуха, кровь отдает
его тканям, различающимся кровоснабжением и “емкостью” для данного
вещества. В результате отмечается характерная картина накопления доста­
точно устойчивых ксенобиотиков в крови, когда рост их концентрации в
артериях на первых порах заметно обгоняет рост концентрации в венах.
Однако с течением времени, по мере насыщения тканей, различие между
содержанием вещества в артериальной и венозной крови постепенно уменьшается (рис. 2.3). Непосредственным отражением этого процесса является
постепенное увеличение концентрации ксенобиотика в выдыхаемом воздухе.
В итоге концентрация в выдыхаемом воздухе стремится к концентрации во
вдыхаемом, что соответствует наступлению насыщения. Практический при­
мер указанной зависимости представлен на рис. 2.4: измерялась концентра­
ция фторотана в выдыхаемом человеком воздухе (С в) при ее постоянной
концентрации во вдыхаемом (С 0) и результат выражался в виде отношения
Св/С0. Это отношение может меняться от 0 до 1; последняя величина
Достигается при полном насыщении организма.
Накопление устойчивых соединений в крови и в тканях может быть
описано экспоненциальной зависимостью, что наглядно представлено на
Рис. 2.5, где даны экспериментальная и теоретическая кривые насыщения
сальника крыс бензолом при вдыхании его паров. Математическое описание
этого процесса, т.е. его математическая модель такова:
'
с = ХС0(1 - e -kt),
|
з
|
S
2.4. Хемобиокинетика
Термин хемобиокинетика встречается не столь уж часто, обычно говорят
о фармакокинетике и реже — о токсикокинетике. Однако именно этот тер­
мин отражает суть предмета, в котором идет речь о прохождении химичес­
кого вещества через биологическую систему — организм, рассматриваемое
во времени. С точки же зрения использования терминологии это синонимы
[19], о чем уже говорилось в начале этой главы и что полезно подчеркнуть
еще раз.
47
|
ГДе Со — постоянная концентрация вещества в окружающей среде; X —
коэффнциент распределения ксенобиотика между сальником крыс и окруающей средой; к — постоянная величина накопления вещества в сальнике;
~~ текущее время.
43
С, мг%
мг/л
а.
Рис. 2.5. Сопоставление экс­
периментальной кривой на­
сыщения сальника крыс бен­
золом при вдыхании его па­
ров в концентрации 3 мг/л
(пунктирная кривая) с теоре­
тической экспонентой этого
процесса (сплошная кривая).
Время, мин
Рис. 2.3. Динамика концен­
трации этилового эфира в
артериальной (сплошная кри­
вая) и венозной (пунктирная
кривая) крови собаки при
вдыхании его паров в кон­
центрации 2000 мг/л.
В этом руководстве мы ограничимся общим описанием процессов ки­
нетики и не будем вдаваться в тонкости постоянных расчетов накопления
и выделения, а также иных параметров хемобиокинетики, поскольку в
настоящее время имеются доступные программы для их расчетов; кроме
того, эти вопросы достаточно полно описаны в наших предыдущих книгах
и желающие могут ими воспользоваться [3, 15, 17, 44].
Приведенный пример свидетельствует об экспоненциальном характере
накопления устойчивых соединений в отдельных тканях организма, которые
могут быть смоделированы одночастевой системой. Однако такое описание
изменения концентрации ксенобиотика в крови, что представлено на рис.
2.3, или выдыхаемом воздухе редко бывает адекватным — описать организм
одночастевой системой, как правило, не удается. Для моделирования орга-
низма используется многочастевая система, математически описываемая
суперпозицией экспонент. В качестве примера приведем моделирование
прохождения через организм трихлор- и дихлорфторметана [15]. На рис. 2.6
представлена использованная для анализа трехчастевая модель, состоящая
из центральной части (А), периферической части (Б) и альвеолярного про­
странства (В). Расчет на основе этой модели при условии крД = квыд свиде­
тельствует о задержке трихлорфторметана в среднем на 77 %, а дихлорфтор­
метана на 55 %. Модель позволяет рассчитывать концентрации веществ в
крови в любой момент времени в зависимости от уровня и режима их
ингаляции.
Следует понимать, что поступление веществ в организм при вдыхании
их паров зависит от ряда физиологических параметров организма: альвео­
лярной вентиляции, остаточного объема легких, проницаемости для данного
вещества альвеолярно-капиллярной мембраны, скорости легочного крово­
тока, минутного объема сердца, общего объема крови, массы легочной ткани
и ряда других параметров. О но также определяется коэффициентами рас­
пределения вещества между воздухом и тканью легких, между воздухом и
кровью, между кровью и разными тканями тела. Все эти показатели входят
в неявной форме в величину постоянной накопления к. Разные особи
одного и того же вида имеют более или менее различающиеся между собой
физиологические параметры, что приводит к вариабельности к даже в случае
проведения совершенно одинаковых опытов на разных особях. Кроме того,
физиологические параметры могут изменяться в процессе опыта, что ведет
к изменению к и возникновению вариабельности.
Известны попытки более точного описания процессов накопления ксе­
нобиотиков с учетом основных физиологических параметров организма. Это
так называемое физиологическое моделирование. О но пока не получило
Вдох
квд|
Рис. 2.4. Увеличение концентрации
фторотана в выдыхаемом челове­
ком воздухе в зависимости от вре­
мени.
44
Рис. 2.6. Трехчастевая модель
прохождения газообразного ве­
щества через организм.
ate..
К
I
г'»ыд 1
к
К,2
Ке
К21
Выдох
45
Chi.v
Cvi
с IV С,,11
рис. 2.8. Динамика концентра­
ции бензола в выдыхаемом че­
ловеком воздухе во время экс­
позиции и после ее прекраще­
ния. C q — концентрация бензо­
ла на вдохе.
Рис. 2.7. Опыт с вдыханием паров метилацетата кроликом.
I — концентрация метилацетата во вдыхаемом воздухе; И — то же в выдыхаемом воздухе; III —
содержание сложных эфиров в крови (в единицах оптической плотности Q); IV — концентрация
спирта в крови; V — содержание формальдегида в крови (в единицах оптической плотности Q);
VI — процент задержки паров метилацетата (вычислено из данных I и II).
ш ирокого развития из-за сложностей количественной оценки ряда иногда
трудно поддающихся такой оценке физиологических параметров и необхо­
димости использования специальных программ. Удачный пример физиоло­
гического моделирования приведен в книге [15], мы его не повторяем.
Помимо указанной книги, о физиологическом моделировании можно про­
читать и в других руководствах по фармакокинетике; достаточно просто этот
вопрос описан у В.А.Филова [18].
Иначе развивается процесс поступления в организм быстро метаболизирующих соединений. Отмечаются случаи, когда они претерпевают распад
уже на поверхности слизистой оболочки и всасываются в кровь в виде
метаболитов. В других случаях метаболиты образуются в крови или при
первопрохождении через печень. Насыщения организма быстро распадаю­
щимися соединениями практически не происходит, что отражается на их
задержке при вдыхании паров; в противоположность рассмотренному слу­
чаю с медленно распадающимися газами в настоящем случае задержка
постоянна во времени. Это наглядно иллюстрируется данными рис. 2.7,
отражающими результаты опытов по определению задержки в организме
паров метилацетата. Видно, что разность концентраций метилацетата во
вдыхаемом и выдыхаемом воздухе постоянна, т.е. его задержка со временем
не меняется, что с прекращением вдыхания эфира он не обнаруживается и
в выдыхаемом воздухе — все задерживаемое количество быстро подвергается
превращениям. В результате быстрого метаболизма метилацетата, который
в силу этого в крови не накапливается, возникает достаточно устойчивый
метаболит — метиловый спирт. Этот метаболит накапливается в крови;
вместе с тем известно его дальнейшее превращение в формальдегид. Однако
46
формальдегид также нестабилен и увеличения его содержания в крови
установить не удается.
Для сравнения на рис. 2.8 представлен ход изменения концентрации
бензола в выдыхаемом воздухе человека. Основная часть задержанного в
организме бензола метаболизирует и выделяется в виде фенолов с мочой.
Но часть (до 12 %) выделяется в неизмененном виде с выдыхаемым возду­
хом.
Поступление веществ через кожу. Через кожу могут проникать газооб­
разные, жидкие и твердые вещества, преимущественно неэлектролиты. Для
электролитов, за исключением тяжелых металлов и их солей, в незначитель­
ной степени преодолевающих кожный барьер, проницаемость кожи остается
спорной, во всяком случае она невелика. Среди органических соединений,
вызывающих интоксикацию при проникновении через кожу, на первом
месте стоят ароматические нитро- и аминосоединения, фосфорорганические
пестициды, хлорированные углеводороды и элементорганические соедине­
ния.
Поступающие трансэпидермальным путем соединения попадают в ве­
нозную кровь, где их концентрация заметно превышает таковую в крови
артериальной. В случае относительно малого количества всасывающегося
таким путем вещества и достаточно хорошего его метаболизма в печени
артериальная кровь может и не содержать его. Н а рис. 2.9 представлены
результаты опыта по всасыванию стирола через кожу кролика и определе­
нию его в венозной и артериальной крови. И з рисунка видно, что стирол
хорошо проникает через неповрежденную кожу кролика, в значительных
количествах обнаруживается в венозной крови, в гораздо меньших количе­
ствах — в артериальной крови и появляется там позже.
c. мг%
^ис. 2.9. Кинетика стирола в ве­
нозной (а) и артериальной (б)
кРови кролика при всасывании
ег° через неповрежденную коВремя, ч
Основным условием проникания ксенобиотиков через кожу является их
липоидорастворимость, сочетающаяся с растворимостью в воде. Раствори­
мые в жирах соединения способны пройти через кожные жировые слои;
дальнейшее всасывание веществ с гидрофобными свойствами может ока­
заться затрудненным из-за плохого их растворения в крови. Из других
факторов, способствующих прохождению ксенобиотиками кожного барьера,
следует отметить температуру, поверхность соприкосновения и длительность
контакта. При экспериментальном изучении проникновения ксенобиотиков
через кожу следует иметь в виду, что кожа лабораторных млекопитающих,
как правило, более проницаема по сравнению с кожей человека. Кроме того,
следует помнить о разнице в соотношении поверхности тела и его массы у
мелких и крупных животных.
Поступление через желудочно-кишечный т р ак т (ЖКТ). Некоторые соеди­
нения, особенно липоидорастворимые, могут всасываться в кровь уже из
полости рта.* Всасывание в желудке зависит от характера его содержимого
и степени наполнения. Желудочные секреты могут значительно изменять
ксенобиотики, а также увеличивать их растворимость. Секреты кишечника
способны в некоторых случаях таким же образом воздействовать на неиз­
мененные и не всосавшиеся ранее соединения. Другая возможность превра­
щений ксенобиотиков в кишечнике связана с деятельностью кишечных
бактерий. Иллюстрацией этого может явиться восстановление ароматичес­
ких нитросоединений до соответствующих аминов.
При всасывании из желудка и кишечника вещества прежде всего попа­
дают в печень, где происходят те или иные превращения многих ксеноби­
отиков. В основном эти превращения направлены на обезвреживание со­
единений, но возможен и “летальный синтез” , о чем шла речь в разделе о
механизмах метаболизма ксенобиотиков настоящей главы.
Кинетику всасывания ксенобиотика из желудочно-кишечного тракта
обычно рассматривают в связи с поступлением в организм известной его
дозы. Многочисленные примеры этого обычны для фармакологической ли­
тературы. Токсикологическим примером может быть всасывание из желудка
кролика введенного туда циклогексиламина (рис. 2.10). Из рисунка видно,
что при этом циклогексиламин быстро появляется в крови, достигает в ней
значительных концентраций, одновременно с чем отмечается и его накоп­
ление в моче, далее идут очищение крови от циклогексиламина и неуклон­
ный рост его концентрации в моче. Процесс изменения концентрации
указанного вещества в крови хорош о описывается в рамках одночастевой
системы.
2.4.2. Накопление ксенобиотиков в организме
Периодическое поступление ксенобиотиков. Накопление (кумуляция) ксеобиотика в тканях организма может иметь место при его постоянном или
периодическом поступлении в организм тем или иным путем или одновре­
менно несколькими путями. П ри этом поступление должно превышать
оЧИщение организма от ксенобиотика за счет всех возможностей — выделе­
ния различными путями и метаболизма, иначе накопления не произойдет.
Известна кумуляция свинца и стронция за счет их прочного связывания с
костной тканью и весьма медленного выделения из нее. Другим примером
накопления является депонирование кремния в легочной ткани.
Рассмотрим процесс накопления ксенобиотика в организме на примере
вдыхания газообразного вещества на производстве в условиях пятидневной
рабочей недели, т.е. довольно типичный случай. Принципиально этот слу­
чай, с точки зрения накопления, не отличается, например, от периодичес­
кого поступления ксенобиотика через рот или иным путем, как это имеет
место для фармакологических препаратов. Для возможности математичес­
кого описания процесса примем постоянство основных условий: концентра­
ции вдыхаемого вещества в воздухе рабочего помещения, времени ежеднев­
ного пребывания работника в этом помещении (t), сменяемого постоянным
периодом отдыха и сна (т), при этом в конце недели период отдыха состав­
ляет два дня (Т). Примем также, что очищение организма от вещества
происходит достаточно медленно (альтернатива — время свободного выде­
ления вещества мало по сравнению со временем накопления). Графическая
модель процесса для этого случая представлена на рис. 2.11.
Более подробное математическое описание процесса возможно, если
представить, что накопление вещества в организме и его выделение следуют
кинетике первого порядка, т.е. организм является одночастевой системой.
В этом случае накопление ксенобиотика в организме (его отдельных тканях)
описывается уже известным нам уравнением:
С, = *.С0(1 - е-к|),
где С 0 — концентрация ксенобиотика во вдыхаемом воздухе, С[ — его кон­
центрация в организме в момент времени t (положим, что это время окон­
чания рабочего дня). Выделение же ксенобиотика описывается так же про­
стой экспонентой:
С = с 1е-кет'
где ке — постоянная выделения, т — текущее время выделения (положим,
что это время окончания ежедневного отдыха). Содержание ксенобиотика
в организме после любого n-го рабочего дня первой недели описывается
уравнением:
\С0(1 - e_k,)(1 - e~n(k,+keT)
с тэх= — 21----- ’1----------
Ш
! _ e - (k,+keT)
с
s
q
Рис. 2.10. Определение циКлогексиламина в крови ( 1) и
моче (2 ) кролика после его
внутрижелудочкового введе­
ния.
^ис. 2 . 11 . Процесс насыще­
ния и освобождения тканей
от газообразного ксенобио­
тика в условиях пятидневной
Рабочей недели.
49
К началу следующего рабочего дня первой недели содержание ксенобио­
тика составит:
( 2)
с™ п= с |" ах -е -ке*.
Теперь рассмотрим вариант с рабочей неделей, состоящей из а рабочих
дней, включающих период работы t и период отдыха т, а также период
длительного отдыха Т (выходные дни), как это представлено на рис. 2.11.
Тогда содержание вещества в организме в конце любого рабочего дня р,
принадлежащего ( т + 1) неделе, можно найти из уравнения:
\ с п(1 - e"k,)(1 - e~P<kt+lV )
,
„и,
р т а х _____2;_________ ______________ . p m in .-p k t--(p -1 )k e x
am+P"
1 _ е-<к‘+М
m
' '
причем 0 < р < а. Вывод этих уравнений можно найти в книге [15], там же
содержатся. некоторые подробные численные примеры, иллюстрирующие
использование уравнений. Даем эти примеры в сокращенном виде. Рассмот­
рим малорастворимый в воде хлороформ и смешивающийся с водой этило­
вый спирт. Достаточно реальной является ситуация, когда время работы
t = 8,4 ч, время ежедневного отдыха т = 15,6 ч, рабочих дней в неделе п = 5.
Постоянные для хлороформа: X = 10,3; к * ке * 0,08 м и н "1. Подставив
эти цифры в уравнение ( 1) и произведя расчет накопления хлороформа в
организме к концу рабочей недели, получим:
с
:Ц
ЛСо
М2ЛС0
Рис. 2.12. Графическое изображение
процессов накопления в биологичес­
кой системе неметаболизирующих ( 1)
и метаболизирующих ( 2 ) (k = кт ) ксе­
нобиотиков при одном и том же Cq.
t
где х — коэффициент распределения ксенобиотика между средой и биоло­
гической системой, к — постоянная накопления вещества, km — постоянная
его метаболизма, С — концентрация ксенобиотика в биологической системе
в момент времени t.
Рассмотрим три частных случая: первый — накопление происходит зна­
чительно быстрее метаболизма, т.е. k > кт . Тогда кт можно пренебречь по
сравнению с к и уравнение примет вид:
С = \С 0(1 - e_w).
Сидень • Ю,ЗС0.
В конце любого другого рабочего дня также получим 10,3Cq. А это
значит, что в результате работы в условиях вдыхания хлороформа в кон­
центрации Cq каждый день достигается равновесное насыщение организма
хлороформом. Рассчитав выделение хлороформа по формуле (2), для конца
ежедневного отдыха получим 0, что свидетельствует об отсутствии накопле­
ния хлороформа в организме. Каждый день происходит насыщение орга­
низма парами хлороформа и затем полное его выделение, что находится в
соответствии и с экспериментальными данными.
Постоянные для спирта: X = 2000, к » ке « 0,0007 мин-1. С § ^ день = 940С0.
Воспользовавшись уравнением (3), найдем, что содержание спирта в орга­
низме в конце второй недели составит 942С0, в конце третьей — 944Cq и
т.д., т.е. будет происходить постепенное, хотя и очень медленное, нарастание
спирта в организме. При этом полного выделения его из организма не будет
даже в результате двух выходных дней: С 1™0 = ЗОС0. Это также соответствует
опытным данным.
Накопление ксенобиотиков, претерпевающих биотрансформацию. В этом
случае картина накопления ксенобиотика усложняется по сравнению с
накоплением вещества инертного, не подверженного метаболизму. Рассмот­
рим ее. Модель процесса такова: среда содержит ксенобиотик в постоянной
концентрации Cq; биологическая система, в которую он проникает в соот­
ветствии с кинетикой первого порядка, может быть интерпретирована одночастевой моделью; метаболизм ксенобиотика в биологической системе, за­
висящий от особенностей биологической системы и природы ксенобиотика,
также соответствует кинетике первого порядка. Математическая модель,
вывод которой дан в указанной выше монографии, выглядит так:
кХС0
к + кт
50
(1 - е-(к+кт)*),
Это уже известное нам уравнение накопления неметаболизирующих с о ­
единений.
Второй случай — скорости накопления и метаболизма равны, т.е. k = кт .
В этом случае С = 0,5^C q( 1 — e-2kt).
Устремив t к оо, получим предел, к которому стремится концентрация
вещества: С -> 0,5^Cq. Предел в этом случае в 2 раза меньше, чем в случае
нереагирующего вещества (при тех же X и Cq), достигается же он в 2 раза
быстрее, что иллюстрирует рис. 2.12. Третий случай — скорость метаболизма
значительно превышает скорость накопления, т.е. k < кт . Тогда
kA.Cn
, .
к
С = ~г— (1 - е пг). При t -> со, С -> т— A-Cq.
Следовательно, накопление ксенобиотика в биологической системе и в
этом случае имеется, но оно мало, тем меньше, чем меньше к по сравнению
с кт . С увеличением разницы между постоянными накопления и метабо­
лизма предел накопления ксенобиотика стремится к 0. Логически это вполне
понятно —очевидно, что для процесса метаболизма вещества необходимо
его предварительное накопление хотя бы в незначительном количестве. При
этом скорость метаболизма вещества, измеряемая количеством метаболизиРУющих в единицу времени его молекул, будет тем больше, чем больше
общее содержание вещества. При некоторой концентрации скорость мета­
болизма уравновешивается со скоростью поступления, что и определяет
насыщение биологической системы. Практически мы наблюдали этот слу­
чаи при изучении накопления сложных эфиров винилового спирта и ж ир­
ных кислот, а также некоторых других в организме животных. Благодаря
наличию в крови и тканях организма весьма активных эстераз сложные
фиры, попадая в организм, практически сразу же распадаются и при
Дыхании их паров в крови не обнаруживаются. Однако в случае вдыхания
сложных эфиров в массивных концентрациях имеют место их накопление
51
и возможность определения в крови. Понятно, что сразу после прекращения
вдыхания сложных эфиров они быстро, практически мгновенно, метаболизируют и в организме уже не обнаруживаются.
Примеры практического использования приведенной формулы можно
видеть в книге [15].
ig с
2.4.3. Выделение ксенобиотиков из организма
Освобождение организма от ксенобиотиков и их метаболитов происхо­
дит разными путями, главные из которых — почки и кишечник. Элимина­
ция летучих соединений, нередко присутствующих в производственной сре­
де, в атмосферном воздухе или в жилых помещениях, в значительной сте­
пени осуществляется с выдыхаемым воздухом. Как правило, с выдыхаемым
воздухом выделяются неизмененные вещества сами по себе или вместе со
своими ближайшими летучими метаболитами. Лишь весьма редко в процес­
се метаболизма из нелетучих соединений образуются летучие. В этих случаях
они могут выделяться через легкие.
Растворимые в воде соединения выделяются главным образом через
почки. Уже указывалось, что в процессе метаболизма происходит преиму­
щественное увеличение полярности, а следовательно, и водоростворимости
метаболитов по сравнению с исходными соединениями. Это повышает воз­
можности их выделения с мочой. Меньшую роль играет выделение через
желудочно-кишечный тракт; большое практическое значение этот путь вы­
деления имеет для солей тяжелых металлов. Некоторое количество отдель­
ных ксенобиотиков может выделяться с потом, слюной и молоком.
Достаточно часто токсические вещества и их метаболиты выделяются
сразу несколькими путями, причем преимущественное значение имеет какой-либо один из них. Примером может быть этиловый спирт. Большая
часть спирта подвергается в организме превращениям. Остальная часть,
примерно 10 % от общего количества, выделяется в неизмененном виде
главным образом с выдыхаемым воздухом, затем — с мочой, и в небольшом
количестве с калом, потом, слюной и молоком.
Если биологический объект, из которого выделяется ксенобиотик, мож­
но моделировать одночастевой системой, то процесс выделения описывается
простой экспонентой. Экспонента в полулогарифмических координатах пре­
образуется в прямую линию. На рис. 2.13 в полулогарифмических коорди­
натах показан процесс освобождения эпидидимального жира крыс от бен­
зола. Здесь же показан способ графического нахождения периода полувыделения вещества (рассмотрено 2 случая снижения концентрации бензола
наполовину). Это типичный случай выделения вещества в соответствии с
кинетикой первого порядка. Здесь вполне пригодна одночастевая система,
поскольку рассматривается обособленная ткань. В отдельных случаях кине­
тика выделения ксенобиотика из организма в целом или снижение его
концентрации в крови также может быть представлена простой экспоне­
нтой. Однако при более детальном анализе во всех этих случаях можно
установить, что выделение следует более сложному закону. Описание кине­
тики выделения веществ с помощью экспоненты является просто первым
приближением, иногда достаточным, а иногда и нет. Н о и в случае отдель­
ных тканей такое моделирование не всегда оправдано. Например, снижение
концентрации сероуглерода в подкожном жире крыс описывается биэкспоненциальной зависимостью (рис. 2.14). Математическое выражение этой
двойной экспоненты имеет вид:
52
Рис. 2.13. Графическое изображение снижения концентрации бензола в эпидидимальном жире крыс.
Рис. 2.14. Графическое изображение выделения сероуглерода из подкожной жировой клетчатки крыс.
С = 8 ,66 e-0'46t+ 0,052e-O'°35t.
При детальном изучении очищения крови собак от дихлортетрафторэтана была установлена трехэкспоненциальная зависимость:
С = 1250e-O'37st+ 75e-0'06t+42e-0016t.
Хемобиокинетика дихлортетрафторэтана у собак может быть интерпре­
тирована, таким образом, трехчастевой моделью (она включает одну цент­
ральную часть и две периферических, тканевых, части). Выделение свинца
из крови экспериментальных животных в полулогарифмических координа­
тах соответствует четырехэкспоненциальному процессу, конкретное описа­
ние которого в математических терминах таково:
С = 18е-0'81+4e~°’04t+ 1,1e-0'007t+ 0,16e~°'0006t.
Приведенные уравнения свидетельствуют о многофазности объекта, из
которого имеет место элиминация изучаемого ксенобиотика. П ри этом
многофазность следует понимать не только буквально, в виде, например,
разных, резко различающихся между собой по физико-химическим свойст­
вам тканей, но и в виде различной связанности ксенобиотика с тканевыми
структурами одной ткани. Примером последнего является рассмотренное
нами выше двухэкспоненциальное выделение сероуглерода из подкожного
Жира крысы.
В монографии [44] и ее предшественнице [3] рассмотрен математический
аппарат кинетики выделения ксенобиотиков двумя и более независимыми
путями, выделения метаболита или параллельно образующихся нескольких
метаболитов, выделения метаболитов и исходного соединения и др.
53
2.4.4. Х е м о б и о к и н е т и к а с и с т е м ы : м а т е р и н с ки й о р га н и з м — п л о д
беоеменности, при которой вводили это вещество, содержание ртути в
о д а х
Известно, что многие ксенобиотики проникают через плаценту и попа­
дают в плод. Считается, что основным механизмом прохождения ксенобио­
тиками плаценты является диффузия. Хемобиокинетика этого процесса в
математических терминах может быть представлена достаточно просто при
некоторых допущениях. Первое из них — моделирование материнского о р ­
ганизма и плода одночастевыми системами с хорошим перемешиванием;
далее — ксенобиотик достаточно стабилен, т.е. метаболизирует не слишком
быстро. При этих условиях уравнение для расчета концентрации ксенобио­
тика в плоде (С п) имеет вид:
cn=
(e"k“' “ e_kt)'
где C q — начальная концентрация введенного в материнский организм ксе­
нобиотика, к — постоянная перехода вещества через плаценту, км — посто­
янная уменьшения концентрации вещества в материнском организме.
Эта зависимость концентрации ксенобиотика в плоде от времени имеет
максимум в момент времени tmax:
lnkM- Ink
W =
kM- k
Следовательно, при сделанных допущениях концентрация в плоде вве­
денного в материнский организм вещества изменяется от нуля в начальный
момент до максимальной величины в момент tmax и далее снова падает до
нуля t -> оо.
Все эти теоретические представления были подтверждены на примере
9,10-диметил-1,2-бенз-(а)-антрацена и 3,4-бенз-(а)-пирена, вводимых внут­
ривенно беременным мышам и крысам. Действительно, концентрация ука­
занных веществ в печени матери уменьшалась экспоненциально у мышей с
периодом полувыведения 40 мин, у крыс — 160 мин. На рис. 2.15 представ­
лены графики зависимости концентрации этих углеводородов от времени в
эмбрионах крыс. Графики соответствуют вышеприведенному уравнению.
Существенно, что снижение концентрации 9, 10-диметил- 1,2-бенз-(а)-антрацена и бенз-(а)-пирена в тканях эмбрионов происходит значительно мед­
леннее, чем в тканях матерей. Например, период полувыведения бенз-(а)пирена из эмбрионов мышей составляет примерно 180 мин (для матерей —
40 мин). В то время как в материнском организме вещества практически
уже отсутствуют, в тканях эмбрионов они продолжают определяться в за­
метных количествах. Это же было показано и для ртути при введении
беременным мышам метилртути [65]. Интересно, что с увеличением срока
lg С
Рис. 2.15. Динамика концентра­
ции ДМБА (1) и БП (2) в эм­
бриональных тканях крыс в за­
висимости от времени после
введения беременным живот­
ным.
54
ВОзрастало, что можно трактовать как увеличение проницаемости
плаценты по мере приближения момента родов.
2.4.5. О нелинейных эффектах в хемобиокинетике
Обсуждая хемобиокинетические зависимости, до сих пор мы основыва­
лись на закономерностях кинетики первого порядка, т.е. на экспоненциаль­
ных зависимостях. При этом имеет место пропорциональность между ск о­
ростью протекания процесса переноса и/или метаболизма вещества и раз­
ностью концентраций вещества в частях, между которыми этот перенос
осуществляется. В этом случае все кинетические постоянные, т.е. посто­
янные переноса и периоды полусуществования, являются действительно
постоянными, которые не изменяются со временем и при изменении
условий протекания процесса, например при изменении количества или
концентрации ксенобиотика. Вместе с тем каждый, кто имел дело с хемобиокинетическим экспериментом, знает, что на практике дело обстоит
далеко не всегда так. Постоянство кинетических параметров сохраняется
далеко не во всех случаях. Иногда их изменениями м ожно пренебречь,
особенно при формальном рассмотрении процессов, как это мы и делали
в предыдущем изложении материала. На практике же так бывает далеко
не всегда.
Графически нелинейные эффекты выражаются в том, что график про­
цесса в полулогарифмических координатах не линеен, в противоположность
представленному выше (см. рис. 2.13 и 2.14).
Причины нелинейности разнообразны и коренятся прежде всего в самом
объекте — живом организме с его многообразием приспособительных реак­
ций и богатыми возможностями изменчивости функционирования органов
и систем, а говоря языком кинетики — нестабильности частей. С другой
стороны, нелинейность может быть связана с особенностями поведения
ксенобиотиков. Например, нелинейные эффекты при рассмотрении абсорб­
ции веществ могут быть вызваны плохой их растворимостью и связанной с
этим низкой скоростью растворения и соответственно всасывания. Среди
основных причин отклонений от линейности находится насыщаемость ак­
тивных процессов всасывания при высоких дозах ксенобиотиков; изменение
гемодинамических показателей в области всасывания ксенобиотиков; вариа­
ции pH в желудочно-кишечном тракте, влияющие на судьбу ионизирован­
ных соединений; более или менее прочное связывание части вещества со
слизистой кишечника, с тканями, с белками крови и др.
Рассмотрим возможность количественного выражения нелинейных эф ­
фектов в хемобиокинетике. Примером является кинетика ферментативных
процессов при достаточно высоких концентрациях метаболизирущегося ве­
щества. Причина нелинейности в этом случае связана с ограниченностью
ресурсов фермента. Имеет место его блокирование веществом по мере
увеличения концентрации последнего. На рис. 2.16 показано влияние кон­
центрации метаболизируемого вещества (С) на скорость его ферментатив­
ного превращения dC/dt. При низкой концентрации вещества скорость его
превращения возрастает пропорционально его концентрации. Иначе говоря —
это область кинетики первого порядка, при которой сохраняются все опи­
санные выше закономерности. Коэффициент пропорциональности в данном
случае является постоянной метаболизма вещества и в зависимости от своей
величины определяет наклон прямолинейной зависимости dC/dt = kC. На
55
У
= 2 ,2 и прямая 1 — касательная к кривой 3; константа к = 2 ,2
линейного п роц есса — максимальная величина, если процесс нелинеен.
Не все причины нелинейных эффектов допускают использование урав­
нения Михаэлиса — Ментен. Например, резкое изменение гемодинамичес-
Рис. 2.16. Зависимость между кон­
центрацией вещества и скоростью его
ферментативного превращения.
I — зона реакции первого порядка; II —
зона смешанной реакции; 111 — зона реа­
кции нулевого порядка.
Рис. 2.17. График линейной и нелинейной
хемобиокинетики. Прямая линия 1 соответ­
ствует к=2,2; передняя 2 — к=0,55; линия 3
имеет параметры Vmax = 0,22 и Км = 0,1.
рис. 2.17 прямые 1 и 2 соответствуют значениям величин постоянной
метаболизма 2,2 и 0,55.
Однако фактически же, по мере возрастания концентрации вещества, в
связи с постепенным насыщением ферментативной системы, уже не успе­
вающей перерабатывать его в метаболит, рост скорости метаболизма веще­
ства замедляется (см. рис. 2.16). В зоне II концентрация кинетика первого
порядка сменяется смешанной кинетикой. При дальнейшем увеличении
концентрации вещества скорость метаболизма становится практически по­
стоянной, не зависящей от концентрации, максимально возможной. Обычно
эту скорость обозначают индексом Vmax dC/dt Vmax при С -> оо. П о ее
достижении реакция превращения вещества в метаболит приобретает нуле­
вой порядок, при котором в единицу времени превращается определенное
количество вещества независимо от его концентрации. На основе рассмот­
ренных здесь в общей форме закономерностей создана количественная
теория ферментативных реакций, основное уравнение которой называется
уравнением Михаэлиса — Ментен по имени авторов теории:
ких показателей или прочное связывание части вещества с биосубстратом
ведут к модификациям хемобиокинетики, не поддающимся столь простому
описанию.
Гигиеническая (профилактическая) токсикология чаще всего имеет дело с
небольшим количеством ксенобиотиков, проникающих в организм. При этом
часто соблюдаются законы кинетики первого порядка. Нелинейные эффекты
начинают проявляться в области относительно больших концентраций ксено­
биотиков. Другие причины нелинейности обычно встречаются незакономер­
но и ведут к отклонениям от линейности, воспринимаемым как случайные
явления. Именно это обстоятельство привело к тому, что хемобиокинетика
долгое время развивалась на основе линейных зависимостей. При этом у
многих исследователей вызывал неудовлетворенность факт зависимости о с ­
новных параметров хемобиокинетики — постоянных переноса и периодов
полузавершения процесса — от дозы или концентрации. Н а основе рассмот­
ренных в настоящем разделе представлений этот факт, не поддающийся
описанию в рамках классической линейной хемобиокинетики, получил не­
сложное количественное описание, что позволило предположить широкое
использование в будущем параметров Vmax и Км вместо ныне применяемых
постоянных переноса и ti^.
Рассмотрим случай элиминации ксенобиотика из биологической систе­
мы за счет двух параллельных процессов — выведения неизмененного с о ­
единения и его метаболизма, т.е. весьма типичный случай. Первый из этих
процессов подчиняется кинетике первого порядка, а второй совершается в
соответствии с уравнением Михаэлиса — Ментен. Пока концентрация ксе­
нобиотика невелика, процессы соответствуют кинетике первого порядка,
поскольку метаболизм происходит в зоне I (см. рис. 2.16). В этом случае
постоянная элиминации равна сумме постоянных выделения неизмененного
вещества и постоянной метаболизма: к + Км. При достаточно высокой
концентрации отношение скоростей процессов элиминации окажется непо­
стоянным и зависимым от концентрации. Для математического описания
этого утверждения рассмотрим схему, где процесс В линеен, а процесс С —
нелинеен:
/7 ^
dC _ Vmax С
Ч
dt ~ Км+С ’
где ^тах и Км — параметры уравнения. Это уравнение описывает кривую,
представленную ранее (см. рис. 2.16).
Понятно, что уравнение Михаэлиса — Ментен может быть приложено к
ферментативным процессам превращения любых ксенобиотиков, играющих
роль промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и прочих ядов. Оно
будет справедливо также в случае неферментативных процессов насыщен­
ного характера. Примером может служить насыщение канальцевой секреции
вещества в почках при его большой концентрации в крови. Этим же урав­
нением описывается очищение крови от этилового спирта при его больших
концентрациях ранее. Н а рис. 2.17 приведено сравнение линейной и нели­
нейной кинетики. Кривая 3 на этом рисунке получена из уравнения Миха­
элиса — Ментен при условии, что Vmax = 0,22 и Км = 0,1. В этом случае
8
- с
Система уравнений, описывающая скорости элиминации ксенобиотика
по двум путям (VB и Vc ), такова: V B = kA
, ,
^ тахА
С ' К»** '
Отношение скоростей элиминации
С
v max
зависит от концентрации ксенобиотика (А).
57
Если в организм введена определенная доза вещества (D ), то количества,
элиминированные за счет линейного процесса выведения неизмененного
ксенобиотика и нелинейного процесса его метаболизма, могут быть найдены
путем интегрирования уравнений вышеприведенной системы Vg и V^. Не
входя в детали интегрирования, приводим результат:
BT = D +' ^
(1" e~k,)“ W
r'
Ст = VmaxT-'
1Щ
мам»
Разделив By на Су, получим:
By
„
v rnax
1 - e-kt
k
VmaxT
„
— = D + —-— • —-----=r -1.
Ст
Последнее уравнение свидетельствует, что соотношение путей элимина­
ции зависит от дозы. При прочих равных условиях выделение неизменен­
ного вещества увеличивается с увеличением дозы.
Практических примеров увеличения выведения вещества в неизменен­
ной форме с увеличением дозы можно привести много. В частности, в моче
кроликов при дозе анилина 0,1 — 1 мг/кг в неизмененной форме его выде­
ляется менее 1 %, а при дозе 20— 150 мг/кг — от 1 до 5,9% . При дозе
циклогексана 0,3 мг/кг в выдыхаемом воздухе кролика он практически не
выделяется, а при дозе 360—390 мг/кг выделяется в неизмененной форме
25—38 %. При дозе сероуглерода 4 мг/кг в выдыхаемом воздухе крысы
выделяется 68 % сероуглерода, а при дозе 80 мг/кг — почти 100 %. При дозе
фторбензола 0,5 мг/кг крыса выдыхает 42 % неизмененного вещества, а при
дозе 1 мг/кг — 65 %.
Может быть случай, когда попавшее в организм вещество элиминируется
за счет метаболизма двумя независимыми путями. Классическим является
пример связывания бензойной кислоты или ее производных с глюкуроновой
кислотой и параллельно — с глицином. При этом реакция с глицином
нелинейна и в случае достаточно больших количеств бензойной кислоты ее
скорость ограничивается запасом свободного глицина. Образование же глюкуронида обычно следует кинетике первого порядка. Очевидно, что приве­
денное выше рассмотрение полностью подходит и для этого случая.
Обратимся вкратце к нелинейным эффектам накопления ксенобиотиков
в биологической системе. Линейное накопление пропорционально дозе или
концентрации. О н о предусматривает сколь угодно высокое накопление ве­
щества в организме при увеличении его дозы. Понятно, что такой случай
нереален. Ввиду ограниченности объема организма и любой его ткани в них
может накопиться только ограниченное количество вещества. Для каждой
ткани существует свой предел насыщения веществом. Для разных веществ
этот предел различен, но он ограничивает возможность дальнейшего по­
ступления вещества в ткань, что проявляется возникновением нелинейнос­
ти. Уравнения таких процессов сложны и для работы с ними необходимо
обращаться к компьютерам с соответствующими программами. П о существу
все простые уравнения мы представили в настоящей главе.
Следует подчеркнуть, что в большинстве практических случаев нелиней­
ные эффекты не имеют значения и могут не приниматься во внимание.
Особенно это относится к области гигиенической токсикологии, где посту­
пающие в организм количества ксенобиотиков, как правило, невелики. В этих
случаях кинетические процессы протекают в зоне линейных участков и
отклонения либо отсутствуют вовсе, либо малы. Нелинейность обычно
58
п р оя в л я е т ся зависимостью кинетических параметров от дозы или концент­
рации вещества, а также их изменением во времени. С теоретической точки
з р е н и я правомочно предложение И.В.Саноцкого [12] использовать переход
к нелиней ны м эффектам в качестве одной из характеристик вредного дей­
ствия ксенобиотиков. Подробнее этот вопрос рассмотрен в [15]. К сожале­
нию, практически этот переход трудно определяем, да и причины возник­
н о в е н и я нелинейности различны.
2.4.6. Факторы, модифицирующие хемобиокинетику
Кинетические закономерности прохождения ксенобиотиков через организм
могут изменяться, как правило, количественно, в зависимости о т многих условий.
Последний из известных нам обзоров о модификации хемобиокинетики был
опубликован в 1984 г. [19]. С тех пор появилось множество исследований,
авторы которых на конкретных примерах изучали действие тех или иных
факторов на кинетику веществ в организме или его отдельных частях. Мы
попытались классифицировать эти факторы и представить их в виде таблицы
(табл. 2.1). При этом в таблице нет указаний на направленность и интенсив­
ность модификаций; нам представляется, что этого сделать просто нельзя.
Таблица 2.1. Классификация факторов, модифицирующих хемобиокинетику
Название группы факторов
Факторы, входящие в группу
Факторы, связанные с биологичес­ Индивидуальные особенности (генотип, фенотип)
ким объектом
Время
Возраст
Пол
Масса тела
Видовые особенности
Этнический фактор
,_
Физиологические факторы
Пища
Физическая нагрузка
Сон и положение тела
Стресс
Гемодинамические факторы
Беременность и роды
Лактация. Яйценоскость кур и др.
Циркадные ритмы
го
Патологические состояния
Патология
— печени
— почек
— сердечно-сосудистая
Инфекция, воспаление, лихорадка
Заболевания эндокринной системы
Метаболические нарушения
Кистозный фиброз
Онкологические заболевания
Ожог
Алкоголизм, наркомания
Ж
Факторы, связанные с окружающей Сезон года
средой
Температура
Давление кислорода
Факторы, связанные с формой по­ Величина дозы, концентрация
ступления ксенобиотиков в орга­
Режим поступления веществ в организм
низм
Путь поступления
Форма поступления (лекарственная форма)
59
Продолжение
Название группы факторов
Факторы, входящие в группу
Взаимодействие ксенобиотиков в
организме
Комплексоны
Курение
Алкоголь
Различные загрязнители
Лекарства и др.
Структура веществ и их физико-хи­ Гомологи
Изомеры
мические свойства
Энантиомеры
Радикалы и др.
t,
Понятно, что эта таблица может быть дополнена. Однако она позволяет
в достаточной степени ориентироваться в возможных влияниях на течение
кинетических процессов с ксенобиотиками в организме. В случае действия
нескольких факторов одновременно картина их влияния может быть весьма
сложной.
2.4.7. Особенности хемобиокинетики аэрозолей
Аэрозоли составляю т значительную часть токсичных загрязнителей а т ­
мосферы и воздуха производственных помещений, а для таких классов веществ,
как металлы, их оксиды, соли и др., загрязнение воздушной среды встречается
почти исключительно в аэрозольной форме. Многие из этих веществ характе­
ризуются низкой растворимостью и даже практически нерастворимы, одна­
ко хроническая аэрозольная экспозиция приводит к развитию не только
местных патологических изменений респираторного тракта (хронические
бронхиты, силикоз и другие пневмокониозы), лишь условно, хотя и тради­
ционно выведенных за пределы интересов собственно токсикологии, но и
типичных интоксикаций (например, свинцовой). Ключом к пониманию
этих процессов и обязательным условием как грамотной оценки токсикоаэрозольной экспозиции человека, так и ее адекватного моделирования в
эксперименте на животных является анализ токсикокинетики аэрозолей,
которая на первых и важнейших своих стадиях принципиально отличается
от токсикокинетики газов.
Анатомо-функциональные особенности респираторного тракта, вырабо­
танные эволюцией в направлении оптимизации условий газообмена — меж­
ду воздухом и кровью, а также строгого “кондиционирования” физических
характеристик воздуха, достигающего глубоких дыхательных путей, одновре­
менно делают органы дыхания почти идеальным “ пылезадерживающим уст­
ройством” . В результате масса пыли, которая за относительно короткий срок
откладывается в них при дыхании даже обычным атмосферным воздухом,
могла бы оказаться несовместимой с жизнью, если бы та же эволюция не
обеспечила развитие физиологических механизмов самоочищения дыхатель­
ных путей от пылевых частиц, оседающих на их поверхности.
Действительно, два основных звена процесса самоочищения: фагоцитоз
частиц на свободной поверхности органов дыхания и мукоцилиарный транс­
порт, обнаруживаются уже в легких земноводных, т.е. на той эволюционной
ступени, на которой респираторный тракт как таковой еще только начинает
формироваться. Понятно, что иначе переход позвоночных к дыханию воз­
духом был бы невозможен. Хотя механизмы самоочищения функционируют
60
н епреры вн о,
однако практически непрерывен (варьируя лишь по интенсив­
ности) и процесс отложения частиц из вдыхаемого воздуха. В силу того что
рассматриваемая ниже регуляция указанных механизмов адаптирует их к
уровню и характеру аэрозольной нагрузки с неизбежным запаздыванием,
динамическое равновесие между отложением и элиминацией не достигает
полной “чистоты” легких, в которых всегда оказывается задержанной та или
иная масса ингалированных частиц. Токсикокинетическое значение этой
массы двояко: с одной стороны, она определяет интенсивность местного
патологического процесса, вызываемого в легочной ткани накапливающим­
ся в них пульмонотоксичным и/или фиброгенным материалом, а с другой —
служит тем “депо” , из которого токсическое вещество может тем или иным
путем оказать действие на другие органы и ткани.
Поэтому для токсиколога необходимо прежде всего достаточно глубокое
знакомство с основными закономерностями отложения, элиминации и за­
держки ингалируемых частиц. Недоучет этих закономерностей или даже
принципиально неверные представления о них нередко служат основой
экспериментальных артефактов и необоснованных выводов. Иногда возни­
кают недоразумения и в связи с терминологическими неточностями; по­
этому имеет смысл дать краткое определение терминам, которые уже упо­
минались нами: “отложение” , “элиминация” и “задержка” частиц.
Под “ отложением” подразумевается сепарация частиц из ингалированного воздуха за время полного дыхательного цикла, обусловленная различ­
ными причинами контакта этих частиц с поверхностью дыхательных путей
на любом уровне последних. Мерой отложения является разность между
концентрациями частиц в выдыхаемом и вдыхаемом воздухе. При его тео­
ретическом описании и моделировании респираторный тракт обычно делит­
ся по глубине на три области: назофарингеальную, трахеобронхиальную и
пульмональную (нередко называемую также альвеолярной, хотя в нее вклю­
чаются не только альвеолы, но и в целом глубокие дыхательные пути ниже
верхней трети терминальной бронхиолы). Соответственно рассматривается
суммарное или же региональное отложение частиц.
Понятие “элиминация частиц” употребляется наряду с понятиями “ле­
гочное самоочищение” , или “клиренс” . Различают назофарингеальный, тра­
хеобронхиальный и альвеолярный клиренс, кинетика и механизмы которых
различны. Однако в целом под клиренсом понимается освобождение дыха­
тельных путей от частиц, отложившихся в них при ингаляции, независимо
от путей, механизмов и скорости этого процесса.
Термин “задержка” обозначает относительно стойкое накопление в лег­
ких и в региональных лимфатических узлах тех частиц, которые не были
элиминированы. Однако элиминация не ограничена во времени, с чем
связана недостаточно четкая количественная определенность понятия “за­
держка” и ее оценок. Как будет ясно из дальнейшего, при хронически
постоянной пылевой экспозиции со временем может установиться более или
Менее стойкое равновесие между отложением и элиминацией частиц, т.е.
задержанная их масса более не нарастает. Однако чаще всего идет речь не
0 такой равновесной задержке, а о массе вещества в легких через то или
иное время после кратковременной ингаляционной экспозиции.
Отложение частиц при дыхании. Не всегда учитывается, что концентра­
ция частиц в окружающем воздухе, даже измеренная непосредственно возле
головы, не эквивалентна концентрации в воздухе, входящем в верхние
Дыхательные пути, т.е. в ингалированном. Завышенная оценка последней
может обусловить завышенную же оценку степени отложения частиц в
61
дыхательных путях и в целом — токсической аэрозольной экспозиции. Это
связано с тем, что аэродинамические характеристики воздушного потока,
втягиваемого в ноздри, обусловливают определенную сепарацию витающих
в нем частиц по размерам, форме и плотности или, в общем выражении,
по аэродинамическим диаметрам (АД). Это обусловливает неодинаковую
“ингалябильность” частиц разного АД, которая зависит также от объема
дыхания и подвижности окружающего воздуха. Так, ингалируемая фракция
аэрозоля при объеме дыхания, соответствующем умеренной физической
нагрузке, и ветре не более 8 м/с равна приблизительно 100 % для мельчай­
ших частиц, но снижается до 50—55 % для частиц с АД 20—30 мкм, более
не изменяясь с увеличением АД до 100 мкм [81].
Следовательно, те относительно крупные частицы, которых в наиболее
распространенных полидисперсных аэрозолях дезинтеграции обычно не­
много по числу, но на которые приходится значительная или преобладаю­
щая часть суммарной массы витающей пыли, могут наполовину вообще не
попасть в дыхательные пути. Между тем пока практически не решена
важнейшая задача создания таких пробоотборников, которые адекватно
моделировали бы ингаляцию аэрозолей человеком, т.е. позволяли бы изме­
рять не суммарную концентрацию пыли, а именно “ ингалябильную” ее
фракцию. Этот термин не следует путать с понятием “респирабельная”
фракция, о котором речь пойдет ниже. Не разработан теоретически и вопрос
о вероятных межвидовых различиях “ингалябильности” , т.е. нет пока уве­
ренности в том, что ингалябильная фракция суммарной концентрации аэро­
золя для человека и лабораторных животных совпадает.
Дальнейшая судьба ингалированных частиц, т.е. вероятность их отложе­
ния, определяется в основном тремя физическими механизмами: седимен­
тацией, импакцией и диффузией. Седиментация (осаждение), т.е. равномер­
ное прямолинейное движение частиц книзу при уравновешивании силы
тяжести силой сопротивления вязкой среды описывается известным физи­
ческим законом Стокса. Скорость такого движения пропорциональна вто­
рой степени диаметра сферической частицы и лишь первой степени ее
плотности. Импакция, или инерционное отделение аэрозольной частицы,
происходит при резком изменении направления воздушного потока, когда
частица продолжает движение в прежнем направлении и ударяется о по­
верхность слизистой оболочки дыхательных путей. Диффузионный меха­
низм связан с хаотическим (броуновским) движением мельчайших частиц,
размеры которых соизмеримы с длиной свободного пробега газовых молекул
и которые поэтому оказываются под неуравновешенными ударами послед­
них. Чем интенсивнее такое хаотическое движение частицы и чем ближе ее
среднее положение к поверхности слизистой оболочки, тем выше вероят­
ность ее соударения с этой поверхностью и отложения на ней. Наряду с
перечисленными основными механизмами более или менее важная роль
принадлежит электростатическому отложению тех частиц, которые несут
электрический заряд.
Вклад всех этих механизмов в отложение частиц разного диаметра и на
разных уровнях респираторного тракта существенно неодинаков, что и оп­
ределяет основные закономерности как суммарного, так и регионального
отложения аэрозолей при дыхании. Так, вероятность седиментационного
отложения возрастает с увеличением АД, т.е. с повышением скорости седи­
ментации и уменьшением среднего расстояния от взвешенной в воздухе
частицы до подлежащей поверхности слизистой (т.е. с уменьшением диа­
метра дыхательной трубки) и со снижением скорости воздушного потока,
62
“сн осящ его” эту частицу в направлении своего движения и тем препятст-
ющего ее оседанию (эта скорость тем ниже, чем глубже дыхательные
\ти) Поэтому если суммарное отложение нарастает с увеличением АД, то
гтля отложения регионального зависимость от размера частицы более сложа Относительно крупные частицы, отлагаясь в вышележащей области
респираторного тракта, тем самым не могут проникнуть или только частич­
но проникают в нижележащую, что снижает вероятность их отложения в
последней. Например, исследователи [73] нашли, что альвеолярное отложе­
ние нарастает с увеличением АД только до приблизительно 4 мкм, а при
дальнейшем увеличении АД он о снижается. При этом в альвеолярную (пуль­
мональную) область вообще не проникают частицы с АД 15 мкм, в то время
как частицы до 2—2,5 мкм только здесь и отлагаются, поскольку они
практически не успевают осесть в вышележащих областях.
Инерционный механизм отложения действителен только для частиц с
достаточно большой массой и при этом требует достаточно высокой ск о­
рости воздушного потока перед изменением его направления. Поэтому вклад
этого механизма в трахеобронхиальное отложение невелик, а в пульмональ­
ное _ ничтожен, но он существен для назофарингеальной области, где бла­
годаря импакции отлагаются наиболее крупные пылевые частицы. Вместе с
тем в этой области существенную роль играет и диффузионный механизм
отложения мельчайших частиц, по-ввдимому, в связи с тем, что турбулент­
ность потока воздуха в носовых ходах, глотке и гортани повышает вероят­
ность приближения пылевых частиц к слизистой оболочке на такое рассто­
яние, которое делает возможным их удар о слизистую оболочку в результате
броуновского движения. Обычно принимается, что ниже верхней части
трахеи воздушный поток ламинарен, однако в пульмональной области р ас­
стояние даже от оси потока до поверхности слизистой оболочки настолько
мало, что вероятность диффузионного отложения вновь возрастает. Естест­
венно, что как в назофарингеальной, так и в пульмональной области этот
механизм обусловливает отложение только тех мельчайших частиц, которые
способны к броуновскому движению. Большинством исследователей при­
нимается, что как общее, так и альвеолярное отложение, достигнув мини­
мума при АД приблизительно 0,2—0,4 мкм (в силу закономерностей седи­
ментации), с дальнейшим уменьшением диаметра частиц резко возрастает
за счет диффузионного механизма. Этот теоретический прогноз закладыва­
ется во все математические модели отложения аэрозолей, однако он недо­
статочно подтвержден экспериментальными данными.
Математические модели отложения аэрозолей при дыхании предлагались
многими авторами, однако до сих пор задача не решена. Некоторые модели
строятся эмпирически, т.е. представляют собой математическую функцию,
аппроксимирующую набор конкретных экспериментальных данных, полу­
ченных в опытах на добровольцах. Примером подобной модели может
служить уравнение для расчета так называемого фактора отложения (Х м):
XM = f l g ^ - 1 , 4 3 | . | g
24 /Q /Q 0
2
У
3^9 .“ ^ иаметР частицы (от 0,5 до 8 мкм), р — ее плотность (от 0,91 до
’ г/см ), Q — средняя объемная скорость дыхания, t — длительность дыельного п°луцикла (при Q0 = 1 мл/с, р0 = 1 г/см3, d0 =1 мкм, t0 = 1 с).
5-~inc^ значении Х м от —1,0 до 0 суммарное отложение составляет всего
%, но с увеличением Х м от 0 до приблизительно 3,0 нарастает до
90—95 %, причем уже при Х м > 2,5 появляется тенденция к выходу отло­
жения на “ плато” . Заслуживает внимания то, что модель учитывает не
только размер и плотность частицы, но и физиологические параметры ды­
хания.
В той или иной форме характеристики дыхания принимаются во вни­
мание и рассматриваемыми ниже теоретическими моделями, которые обыч­
но прогнозируют снижение степени отложения с повышением частоты
дыхания и повышение степени отложения с увеличением дыхательного
объема. Однако при реальной физической работе легочная вентиляция до
определенного предела возрастает за счет примерно равного вклада обоих
названных факторов, а при особ о тяжелых нагрузках дальнейшее ее увели­
чение достигается только благодаря увеличению дыхательного объема. При
заданном режиме дыхания, соответствующем именно такой тяжелой работе,
в эксперименте на добровольцах показано увеличение степени суммарного
отложения частиц по сравнению с произвольным спокойным дыханием.
Отложение в пульмональной области, по-видимому, более всего зависит от
длительности вдоха [73]. Необходимо, однако, не упускать из виду, что речь
идет о той или иной зависимости от характеристики дыхания не абсолют­
ного, а относительного отложения (т.е. доли частиц, отлагающейся в дыха­
тельных путях). Между тем в любом случае физическая работа связана с
повышением минутного объема дыхания, т.е. количества ингалированной,
а следовательно, и отложившейся пыли.
Возвращаясь к проблеме математического моделирования отложения,
перейдем ко второму классу моделей, которые строились на основе матема­
тического описания основных физических механизмов отложения и той или
иной геометрической модели респираторного тракта, причем эксперимен­
тальные данные на добровольцах использовались не столько для подбора
параметров таких моделей, сколько для проверки основанного на них про­
гноза. В 1966 г. несколько ранее предложенных моделей подобного рода
были обобщены специальной Рабочей группой по легочной динамике Меж­
дународного комитета радиационной защиты (М К РЗ) первоначально для
внутренней дозиметрии радиоактивных аэрозолей [31]. Вскоре эта модель
М К РЗ начала ш ироко использоваться и для решения разнообразных задач,
связанных с прогнозированием опасности фиброгенных и токсических аэро­
золей.
Н а рис. 2.18 показан пример основанного на этой модели прогноза
регионального отложения частиц разного АД при заданных характеристиках
дыхания. Однако более поздние исследования поставили под сомнение
некоторые параметры модели М К РЗ, хотя лишь в редких случаях подвергали
ревизии ее теоретические основы. Так, судя по модели М К Р З (см. рис. 2.18)
в доверительные границы пульмонального отложения попадает заметная
доля частиц и значительно большего диаметра чем 15 мкм, отложение
которых в этой области не подтверждается упоминавшимися выше экспе­
риментальными данными. Судя по тем же данным, модель М К Р З несколько
переоценивает и трахеобронхиальное отложение частиц с АД 1—2 мкм [73].
Показано было также [40], что частицы с АД 0,5— 1,0 мкм отлагаются всего
на 10— 15 %, т.е. гораздо менее эффективно, чем прогнозирует модель
М К РЗ, причем в указанном диапазоне не обнаруживается зависимости
отложения от величины АД. П о данным [38], модель М К Р З резко переоце­
нивает отложение частиц с АД менее 0,5 мкм и более 7 мкм. Имеются
данные, что суммарное отложение частиц с АД 0,08 мкм равно всего 9 %
при дыхании ртом и 18 % при дыхании носом, что косвенно подтверждает
Рис. 2.18. График регионального
отложения частиц в респира­
торном тракте человека при 15
дыханиях в минуту с дыхатель­
ным объемом 1450 мл, прогнози­
руемого на основе модели МКРЗ
[Brain J.D., 1974].
По оси абсцисс — АД (в мкм); по
оси ординат-доля отложившихся
частиц (в %), в назофарингеальной
(N-Ph), трахеобронхиальной (Т-В) и
пульмональной (Р) областях.
роль броуновского движения в назофарингеальном отложении, однако в
целом этот результат намного ниже прогнозируемого той же моделью. Вмес­
те с тем для более крупных частиц некоторыми исследователями получались
достаточно хорош о согласующиеся с нею данные [45].
Возможно, ч т о расхождения между прогнозируемым и наблюдаемым о т ­
ложением хот я бы от ч аст и объясняются тем , что ни модель М К РЗ, ни
какие-либо другие модели суммарного и регионального отложения аэрозолей не
принимают в расч ет электростатический механизм. Как известно, большая
или меньшая, но почти всегда преобладающая доля витающих пылевых
частиц несет электрический заряд, возникающий либо в результате трения
при дезинтеграции пылеобразующего материала, либо при сорбции на этих
частицах легких аэроионов. Соотношение между частицами с зарядом раз­
ного знака обычно близко к симметричному; величина заряда варьирует от
нескольких до десятков и даже сотен элементарных зарядов и пропорцио­
нальна величине частицы. Еще в 1948 г. И.И.Лифш иц и соавт. отметили,
что электрозаряженные частицы маршалитовой и алюминиевой пылей об ­
ладают в несколько раз более высокой способностью отлагаться в легких
человека по сравнению с электронейтральными. Математическое описание
электростатического отложения, предложенное Н.А.Фуксом [21], было позд­
нее подтверждено тщательно проведенными экспериментами с монодисперсными аэрозолями заданного АД, униполярно заряженными пропуска­
нием через коронирующий разряд [67]. В частности, показано, что имеет
значение не знак, а лишь величина заряда частицы.
Особые сложности возникают при прогнозировании отложения гигро­
скопичных частиц, способных к увеличению диаметра по мере прохождения
респираторного тракта и насыщения воздуха водяными парами, за счет чего
существенно увеличивается их суммарное и изменяется региональное отло­
жение.
Все модели отложения гомогенны, т.е. рассматривают как аэродинами­
чески эквивалентные дыхательные пути одного порядка независимо от их
расположения по вертикальной оси. Вместе с тем анализ, учитывающий
неравномерность вентиляции разных отделов легких, указывает на то, что
65
наибольшая часть отложения ингалируемых частиц приходится на базаль­
ные, наименьшая — на апикальные отделы легких, причем эта неравномер­
ность уменьшается с увеличением дыхательного объема [70].
Как бы ни уточнялись математические модели отложения частиц в
легких, они в состоянии дать лишь усредненную его оценку и сами по себе
недостаточны для индивидуального прогнозирования опасности аэрозоль­
ной экспозиции, поскольку существует широкая межиндивидуальная вари­
абельность отложения. Укажем лишь на два подобных исследования. G.Tarroni и соавт. [76] показали, что суммарное отложение негигроскопичных
сферических частиц плотностью 1 г/см' и диаметром 0,3 мкм варьирует у
разных здоровых испытуемых от 8,7 до 21,4 %; у них же широка межинди­
видуальная вариабельность отложения частиц диаметром 0,6 мкм, причем
для этих частиц найдена корреляция отложения с резервным объемом вы­
доха. П о данным [72], для разных аэрозолей и разных режимов дыхания
степень межиндивидуальной вариабельности отложения различна, но всегда
достаточно велика; коэффициент вариации от 14,3 до 60 % для альвеоляр­
ного отложения и примерно в тех же пределах для трахеобронхиального и
назофарингеального. Возможно, что эта вариабельность связана с индиви­
дуальными особенностями геометрии дыхательных путей.
Наряду с этим показано, что суммарное отложение в легких частиц
диаметром 1,0 мкм усиливается с нарастанием патологии обструктивного
типа и даже у бессимптомных курильщиков выше, чем у некурящих здоро­
вых испытуемых [57]. Это объясняется повышением эффективности седиментационного отложения в связи с уменьшением диаметра мелких и мель­
чайших бронхов и замедлением тока воздуха. Наконец, важно отметить, что
при математическом моделировании отложения тонкодисперсных аэрозолей
с учетом возрастных морфометрических и функциональных особенностей
респираторного тракта прогнозируется более высокая степень отложения у
детей, особенно при расчете дозы отложившихся частиц на единицу поверх­
ности дыхательных путей, причем во всех областях (за исключением альве­
олярного отложения у новорожденных) [83].
При экстраполяции на человека данных экспериментального моделиро­
вания аэрозольных интоксикаций у животных (в том числе при использо­
вании этих данных для гигиенической регламентации) редко уделяется
должное внимание вопросу о межвидовых различиях отложения ингалиру­
емых частиц. Между тем если межвидовые различия “ ингалябильности”, как
было отмечено выше, практически не изучены, то межвидовые различия
отложения несомненны. Согласно теоретическим соображениям и согласу­
ющимися с ними экспериментальными данными, полученными на мышах,
крысах, хомячках, кроликах и собаках, он о в целом пропорционально ве­
личине легочной вентиляции в расчете на единицу массы тела [64]. Экстра­
полируя эту зависимость, можно заключить, что у человека отложение
частиц относительно ниже, чем у мелких лабораторных животных. Иными
словами, при равных концентрациях частиц в ингалированном воздухе дозовая нагрузка на легкие подопытной крысы заведомо выше, чем на легкие
человека. Однако задача экстраполяции, как будет показано далее, значи­
тельно усложняется тем, что у этих видов существенно различны также
кинетические параметры элиминации, а следовательно, и задержки частиИ
в легких, которые у мелких животных (особенно у крыс) с а м о о ч и щ а ю т с я
значительно быстрее.
Задержка отложившихся частиц. Частицы хорош о растворимых веществ
либо превращаются в капельки соответствующих растворов еще в насышеН'
66
водяными парами воздухе дыхательных путей, либо растворяются вскоН° М осле отложения в них. Для таких частиц резорбция в кровь и отчасти
Ре п мф у является основным механизмом элиминации из респираторных
В ЛИнов но одновременно и механизмом пульмонотоксического, а также
токсического действия. Однако, как уже подчеркивалось выше, для
к ь ш о г о класса аэрозолей весьма существенное значение имеет длительная
яержка пыли в легочной ткани частиц, характеризующихся крайне низкой
створимостью, основные механизмы элиминации которых подчиняются
рЭ физическим, а физиологическим закономерностям, хотя и для таких
частиц вклад растворения в кинетику легочного клиренса не всегда может
быть сброшен со счетов.
Даже для практически нерастворимой минеральной пыли сопоставление
той ее массы, которая обнаруживается посмертно в легких человека после
многолетней профессиональной экспозиции, с расчетным отложением за
тот же период, свидетельствует о том, что 98—99 % отложившейся пыли по
массе были элиминированы [49]. Это хорош о согласуется с прогнозом,
основанным на математических моделях отложения и клиренса, согласно
которому к концу 25-летнего периода работы в пыльной атмосфере в легких
должно остаться лишь 1,5 % всей той массы пыли, которая вошла в них за
весь этот период [45]. Все подобные оценки свидетельствуют о высокой
эффективности физиологических механизмов клиренса. Наряду с этим про­
водились и эксперименты на добровольцах, ингалировавших меченые монодисперсные тест-аэрозол и, с последующей регистрацией внешнего гаммаизлучения грудной клетки, которые дают непосредственную оценку инди­
видуальной эффективности легочного клиренса за то или иное (обычно не
превышающее несколько дней) время после разовой экспозиции. П о дан­
ным этих экспериментов, задержка частиц к концу фиксированного отрезка
времени является весьма стабильной характеристикой каждого испытуемого,
но у разных лиц различается до 2—5 раз [26].
Эксперименты на добровольцах и животных свидетельствуют о том, что
раньше и полнее всего выводятся более крупные частицы. Наиболее просто
это объясняется тем, что чем больше АД частицы, тем на более высоком
уровне дыхательных путей находится максимум ее отложения, а следова­
тельно, тем короче путь ее транспорта из респираторного тракта в глотку.
Не следует забывать, однако, что при последующем прохождении через ЖК.Т
частицы могут оказаться более растворимыми в кислом или щелочном
содержимом, и таким образом, не столько накопление подобного материала
в легочной ткани, сколько процесс ее самоочищения оказывается основным
токсикокинетическим механизмом, обусловливающим резорбцию и разви­
тие хронической интоксикации. К тому же на эту фракцию аэрозоля при­
ходится основная часть его массы.
О
существенных межвидовых различиях свидетельствуют многие данные:
например, в одном эксперименте период полувыведения частиц 59Fe из
альвеолярной области был найден равным 16 дням у кошки, 28 дням у
крысы, 280 дням у обезьяны и 300 дням у человека [62]. П о данным [75],
самоочищение легких от ингалированных частиц дизельного выхлопа у крыс
значительно эффективнее, чем у морских свинок, причем только у последих заметно снижение накопленной массы этих частиц за время длительного
п°стэкспозиционного пер Иода.
Отличительной особен н ост ью кинетики сам оочи щ ен и я легких, реги­
стрируемой в вышеописанных экспериментах на людях и животных, являся то, что ее не удается описать одной экспоненциальной функцией, н о
67
кривая элиминации частиц обычно легко разлагается как минимум на две
такие функции вида
У = х0 e-kt,
где х0 — количество вещества, первично отложившегося при разовой инга­
ляционной экспозиции, a t — прошедшее после нее время.
Значения константы скорости элиминации к для каждой функции су­
щественно различны, и поэтому в течение какого-то времени кинетика
самоочищения практически определяется тем процессом, который характе­
ризуется наибольшим значением к, а потом резко замедляется. Первая, так
называемая быстрая фаза клиренса связывается преимущественно с элими­
нацией частиц, первично отложившихся в трахеобронхиальной области,
“медленная ф аза” — с элиминацией частиц из пульмональной области. Пе­
риод полувыведения Ti^ зависит от величины и других особенностей частиц,
но если для первой фазы он может измеряться часами, то для второй —
днями и неделями. Вместе с тем при более длительных постэкспозиционных
наблюдениях обнаруживается и третья, еще более медленная фаза, для
которой Ti^ измеряется многими месяцами, а то и годами. Если кинетика
второй фазы определяется элиминацией частиц преимущественно со сво­
бодной поверхности легочного ацинуса (морфологической единицы, при­
мерно соответствующей понятию “пульмональная область”), то третью, еще
более замедленную фазу связывают с выведением из легких тех частиц,
которые проникли в интерстициальную ткань или иным образом оказались
“фиксированными” в легких [35].
Необходимо подчеркнуть, что самоочищение всех областей респираторного
т р а к т а начинается одновременно и протекает параллельно. Тем не менее за
первой фазой утвердилось условное наименование “трахеобронхиальный”,
а за второй — “ пульмональный” , или “альвеолярный” , клиренс.
Трахеобронхиальный клиренс. Клиренс частиц, первично отложившихся в
трахеобронхиальной области либо попавших в нее в результате перемещения
из пульмональной, осуществляется вместе с транспортом слизи, побуждае­
мым мерцательной активностью клеток реснитчатого эпителия. Таков же
основной механизм самоочищения назофарингеальной области. Нередко
поэтому говорят о “ мукоцилиарном клиренсе” или “мукоцилиарном эска­
латоре” . Слизь движется дискретными порциями в виде капелек диаметром
0,5— 10 мкм или более крупных “бляшек” , образовавшихся в результате их
слияния. Участки однонаправленного и одновременного биения ресничек
охватывают от нескольких до нескольких сотен рядом расположенных кле­
ток. Между отдельными такими участками нет ни синхронизации, ни даже
строгой однонаправленности биения, но тем не менее ими обеспечивается
общее краниальное направление мерцательной активности в бронхах, трахее
и гортани и общее каудальное направление — в носовых ходах. Скорость
перемещения слизи постепенно нарастает и, по некоторым оценкам, в
трахее она в 20—40 раз выше, чем в терминальных бронхиолах. Надежные
результаты непосредственного измерения этой скорости имеются только для
трахеи. Например, у крыс она равна 7,4±2,6 мм/мин, у собак — от 4,1 Д°
15,6 мм/мин, у некурящих испытуемых — 18,5±6,0 мм/мин [71]. Учитывая
значительно более существенные различия линейных размеров респиратор­
ного тракта, легко увидеть, что, несмотря на меньшую скорость мукоцили­
арного транспорта у мелких животных по сравнению с человеком, он обес­
печивает более быстрое самоочищение трахеобронхиальной области.
При неадекватности мукоцилиарного транспорта величине пылевой на­
грузки на назофарингеальную и трахеобронхиальную области дополнитель68
удаление слизи и отложившихся на ней частиц обеспечивается соответное Jjho чиханьем и кашлем (или сморканием и отхаркиванием мокроты),
однако количественный вклад этих рефлекторных и поведенческих реакций
с в о б о ж д е н и е органов дыхания от пыли пока не оценен.
В ° П у л ь м о н а л ь н ы й клиренс. С позиций количественного прогнозирования
з м о ж н о с т и образования того токсикокинетического “депо” , каким являВ ся масса малорастворимых аэрозольных частиц, накопившихся в легких,
м ехан изм ы самоочищения так называемой пульмональной области пред­
ставляю т наибольший интерес, поскольку именно в ней происходит наибо­
лее дл ительная задержка неэлиминированных частиц. Кроме того, именно
эта масса обусловливает интенсивность развития наиболее характерных
местны х патологических реакций хронического типа.
Хотя эти механизмы выяснены далеко не полностью, что объясняется
практической невозможностью непосредственного наблюдения за процес­
сом однако ряд взаимно согласующихся косвенных аргументов позволяет
составить о нем достаточно обоснованное представление. Несомненно, что
частицы, отложившиеся на свободной поверхности легочного ацинуса, в
норме довольно быстро начинают переноситься в зону действия мукоцили­
арного эскалатора, начинающуюся выше границы между средней и верхней
третями терминальной бронхиолы, причем попадают сюда как свободно
лежащие пылинки, так и содержащие их фагоциты. Именно причины этого
переноса остаются предметом догадок и косвенных умозаключений. Так,
предполагается, что дыхательные экскурсии альвеол обусловливают своего
рода “прибойное движение” жидкой выстилки, содержащей особый поверх­
ностно-активный фосфолипид (легочный сурфактант), который выносит
частицы и клетки к устью ацинуса подобно тому, как морской прибой
выносит на берег плавающий в воде мусор. П о мнению ряда авторов, играет
роль также присасывание этой жидкости на границе с о слизью благодаря
продвижению последней под действием дистальных реснитчатых клеток.
Частицы, не выведенные из альвеолярной области по ее свободной
поверхности с помощью рассмотренных или иных физических механизмов,
оказываются в состоянии проникнуть (пенетрировать) через альвеолярную
стенку в тканевую жидкость подлежащей интерстициальной ткани, т.е. в
зону лимфатического дренажа легких. По-видимому, короткие лимфатичес­
кие пути, открывающиеся устьями в бронхиолах, либо особые так называе­
мые жидкостные вены в альвеолярной стенке приводят значительную часть
этой пенетрировавшей пыли опять-таки в зону действия мукоцилиарного
транспорта, по мнению одних авторов, преимущественно в свободном, по
мнению других, также в фагоцитированном состоянии. Надо сказать, что
ни силы, заставляющие частицу пенетрировать, ни пути, по которым эта
пенетрация происходит, не выяснены. Неясно, является она результатом
эндоцитоза частиц клетками альвеолярного эпителия либо связана с их
проникновением в межклеточные поры Кона.
Какая-то часть пенетрировавших частиц неизбежно остается в ткани
ежальвеолярных перегородок или переносится по длинным лимфатичесим путям в периваскулярную и перибронхиальную ткань, под плевру, во
УТрилегочные лимфоидные образования, во внелегочные (региональные
отдаленные) лимфатические узлы, а с дальнейшим лимфотоком — и в
Р°вь, причем на всех этапах движения частицы накапливаются в том или
ом количестве и могут быть фагоцитированы. Поэтому именно пенетраопга частиц создает основную предпосылку к длительной задержке их в
Изме, прежде всего в легких и лимфатических узлах. Способны ли к
69
этой пенетрации и дальнейшей транслокации только свободные (т.е. не
успевшие фагоцитироваться либо вновь освободившиеся после распада кониофага) пылевые частицы? Мнения исследователей по этому поводу до сих
пор противоречивы, однако косвенные аргументы в совокупности указыва­
ют на преимущественную роль свободных частиц. Х о р о ш о известно, например, что чем цитотоксичнее пыль, т.е. чем интенсивнее вызываемый ее
частицами распад макрофага, тем больше ее обнаруживается в региональных
лимфатических узлах, а это накопление, как ясно из сказанного выше
служит своего рода маркером пенетрации частиц в альвеолах. Напротив'
защита макрофага от цитотоксического повреждения пылью, например поливинилпиридин-Ы-оксидом или глутаминатом натрия, приводит к сниже­
нию задержки цитотоксичной кварцевой пыли в лимфатических узлах всегда
в еще большей степени, чем снижает задержку ее в легких.
С этих позиций роль фагоцитоза частиц на свободной поверхности
ацинуса в пульмональном клиренсе пыли легче всего может быть объяснена
именно тем, что для поглощенных частиц исчезает или во всяком случае
сводится к минимуму возможность пенетрации, а следовательно — стойкой
задержки, и тем самым повышается вероятность пассивного перемещения
их в как бы “упакованном” клеткой состоянии по свободной поверхности
в сторону трахеобронхиальной области легких. Следует учесть, что при очень
большом выходе фагоцитов создается опасность задержки этого перемеще­
ния в устье ацинуса, которое имеет значительно меньшую площадь, чем вся
дренируемая им поверхность. Таким образом, избыточная мобилизация фа­
гоцитирующих клеток может из механизма клиренса пыли превратиться в
дополнительный механизм ее задержки. Риск подобного неблагоприятного
варианта особенно велик при воздействии высокоцитотоксичных пылей,
которые в силу причин, рассматриваемых далее, вызывают особ о активную
мобилизацию кониофагов.
Вместе с тем о важном значении фагоцитоза в самоочищении свидетель­
ствуют данные о снижении задержки пыли в легких при повышении резис­
тентности альвеолярных макрофагов к повреждению и распаду. Однако в
подобных случаях организм обеспечивает эффективное самоочищение легких
не только без увеличения, но даже при снижении числа участвующих в нем
клеток. Это важное обстоятельство является одним из фактов, свидетельству­
ющих о наличии регуляторного процесса, связывающего мобилизацию фа­
гоцитирующих пыль клеток с интенсивностью их повреждения этой пылью.
Реакция альвеолярного фагоцитоза. Поглощение пылевых частиц, отло­
жившихся из воздуха на поверхности альвеол, выстланной жидкостью и
легочным сурфактантом, осуществляется лежащими в этой выстилке много­
численными свободными фагоцитоспособными клетками. При дыханий
фильтрованным воздухом у животных эта клеточная популяция на 98—99 %
состоит из макрофагов с небольшой примесью лимфоцитов и п ол им орф н о­
ядерных лейкоцитов. В обычных условиях содержания и особенно при
наличии обычных для лабораторных крыс воспалительных явлений в легких
доля полинуклеаров — особенно за счет нейтрофильных лейкоцитов (HJI) —
заметно возрастает; присутствуют они в составе популяции свободных аль­
веолярных клеток и у людей, особенно у курильщиков. Так называемые
альвеолярные макрофаги (AM ) относятся, подобно макрофагам других ор­
ганов и моноцитам крови, к системе фагоцитирующих мононуклеаров
( С Ф М ) и подобно всем клеткам С Ф М имеют костномозговое происхожде­
ние. Однако наряду с транспортом этих клеток из костного мозга с кровью
(в форме моноцита) в некоторых органах существует местный самоподдер"
70
тшийся пул макрофагов-резидентов, который позволяет организму наиЖИВр оперативно и без лишней системной реакции кроветворения восполб°
местный расход макрофагов и отвечать на умеренные локальные по-
НЯ1£ ости в повышении их числа. В частности, экспериментами D.H.Bow7 ( 1 4 1 убедительно показано, что подобным источником A M служит пул
еоСХИциальных легочных макрофагов (нередко обозначаемых как гистийНТ ы) Вместе с тем наряду с таким местным источником мобилизации
ОЦЙпоФагов на свободную поверхность альвеолярной области популяция
МЗЫ5одных A M может пополняться также за счет прямой мобилизации
моноцитов из крови, а отчасти и благодаря сохранившейся способности AM
к делению [35].
Поскольку макрофаги интерстициального легочного пула безусловно
Фагоцитируют часть пылинок, пенетрировавших в интерстициум в свобод­
ном состоянии, они так же, как и A M , могут подвергаться более или менее
выраженному повреждающему действию поглощенных частиц вплоть до
потери жизнеспособности и разрушения. Однако те интерстициальные мак­
рофаги, которые при некоторой пылевой нагрузке все еще сохранили ак­
тивную подвижность, могут вынести эту пыль из интерстициума на свобод­
ную поверхность пульмональной области при их мобилизации в качестве
AM. Этот механизм является наиболее вероятной причиной того, что после
прекращения пылевых экспозиций в легких у животных сравнительно бы­
стро снижается задержанная масса пыли, а на фоне продолжающихся экс­
позиций — причиной упоминавшегося выше постепенного достижения
“плато” задержки [53].
Основным методом количественного изучения свободной клеточной по­
пуляции респираторного тракта являются подсчет и цитологическая харак­
теристика клеток в осадке промывной жидкости — так называемого брон­
хоальвеолярного лаважа (БАЛ). Отмечаемая при этом усиленная мобилиза­
ция клеток в ответ на отложение аэрозольных частиц часто именуется
“реакцией альвеолярного фагоцитоза” (РАФ ). Резкое увеличение числа AM
в БАЛ после пылевого воздействия с последующим постепенным возвраще­
нием к исходному уровню, происходящим параллельно пульмональному
клиренсу, отмечено уже давно, что послужило важным аргументом в пользу
гипотезы о ключевой роли РА Ф в качестве механизма этого клиренса.
Увеличение числа A M в БАЛ зависит не столько от массы, сколько от числа
введенных пылевых частиц, и при равной дозе по массе тем выше, чем
меньше диаметр частиц [34, 36]. Если учесть, что вероятность встречи AM
с отложившейся в альвеолярной области частицей не зависит от массы
последней, то такое приспособление реакции именно к числу частиц био­
логически целесообразно. Следует отметить лишь, что на число A M влияют
Два противонаправленных процесса: не только мобилизация новых клеток,
но и разрушение части A M . В зависимости от дозы пыли, интенсивности
ее повреждающего действия и времени, прошедшего после отложения частиц, соотношение между этими влияниями может быть различным. Поэто­
му, хотя безусловно доказано, что чем цитотоксичнее пыль и чем выше ее
Доза, тем больше мобилизуется A M , однако при определенных дозах высо­
коцитотоксичных пылей нередко улавливается начальная фаза снижения
числа AM в БАЛ.
Вместе с тем при любом пылевом воздействии всегда еще более резко
повышается число НЛ в БАЛ, причем возрастает численное соотношение
между НЛ и A M [51, 55]. Такая усиленная мобилизация НЛ тем более
Сражена, чем цитотоксичнее пыль. Она зависит и от дозы пыли, нарастая
71
с ее увеличением не ступенчато, как мобилизация A M , а непрерывно, что
по-видимому, соответствует единственному источнику мобилизации HJI в
легкие (из циркулирующих НЛ крови). При одном и том же пылевом
воздействии мобилизация НЛ тем менее выражена, чем выше групповая или
индивидуальная резистентность A M к цитотоксическому действию.
Связь между количеством и соотношением клеток БАЛ, с одной сторо­
ны, и интенсивностью повреждения макрофагов — с другой, навела на
мысль, что продукты разрушения макрофага (П Р М ) могут играть роль
естественного регулятора РА Ф , которая и адаптируется к указанному по­
вреждению в соответствии с количеством образующихся П РМ . Эта гипотеза
придает особую роль компенсаторного механизма именно мобилизации НЛ,
которая таким образом рассматривается как важный вспомогательный ме­
ханизм альвеолярного клиренса. И, действительно, несмотря на то, что
единичный НЛ поглощает в среднем значительно меньше пылевых частиц,
чем может поглотить единичный A M , за счет резко возросшего числа НЛ
суммарное число фагоцитированных пылинок в обоих клеточных пулах
может оказаться вполне соизмеримым. Это в особенности справедливо для
высокоцитотоксичных пылевых частиц, которые не могут оказаться в боль­
шом числе и внутри единичного A M , поскольку верхний предел этого числа
ограничивается повреждением и гибелью клетки. Ограниченная же фагоци­
тарная активность единичного НЛ как бы предохраняет его от цитотоксического повреждения. Перенос части пылевой нагрузки на пул НЛ (наряду
с увеличением числа A M ) снижает вероятность “ перегрузки” единичного
A M и тем самым — вероятность его гибели, т.е. в конечном счете способ­
ствует повышению эффективности клиренса.
Очевидно, ограничению той “жадности” , с которой A M фагоцитируют
высокоцитотоксичные частицы, в определенной мере способствует и то, что
резкое возрастание общего числа A M при отложении в легких таких частиц
происходит не только благодаря миграции зрелых клеток из легочного
интерстициального пула макрофагов, но и за счет тех клеток, которые еще
не полностью адаптировались к условиям функционирования на свободной
поверхности альвеол, а также за счет моноцитов крови. Эффективный
клиренс, с одной стороны, требует такого ограничения (во всяком случае,
когда речь идет о цитотоксичной пыли), а с другой — невозможен без
фагоцитирования частиц, переводящего их из свободного, т.е. создающего
условия для пенетрации, во внутриклеточное положение. П о д д е р ж а н и е
близкого к оптимуму соотношения между этими противонаправленными
запросами выступает в качестве одной из задач адаптации ф а г о ц и т а р н о г о
механизма клиренса к степени цитотоксичности пыли.
Роль П Р М в адаптации РА Ф к количеству и степени агрессивности
отложившихся пылевых частиц, а также соотношение такой ауторегул яц и и
клеточных механизмов пульмонального клиренса с нейрогуморальной регу­
ляцией детально рассмотрены Б.А.Кацнельсоном и соавт. [8].
М атематическое моделирование процессов клиренса и задержки. Модель
кинетики аэрозолей в респираторном тракте, предложенная Рабочей груП'
пой М К РЗ наряду с уже рассматривавшимся нами математическим прогно^
зом отложения частиц в разных областях, дает также прогноз их дальнейшей
судьбы, т.е. элиминации и задержки. Было принято, что из всех трех облас­
тей (т.е. назофарингеальной, трахеобронхиальной и пульмональной) воз­
можны как всасывание растворяющегося вещества в кровь, так и транслокация в ЖКТ, а из пульмональной области также в лимфатическую систему
(откуда они тоже могут попасть в кровь или же резорбироваться в результате
72
пенного растворения). Для этой же области в отличие от двух других
П° СТль описывает два потока частиц в ЖКТ: относительно быстрый и
М° Досительно медленный. Все эти потоки характеризуются, во-первых, оп° р л е н н ы м значением периода полувыведения (Ti^), а во-вторых, — фикР ованной оценкой той доли отложившегося вещества, которая выводится
° ИРнно данным потоком. При этом, учитывая в основном растворимость
ИМмества все возможные аэрозоли были разделены на классы D (от days —
Вни) w ’ ( ot weeks — недели) и Y (от years — годы), характеризующиеся
зными скоростями клиренса, а также разными величинами задержки.
Например, для класса Y параметры модели таковы. Назофарингеальный
“ пенс таких аэрозолей характеризуется величиной 1\Л = 4 мин, причем
поток в ЖКТ составляет 99 %, а в кровь — 1 %. Для трахеобронхиального
клиренса Т и = Ю мин при том же соотношении между потоками. Быстрый
поток в ЖКТ из пульмональной области составляет 40 % клиренса и осу­
ществляется с Ъ Л - 24 ч; остальные потоки из нее имеют Т и = 360 дней,
причем на медленный поток в ЖКТ приходится также 40 %, на поток в
кровь — 5 % и в лимфу — 15 %.
Не следует, однако, упускать из виду не только крайне ориентировочныи
характер этих оценок, но и то, что базировались они скорее на отсутствии
конкретных экспериментальных данных, чем на их обобщении. Весьма
сомнительны и теоретические основания, например, для допущения одной
и той же скорости для резорбции вещества в кровь, контролируемой его
растворимостью, для пенетрации в лимфоток, зависящей прежде всего от
цитотоксичности частиц, и для транспорта в Ж К Т , осуществляемого рядом
сопряженных физиологических механизмов. Нет оснований и для предпо­
ложения о постоянстве соотношения между потоками. Наоборот, как уже
упоминалось, сегодня совершенно несомненно, что поток в лимфатическую
систему может быть больше или меньше в зависимости от цитотоксичности
частиц; что аэрозоли аморфного диоксида кремния, хотя и относятся к тому
же классу, что и кварцевая пыль, задерживаются в пульмональной области
меньше в силу того, что их растворимость (а следовательно, способность
всасываться в кровь) хотя и очень мала в обоих случаях, но все же сущест­
венно различна. Отметим также, что принятая моделью неизокинетичность
вещества, отложившегося в любой описываемой ею области респираторного
тракта, и доступность определенного элиминационного потока из этой об­
ласти только для строго фиксированной части этого вещества означают, что
с позиций частевого моделирования хемобиокинетических процессов каж­
дая область должна была бы быть описана как система, состоящая более
чем из одной части. В частности, наиболее интересующая нас кинетика
задержки пыли в пульмональной области требовала бы для своего описания
4-частевой модели, если согласиться с четырьмя элиминационными пото­
ками из нее, принятыми авторами модели М К Р З . Однако в этой модели
связи между такими частями отсутствуют и ее прямой перевод на язык
частевого моделирования неосуществим. Не описывая внутренних связей
процесса, она не дает возможности моделировать основные физиологичес­
кие закономерности его и тем самым прогнозировать кинетические эффекты
тех факторов, которые влияют на различные его механизмы и звенья и могут
существенно изменить его эффективность.
Сама по себе неизокинетичность частиц, выводимых из пульмональной
ласти, соответствует и теоретическим предпосылкам, и эксперименталь­
ном данным. Наиболее явна неодинаковая скорость выведения в сторону
мУкоцилиарного эскалатора, т.е. в конечном счете в Ж К Т тех частиц,
73
I--------------- 1
Рис. 2.19. Схема 7-частевой модели кинетики задержки практически нерастворимых
частиц в легких и региональных лимфатических узлах [Katsnelson В.А., 1992; 1994].
которые с помощью тех или иных механизмов переносятся в этом направ­
лении со свободной поверхности альвеол, и тех, которые уже успели фик­
сироваться в интерстициальной легочной ткани. Так, в экспериментах на
людях M.R.Bailey и соавт. [30] отметили, что кинетика самоочищения пуль­
мональной области от нерастворимых частиц с АД 1 мкм описывается
двухэкспоненциальной функцией с Ti^ порядка десятков дней для “быстро­
го” и порядка сотен дней для “ медленного” компонента. J.D.Brain [35]
полагает, что “ как только частицы покидают поверхность альвеолы и пенетрируют под эпителиальный барьер, их удаление замедляется” и дает для
человека следующие оценки Ti^ самоочищения пульмональной области: от
дней до месяцев для непенетрировавших и до тысячи дней — для пенетрировавших частиц (см. рис. 2.18).
Т.J.Smith [71] предложил многочастевую модель пульмонального клирен­
са и задержки, в которой как свободная поверхность альвеол, так и интер­
стициальная ткань описываются несколькими частями (например, “свобод­
ные частицы” , “частицы в макрофагах” двух гипотетических классов, “вре­
менные” и “ инкапсулированные” частицы интерстициальной ткани). К со­
жалению, многие допущения этой модели являются чисто умозрительными
и не учитывают реальных путей и механизмов пульмонального клиренса и
задержки (в том числе роли Н Л ), а некоторые основанные на ней прогнозы
не соответствуют имеющимся эпидемиологическим данным. Нами была
предложена семичастевая модель, основанная на развитых в этой главе
представлениях (рис. 2.19).
Xi обозначает количество частиц в каждой части, Kij — константу ско­
рости переноса частиц из части j в часть i (k700 — в ЖКТ), w — постоянную
отложения частиц в пульмональной области из воздуха. Модель позволила
имитировать сдвиги, происходящие в результате “ поломки” макрофагально74
ханизма и нейтрофильной компенсации, а также различия кинетики
Г° МС связанные с защитой макрофагов от повреждения действием глута-
пь1ЛИ1а натрия [53]. С помощью этой же модели, вводя в ее константы
мина
изменения, которые соответствуют различиям пылей по степени
Т°ЛЬтоксичности, удалось хорош о имитировать экспериментальные данные
ЦИТкинетике накопления в легких и лимфатических узлах не только той
по
итной пыли, для которой эти константы были первоначально найдены,
КВ и значительно менее склонной к такому накоплению малоцитотоксичной
н°
диоксида титана, а также значительно более к нему склонного высоп итотоксичного кварца DQ12 [9, 54]. Тем самым находят подтверждение
те основные теоретические положения, на которые эта модель опирается:
способность только свободных частиц к пенетрации в интерстициум и к
переносу в лимфатические узлы, вспомогательная роль нейтрофильного
фагоцитоза, наличие обратного потока пыли макрофагами, мобилизуемыми
на свободную поверхность пульмональной области.
Позднее была предложена в принципе сходная модель, развитая шот­
л ан д ски м и исследователями с учетом наших теоретических положений [79].
Из иных представлений исходят W.Stober и соавт. [74], в многочастевой
модели которых описывается предполагаемый перенос пыли с макрофагами
не из интерстициума, а в него. Эта модель, хотя и дает хорош ую аппрокси­
мацию экспериментальных данных по задержке многих пылей, оказывается
не в состоянии имитировать даже тенденцию к выходу на “ плато” . Кроме
того, в ней нет связей, которые позволили бы прогнозировать кинетические
эффекты различной цитотоксичности частиц или действия цитопротекто­
ров, как это легко удается с помощью нашей модели.
Однако для многих практических целей та же пульмональная задержка
может быть достаточно адекватно описана одночастевой моделью, на что
указывает возможность аппроксимации ее кинетики одноэкспоненциальной
функцией, рассмотренной ранее. Экспериментальные и секционные данные
о накоплении в легких пыли при хронической экспозиции, полученные в
разные сроки длительного ингаляционного периода, фактически оценивают
содержание пыли суммарно в частях Х 4 и Xg нашей модели, поскольку чем
дольше длилась экспозиция, тем меньше относительный вклад тех частиц,
которые содержатся в остальных, быстро очищающихся частях. Этот вклад
не выходит за пределы ошибки определения суммарной массы пыли в легких
(отдельно можно в этих случаях рассматривать лишь часть Х 5 — пыль в
лимфатических узлах). Развертывание такой одночастевой модели в более
сложные, дающие системное описание процесса, имеет смысл лишь для
теоретических прогнозов и только тогда, когда имеются хотя бы косвенные
данные для идентификации такой многочастевой модели, т.е. для придания
определенных численных значений ее константам, что случается достаточно
редко. Вместе с тем в некоторых особых случаях оправдано некоторое
Усложнение одночастевой модели длительной пульмональной задержки, даю­
щей простое математическое описание опытных данных. Например, для
описания хронической задержки асбестовой пыли в эксперименте R.E.Bol­
ton и соавт. [33] была предложена модель с “ перегрузкой” (т.е. с изменением
коэффициента скорости элиминации после достижения некоторого уровня
задержки), а позднее [82] — модель с секвестрацией. В последнем случае в
Ульмональной области выделяется часть-"ловушка", неспособная к самоочи­
щению. В сумме с лимфатическими узлами часть “инкапсулированные части1 является такой же ловушкой и в системной многочастевой модели [71].
Дело в том, что секционные и эпидемиологические данные некоторых
75
авторов согласуются с допущением, по которому после прекращения много­
летней пылевой экспозиции элиминация частиц, задержавшихся в легких
человека, пренебрежимо мала, так что моделью этой задержки вполне может
служить подобная часть-ловушка. Однако с лабораторными грызунами дело
обстоит соверш енно иначе: за 8 нед после 40-недельной экспозиции масса
кварцевой пыли в легких заметно уменьшилась [66], так что безэлиминационная модель была бы совершенно неприемлемой (хотя для хуже элимини­
руемой асбестовой пыли модель с ловушкой и может оказаться адекватной).
При этом речь идет не о каких-либо принципиальных межвидовых разли­
чиях кинетики пыли, а лишь об упоминавшейся значительно меньшей
скорости ее элиминации у человека, что позволяет пренебречь самоочище­
нием легких за тот период жизни, который остается ему после многолетнего
“пылевого” стажа.
2.5. Количественная зависимость между структурой
и активностью ксенобиотиков при их биотрансформации
Исследование количественных зависимостей структура — биотрансформа­
ция — активность подразумевает построение математических моделей, по­
зволяющих количественно оценить сравнительную вероятность возникновения
токсического или иного биологического эффекта в ряду химических соединений.
Для получения таких зависимостей используются различные физико-хими­
ческие параметры, зависящие от структуры соединений. Для построения
наиболее обоснованных и надежных моделей связи структура — активность
необходимо понимание механизма интоксикации, которая, как показано в
предыдущей главе, непосредственно связана с биотрансформацией.
Биотрансформация — эт о биохимический процесс, в ходе которого вещест­
ва трансформ ирую тся под действием ферментных систем организма. Это
явление называют также метаболизмом или детоксикацией. Вместе с тем
определение “ метаболизм” подразумевает усвоение организмом вещества в
качестве продукта питания, источника энергии. Очевидно, что далеко не все
чужеродные химические вещества могут играть эту роль, хотя их биотранс­
формация осуществляется в результате тех же химических реакций и с
участием тех же ферментных систем, что и биотрансформация продуктов
питания и эндогенных веществ.
В течение многих лет процесс превращения веществ в организме рас­
сматривался только как позитивное явление, направленное на уменьшение
токсичности, а случаи увеличения токсичности считались исключением и
получили название “летальный синтез”, поэтому термин “детоксикация”
был вполне оправдан. Однако, как будет показано ниже, с течением времени
накопилась информация о том, что повышение токсичности в результате
биохимических превращений веществ — скорее правило, чем исключение.
Поэтому термин “биотрансформация” более универсален и точен, чем ме­
таболизм или детоксикация.
Биотрансформация является важнейшей составляющей механизма хемотоксикокинетики и представляет собой сложный многостадийный процесс.
В ходе биотрансформации м ож ет образовываться ряд продуктов, часть из них
представляет собой соединения, менее опасные, чем исходные вещества, однако
другие могут быть более реакционноспособными, чем исходные, и вследствие
этого обладать более высокой биологической активностью. В предыдущей
главе подробно описаны биохимические механизмы метаболизма и токси­
ческого действия, а также обсуждены понятия “летальный распад” и “ле76
льный синтез” . Процесс биотрансформации, в ходе которого образуются
с о к о а к т и в н ы е продукты или промежуточные соединения, называется такВЫ биоактивацией. Высокая химическая активность этих соединений опре% ляет их способность легко связываться с биомолекулами. Взаимодействие
О м и чески х веществ или продуктов их трансформации с биомолекулами
представляет собой ключевую реакцию механизма токсического действия.
Ключевая реакция запускает целый ряд биохимических и феноменологичес­
ких изменений, которые приводят к наблюдаемому токсическому эффекту.
Определение того, какой именно продукт трансформации (или исходное
вещество) участвует в этой ключевой реакции, позволяет теоретически о б о­
сновать механизм токсического действия и выявить наиболее биологически
активное вещество.
В последние годы появились многочисленные экспериментальные и
теоретические исследования процессов биотрансформации, результаты ко­
торых приведены, например, в монографии [41]. Такие исследования вклю­
чают биологические эксперименты in vitro и in vivo, в ходе которых с
помощью методов современной аналитической химии (газожидкостная хро­
матография, масс-спектрометрия и др.) идентифицируются продукты био­
химических превращений, а также их аддукты с биомолекулами. Оценива­
ется также сравнительная токсичность исходных веществ и продуктов био­
трансформации.
Поскольку хемобиокинетика представляет собой сложный многостадий­
ный процесс взаимодействия вещества с организмом, нет и не может быть
универсального параметра или модели, с помощью которых можно было бы
описать все случаи интоксикации. Так, на первой стадии происходит аб­
сорбция вещества и транспорт его через липидные биомембраны и гидро­
фильные фрагменты клеток к активному центру, на котором происходит
биотрансформация вещества или его взаимодействие с рецептором. На этом
этапе важны такие показатели, как гидрофобность, растворимость, объем,
площадь поверхности молекулы. Эти параметры используются для построения
зависимостей структура — токсичность, описывающих неспецифическое дей­
ствие веществ, так называемые базовые модели. Базовая токсичность, опреде­
ляемая по этим моделям, соответствует случаю, когда эффект зависит в о с ­
новном от дозы вещества, дошедшей до активного центра, а не от различий
в природе и скорости химического взаимодействия на этом центре.
Вторая стадия механизма токсического действия представляет собой
процесс биотрансформации с участием ферментов. На третьей стадии про­
исходит взаимодействие образовавшихся в ходе биотрансформации веществ
или интермедиатов с биомолекулами. На этой же стадии происходит взаи­
модействие стабильных веществ, не подвергающихся биотрансформации, с
оиомолекулами-рецепторами, определяющее токсическое действие.
Вторая и третья стадии механизма взаимодействия представляют собой
*имические реакции с участием ферментов, белков, ДНК. Если токсический
эффект определяется таким химическим взаимодействием, для описания
оксичности важны параметры, характеризующие реакционную способость. Физико-химические показатели, характеризующие каждую стадию
аимодействия в терминах патогенетической модели интоксикации, изло­
жены в работе [5].
км ПаРаметРЬ1 реакционной способности веществ, в частности энергетичесе параметры, характеризующие вероятность (скорость, легкость) прохожнойИЯ ХИМИческих реакций, могут быть рассчитаны методами вычислительй> в частности квантовой, химии. Однако каждая стадия механизма вза­
77
имодействия вещества с организмом очень сложна для моделирования в
силу сложности структуры биомолекул, расчет электронных параметров для
которых на современном этапе практически невозможен. Поэтому при по­
строении соотношений структура — активность приходится использовать
параметры, характеризующие упрощенные модельные химические реакции
для описания более сложных биохимических взаимодействий. Так, в оксеноидной модели действия монооксигеназ для построения соотношений
структура — активность рассчитывают параметры модельной реакции хими­
ческих веществ с атомарным кислородом [10].
Выбор параметров должен определяться тем, какая стадия взаимодейст­
вия является определяющей для веществ данного структурного ряда, т.е.
такой, на которой небольшие изменения химической структуры веществ
приводят к большой разнице в их токсичности.
В случае, когда определяющей стадией является взаимодействие веще­
ства с рецептором, необходимо рассчитывать параметры, характеризующие
электронное строение и реакционную способность самого вещества (энер­
гии высшей заполненной и нижней свободной молекулярных орбиталей,
заряды на атомах и т.д.). Если в результате экспериментальных исследований
установлено, что токсичность вещества определяется биоактивацией с об­
разованием высокореакционноспособных короткоживущих интермедиатов,
целесообразно рассчитывать параметры реакции, моделирующей реакцию
их образования [энергии образования интермедиатов A(AHf)], разности
энергий граничных орбиталей веществ (ДЕф ). Когда в результате биоакти­
вации образуются устойчивые высокотоксичные метаболиты, используются
параметры, характеризующие электронное строение и реакционную способ­
ность этих метаболитов (табл. 2.2).
Т а б л и ц а 2.2. Выбор электронны х параметров для построения количественных
соотнош ений структура — активность
Ключевая стадия
взаимодействия веще­
ства с организмом
Параметры
Взамодействие ве­
Характеристики исходных ве­
щества с рецептором ществ: заряды на атомах, энер­
гии граничных молекулярных ор­
биталей
Биоактивация с обра­ Характеристики модельной реак­
зованием короткожи­ ции биоактивации: энергия акти­
вущих интермедиа­
вации, разность полных энергий
тов
или теплот образования интер­
медиата и исходного вещества
Биоактивация с обра­
зованием устойчивых
метаболитов, более
токсичных, чем ис­
ходные вещества
Характеристики метаболитов:
энергии граничных молекуляр­
ных орбиталей, заряды на ато­
мах, электронные плотности на
атомах на граничных орбиталях
молекул метаболитов
Примеры
Полихлорированные дибензо-рдиоксины, полихлорированные
бифенилы, взаимодействие с
Аь-рецептором
1. Общая токсичность замещен­
ных бензолов
2. Общая токсичность аромати­
ческих аминов
3. Мутагенность и метгемоглобинобразующая активность аро­
матических аминов
4. Общая токсичность алифати­
ческих нитрилов
5. Канцерогенность и мутаген­
ность ПАУ
Мутагенность алифатических га­
логенсодержащих соединений с
короткой цепью
Примечание. ПАУ — полициклические ароматические углеводороды.
78
Интенсивное развитие в последние годы экспериментальных исследовай механизма взаимодействия на молекулярном уровне с изучением хемо-
и идентификацией образовавшихся метаболитов позволяет
пелать обоснованные предположения о том, какая стадия является опредеяюшей. Пример результатов такого исследования — схема метаболизма
vnop- и бромзамещенных алифатических соединений — пропанов, пропенов
пропанолов описан в монографии [60, 61]. В ходе исследования были
определены пути биотрансформации, промежуточные соединения и ста­
бильные высокотоксичные метаболиты — галогензамещенные ненасыщен­
ные альдегиды и кетоны, взаимодействием которых с биомолекулами и
определяет в основном токсическое действие этих веществ на млекопитаю­
щих. Различия в токсичности веществ этого ряда могут быть описаны с
использованием параметров, характеризующих реакционную способность
метаболитов.
Для исследования зависимостей структура — биотрансформация — ак­
тивность необходимо подобрать ряд структурно родственных соединений.
Этот этап может быть выполнен с использованием компьютерных инф ор­
мационно-поисковых систем, например RTECS (register of toxicologicol ef­
fects of chemicals), системы по токсичности и опасности веществ в воде [6]
или IR IS (integrated risk information system). Далее проводится поиск и анализ
литературы по биохимическим механизмам действия веществ этого ряда на
организм, процессам биотрансформации, данных о предполагаемых метабо­
литах и экспериментальных оценках их активности. Такие сведения не обяза­
тельно необходимы для всех членов ряда, а хотя бы для нескольких типичных
соединений. На основании собранных данных выбираются электронные пара­
метры, которые должны быть рассчитаны методами вычислительной химии и
использованы для построения соотношений структура — активность.
Изложенный подход, основанный на учете биотрансформации и приме­
нении методов вычислительной химии, был применен для получения соот­
ношений структура — активность в различных структурных рядах [7, 23—25].
Обзор зарубежных работ дан в монографии [4] и в [63, 68]. Этот подход был
применен при описании зависимостей смертельных и пороговых эффектов,
мутагенного и канцерогенного эффектов, метгемоглобинобразующей актив­
ности, нейротоксичности и других видов биологической активности от
структуры. В табл. 2.3 приведены данные таких зависимостей, в основном
из работ З.И.Жолдаковой и соавт.
« Ио к и н е т и к и
Та б л и ц а 2.3. Установление зависимости структура — токсичность с использова­
__________ _ _ _ _ ---------------------- ----------------------нием электронны х параметров
Структурный ряд
Эффект
I9LD50= 1,64 + 1,23 AEmjn
г = 0,78 п = 25 р < 0,001
IgLCsp (мг/м3) = 4,55 + 0,93 ДЕт |П
г = 0,93 п = 23 р < 0,001
1дМНД = -2,76 + 1,95 AEmln
г = 0,91 п = 13 р < 0,001
Мутагенная активность в тесте 1д(1/С) = -1,65 - 0.15 A(AHf)
г —0,82 п = 10 р < 0,01
и<
Эймса
Метгемоглобинобразующая ак­ %MtHb = 66,9 + 5,03 A(AHf)
г = 0,91 п = 10 р < 0,001
тивность на млекопитающих
Токсичность для млекопитаю­ lgLD50 = -33,17 - 4,05 A(AHf)
г = 0,82 п = 22 р < 0,01
щих
Замещенные бензо­ Общая токсичность
лы
Ароматические
амины
■
—
Регрессионное уравнение
Продолжение
Структурный ряд
Галогензамещенные пропаны
Галогензамещенные углеводороды
и спирты с корот­
кой цепью
Эффект
Регрессионное уравнение
Некроз почек
IgC =-16,69 + 1,71 ДЕГ
'
г = 0,99 п = 6 р < 0,001
Генотоксичность in vivo
IgC = -18,07 + 1,73 ДЕ,
г = 0,99 п = 6 р < 0,001
Мутагенная активность на бак­ lgDmut = —17,62 + 1,55ДЕГ- 0,79lgp
териях (вариант без активации) г = 0,76 п = 25 р < 0,001
Мутагенная активность на бак­ ^9^тц|
26,24 + 2,54ДЕГмоль
териях (вариант с активацией) г = 0,76 п = 21 р < 0,001
IgDmut = -2.69 - 5,74|lgC|
г = 0,76 п = 21 р < 0,001
Пр и ме ч а н и е . D — доза, С — концентрация, MtHb — метгемоглобин, Dmut — доза мутаген­
ности, МНД — минимальная действующая доза, IgP — коэффициент распределения октанол/вода.
Здесь и далее по всей книге летальная доза и летальная концентрация
обозначены в русском или латинском написании соответственно как ЛД50
или L D 50 и JIK.50 или L C 50.
Одним из примеров являются регрессионные уравнения зависимости
структура — острая и хроническая токсичность в ряду замещенных бензолов
[7, 10]. Токсичность бензола определяется его биоактивацией в процессе
гидроксилирования и эпоксидирования. Согласно оксеноидной модели и
результатам теоретического изучения методами квантовой химии [59], клю­
чевой реакцией, запускающей процесс биоактивации ароматических ве­
ществ, является присоединение кислорода к одному из атомов углерода
бензольного кольца с образованием “тетраэдрического” интермедиата:
он
Гипотеза состояла в том, что токсичность замещенных бензолов может
быть описана с использованием энергетического параметра (Emin) — разнос­
ти полных энергий промежуточного ареноксидного интермедиата и исход­
ной молекулы замещенного бензола. В результате исследований получена
достоверная зависимость токсичности от этого параметра и показано, что
чем он меньше, т.е. чем устойчивее интермедиат и, следовательно, чем легче
он образуется, тем токсичнее соединение. Модель на основе этого параметра
применена также для соединений со сложными заместителями: бифенила,
хлорированных бифенилов, бифениловых эфиров, соединений типа дифенилметана [7].
В проявлении канцерогенной и мутагенной активности П А У , например
80
/а)Пирена и их производных (алкил-, галогено-, нитро-, аминозамещенх ПАУ), определяющую роль играет биотрансформация. Наиболее знаНЫмой характеристикой канцерогенной активности П А У является стабильсть триолкарбониевых ионов [52]. Эти ионы являются интермедиатами
н0 ции замещения SN 1, в которую вступают метаболиты П А У — диолэпокРиды при взаимодействии с нуклеофильными центрами Д НК . Роль биотоансформации в канцерогенной активности П А У подтверждается соотно­
шениями структура — активность для последовательных метаболитов П А У —
эпоксидов и диолэпоксидов.
Канцерогенная и мутагенная активность нитрозамещенных алифатичес­
ких и ароматических углеводородов связана с биоактивацией через восста­
новление нитрогруппы под действием нитроредуктаз. Достоверны е зависи­
мости мутагенной активности этих веществ для бактерий, полученные с
использованием в качестве параметров разности теплот образов ан и я п р о ­
межуточных соединений реакции восстановления — анион-радикалов и и с­
ходных соединений, или энергии нижней свободной молекулярной орбита­
ли исходных соединений [42] подтверждают это положение.
Т о к с и ч е с к о е действие ароматических аминов определяется биоактива­
цией, на первой стадии которой происходит N -окисление аминогруппы.
При N -окислении ариламинов образуются N -фенилгидроксиламины, кото­
рые в кислой среде могут подвергаться перегруппировке Бамбергера до
аминофенолов. Было показано [47], что ферменты печени крыс могут ката­
лизировать такую перегруппировку. Первой стадией перегруппировки Бам­
бергера является образование нитрениевых ионов [27]. Нитрениевые ионы
могут образовываться также при неферментативном гетеролизе эфиров Nфенилгидроксиламинов. Клеточные нуклеофилы, такие как глутатион и
нуклеофильные группы белков и ДНК , связываются с резонансно-стабилизированным ионом арилнитрения.
Кроме того, N -фенилгидроксиламины окисляются в эритроцитах оксигемоглобином до арилнитрозосоединений с одновременным образованием
перекиси водорода и метгемоглобина. Этим определяется метгемоглобинобразующая активность многих ариламинов [2, 69].
Биотрансформация ариламинов может быть представлена ниже.
На основании этой схемы была выдвинута гипотеза, что зависимости
структура — мутагенная активность и структура — метгемоглобинобразующая активность ароматических аминов могут быть описаны с использова­
нием одного энергетического параметра, характеризующего относительную
устойчивость двух последовательных метаболитов соединений на пути биоактивации через N -окисление: фенилгидроксиламинов и нитрениевых ио­
нов A(AHf) [24]. Вид полученных уравнений (см. табл. 2.3) свидетельствует,
что как мутагенная, так и метгемоглобинобразующая активность зависят от
этого параметра, и эти зависимости разнонаправлены. Чем устойчивее нитрениевый ион относительно фенилгидроксиламина, тем больше способность
ариламина вызывать мутагенный эффект и тем менее сильным метгемоглобинобразователем он является.
Количественные зависимости структура — острая и хроническая токсич­
ность ароматических аминов [25] являются еще одним подтверждением
возможности использования оксеноидной модели действия монооксигеназ.
Реакция N -окисления ароматических аминов может проходить через обра­
зование N -оксидного интермедиата A rN H O . Поэтому должен быть исполь­
зован параметр, характеризующий легкость реакции образования этого ин­
термедиата — разности теплот образования интермедиата и исходной моле­
кулы A (A H f)jnt. Достоверная зависимость острой токсичности для млекопи­
тающих при внутрижелудочном поступлении от параметра A (A H f)jnt показы­
вает, что чем устойчивее интермедиат относительно исходного соединения,
тем больше токсичность. П о значению этого параметра вещества раздели­
лись на кластеры, показатели хронической токсичности в которых различа­
лись не более чем на порядок.
Зависимости структура — общая токсичность и структура — мутагенная
активность галогензамещенных углеводородов и спиртов с короткой цепью,
в частности галогензамещенных пропанов [22] построены с использованием
результатов экспериментальных исследований [60, 61]. Схема метаболизма
приведена выше на рис. 2.1. Для описания мутагенной активности для
бактерий наилучшим параметром является разность энергий граничных
молекулярных орбиталей ДЕ™- Этот параметр представляет собой характе­
ристику реакционной способности соединений в реакциях определенного
типа. Чем меньше ДЕф, тем более реакционноспособно соединение. В данном
случае предполагалось, что этот параметр характеризует реакционную спо­
собность соединения в реакции замещения SN2, при которой под дейст­
вием глутатион-Б-трансферазы образуются короткоживущие эписульфониевые ионы. Полученные уравнения свидетельствуют, что чем больше реак­
ционная способность соединения, тем выше его мутагенная активность. Для
соединений этого ряда возможен также метаболизм под действием монооксигеназной системы цитохрома Р-450, присутствующей в клетках печени
млекопитающих, но отсутствующей у бактерий. В результате могут образо­
вываться стабильные высокотоксичные метаболиты — ненасыщенные галогензамещенные альдегиды. Предположение состояло в том, что мутагенная
активность для млекопитающих может быть описана с и спользован ием
электронных параметров стабильных метаболитов веществ этого ряда (раз'
ности энергий граничных орбиталей ДЕф и максимального ко эф ф и ц и ен та
при некарбонильном атоме С на нижней свободной молекулярной орбитали)Последний параметр характеризует способность метаболитов образовывать
циклические аддукты с ДНК. С применением этих параметров п о ст р о е н ы
соотношений структура — мутагенная активность в тесте для бактерий в
82
тствии микросомальной фракции клеток печени, содержащей монопксигеназную ферментную систему (см. табл. 2.3).
Еще одним примером зависимостей структура — биотрансформация —
тивность является полученное в работе [48] достоверное регрессионное
31<авн ен и е для прогноза острой токсичности алифатических нитрилов для
^пыс при внутрижелудочном введении. Токсичность алифатических нитри­
лов определяется биотрансформацией, протекающей по схеме:
он
[О]
r
С Н — СН
|
R1— С- — CN +ОН- -» R1 — С — CN
R-I — С = 0 + HCN
r2
Ключевой реакцией является образование радикалов, что подтверждает­
ся полученным регрессионным уравнением, в котором использован один
параметр — разность теплот образования радикала и исходного соединения.
Токсичность полихлорированных дибензо-р-диоксинов, полихлориро­
ванных дибензофуранов и полихлорированных бифенилов определяется их
взаимодействием с цитозольным A h-peuenTopoM. Способность полихлори­
рованных дибензо-р-диоксинов вызывать индукцию монооксигеназ корре­
лирует с величиной энергии высшей заполненной молекулярной орбитали
соединений [4], канцерогенность коррелирует с поляризуемостью, т.е. опас­
ность определяется характеристиками исходных соединений. П одробно ме­
ханизм биологической активности и опасности этого класса соединений
изложен в обзоре [63].
При построении моделей структура — активность могут быть определены
граничные значения энергетических электронных параметров, за пределами
которых эффект не выявляется, что дает возможность отделить активные
соединения о т неактивных. Так, в работе [32] с применением метода линей­
ного дискриминантного анализа показано, что по значению одного пара­
метра — энергии высшей заполненной молекулярной орбитали ароматичес­
кие амины могут быть разделены на обладающих мутагенной активностью
в тесте на бактериях и неактивных. Соединения, для которых значение этого
параметра выше определенной величины, обладают активностью, остальные
неактивны. Полученные результаты могут быть использованы для опреде­
ления минимальных энергетических требований для того, чтобы соединение
подвергалось биоактивации через N -окисление, поскольку энергия высшей
олекулярной орбитали характеризует способность соединений к окислеию- Энергия высшей заполненной молекулярной орбитали метаболитов
роматических аминов, N -фенилгидроксиламинов позволяет отделить сон^ниения, обладающие метгемоглобинобразующей активностью, от неактивЛе1Х' З"01 параметр связан с энергетическими требованиями процесса окисния N -фенилгидроксиламинов в нитрозосоединения, в ходе которого об­
разуется метгемоглобин [23].
(эк ИотРансФ °Р маЦия наблюдается как в организме, так и в биосистемах
тепеЛ° ГИЧеских системах) в окружающей среде и поэтому представляет инЖаю П“ И 0ценке не только влияния на организм, но и поведения в окруЦи
среде. Оценки способности различных веществ к биотрансформав окружающей среде под действием различных биосистем (например,
83
специальных штаммов бактерий) может быть дана с использованием элек­
тронных параметров, характеризующих легкость реакций биотрансформа­
ции. Так, особенности биодеградации (скорость и путь трансформации) дии трихлорзамещенных бифенилов под действием бактерий объяснены в
работе [56] с использованием того же параметра, который был использован
для характеристики легкости биотрансформации и токсичности замещенных
бензолов для млекопитающих.
Теоретически и экспериментально обоснованные количественные соот­
ношения структура — биотрансформация — активность позволяют подтвер­
дить наличие определенного механизма токсического действия и выделить
вещества, для которых данный механизм нехарактерен, дать количественную
оценку выраженности эффекта, отделить активные соединения от неактив­
ных, прогнозировать механизм и количественные характеристики биологи­
ческой активности неизученных веществ.
болитов из организма для установления порогов вредного действия. — В кн.:
Применение математических методов для оценки и прогнозирования реальной
опасности накопления пестицидов во внешней среде и организме. — Киев,
1976. - С. 48-50.
П
Сергеев П. В, Шимановский Н.Л. Рецепторы физиологически активных веществ. —
М.: Медицина, 1987. — 400 с.
14
Сергеев П.В., Галенко-Ярошевский П.В., Шимановский Н.Л. Очерки биохимичес­
кой фармакологии. — М.: РЦ “Фармединфо”, 1996. — 384 с.
15.
Соловьев В.Н., Фирсов А.А., Филов В.А. Фармакокинетика. — М.: Медицина,
1980. — 424 с.
16.
Тиунов Л.А. Биохимические механизмы токсичности. — В кн.: Общие механиз­
мы токсического действия. С.Н.Голиков, И.В.Саноцкий, Л.А.Тиунов. — Л.: Ме­
дицина, 1986.- С . 114-204.
17.
Толоконцев Н.А., Филов В.А. Основы промышленной токсикологии. — Л.: Меди­
цина, 1976. — 304 с.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Арчаков А.И., Карузина И.И. Цитохром Р-450: окисление чужеродных соедине­
ний и проблемы экотоксикологии. — В кн.: 1-й съезд токсикологов России.
Тезисы докладов. — М ., 1998. — С. 4.
2.
Вредные химические вещества. Азотсодержащие органические соединения:
Справочник/Под ред. Б.А.Курляндского. — JI.: Химия, 1992.
3.
Голубев А.А., Люблина Е.И., Толоконцев Н.А., Филов В.А. Количественная токси­
кология. — Л.: Медицина, 1973. — 288 с.
4. Дьячков П.Н. Квантовохимические расчеты в изучении механизма действия и
токсичности чужеродных веществ. — В кн.: Итоги науки и техники ВИНИТИ.
Сер. Токсикология. — 1990. — Т. 16. — 280 с.
5.
Жолдакова З.И. Прогноз токсичности веществ в воде на основании зависимостей
структура — активность//Гиг. и сан. — 1987. — № 7. —С. 9— 13.
6.
Жолдакова З.И ., Журков B.C., Харчевникова Н.В. и др. Методические основы
развития банка данных по эколого-гигиеническим свойствам веществ, загряз­
няющих окружающую среду//Гиг. и сан. — 1995. — № 2. — С. 27—30.
7.
8.
9.
Жолдакова З.И ., Харчевникова Н.В., Кустова Е.В., Синицына О.О. Прогноз ток­
сичности и опасности в проблеме единого эколого-гигиенического нормирова­
ния веществ в окружающей среде//Экология человека. — 1996. — № 3. — С. 16—21.
Кацнельсон Б.А., Алексеева Л.К., Привалова Л.И., Ползик Е.В. Пневмокониозьг.
патогенез и биологическая профилактика. — Екатеринбург: У рО РАН, 1995.
326 с.
Кацнельсон Б.А., Конышева Л .К , Привалова Л.И., Шарапова Н.Е. Математическое
моделирование кинетики задержки в легких и в легочно-ассоциированны х лим­
фоузлах пылей разной степени цитотоксичности//Вопр. гиг. труда, проф. ла1^
логии и пром. токсикологии. — Екатеринбург: Мед. научный центр, 1996.
С. 59-66.
10. Кузнецов А.В., Дьячков П.Н. К оксеноидной модели механизма активации моле­
кулярного кислорода цитохромом Р-450: роль структуры субстрата//Молекулярная биология. — 1990. — Т.24. — Вып. 5. — С. 1373— 1380.
18. Филов В.А. Вопросы кинетики поступления, распределения, метаболизма и вы­
деления вводимых в организм извне химических агентов. — В кн.: Итоги науки.
Фармакология. Токсикология (проблемы токсикологии). 1965. — М.: ВИ Н И Т И ,
1967. - С. 45-92.
19. Филов В.А. Модификация фармакокинетики и токсикокинетики. — В кн.: Итоги
науки и техники. Серия Фармакология. Химиотерапевтические средства. Т. 14.
Проблемы фармакокинетики. — М.: ВИ Н И Т И , 1984. — С. 3— 113.
20. Филов В.А. Сегидрин — противоопухолевый препарат нового типа//Вопр. онкол. —
1994. - Т. 40, № 1-3. - С. 3-14.
21. Фукс Н.С. Механика аэрозолей. — М.: АН СС С Р, 1955.
22. Харчевникова Н.В., Жолдакова З.И., Журдов B.C. Теоретическое обоснование
связи структура — генотоксичность для млекопитающих и бактерий в ряду галогензамещенных алифатических соединений с короткой цепью//Вест. РАМН. —
1997.- С . 8-13.
23. Харчевникова Н.В., Жолдакова З.И. Соотношения “структура — метгемоглобинобразующая активность” в ряду ароматических аминов//Гиг. и сан. — 1997. —
№ 3. - С. 41-44.
24. Харчевникова Н.В., Жолдакова З.И., Журков B.C. Теоретические подходы к про­
гнозу метаболизма и токсичности ароматических аминов//Гиг. и сан. — 1998 —
№ 4. - С. 62-65.
25. Харчевникова Н.В., Жолдакова З.И. Прогноз опасности веществ в рамках завист^^кт^^5а — активность с учетом биотрансформации//Гиг. и с а н .—
26. Albert R L ip p m a n n М., Peterson N.T. et al. Bronchial deposition and clearance of
aerosols//Arch. Intern. Med. - 1973.- V o l. 131.- P . 115-127.
27
Anders M. W. (ed.). The bioactivation of foreign compounds. — New York: Academic
Press Inc. - 1985.
Archakov A.I., Bachmanova G.I. Cytochrome P-450 and active oxygen. London etc.:
laylor and Francis. — 1990. — 339 p.
11.
Новиков С.М., Поройков В.В., Тертичников С.Н. Анализ тенденций в развитии
информационных технологий и обоснование концепции разработки банка ток­
сикологических данных SARETbase//rHr. и сан. — 1995. — № 1. — С. 29—33.
Bailey M.R., Fry F.A., James A.C. Long-term retention of particles in the human
respiratory tract//J. Aerosol Sci. - 1985. - Vol. 16. - P. 295-305.
12.
Саноцкий И.В. Использование уравнений кинетики выведения ядов и их мета
Аг//еу MR., Hodgson A., Smith H. Respiratory tract retention of relatively insoluble
Particles in rodents//J. Aerosol Sci. — 1985. — Vol. 16. — P. 279—293.
84
85
rhromotest and in the Ames test. Elucidation of the genotoxic mechanism//Chem.
Biol. Interact. - 1991. - Vol. 80. - P. 73-88.
31.
Bates D.V., Fish D.R., Hatch T.F. et al. Deposition and retention models for internal
dosimetry of the human respiratory tract//Health Phys. — 1966. — Vol. 12. — P. 173—
201 .
.I
32.
Benigni R., Andreoli C. QSAR models for both mutagenic potency and activity;
applicayion to nitroarenes and aromatic amines//Environ. and Mol. Mutagen. — 1994. —
Vol. 24. - P. 208-219.
ffemenway DR., Absher М., Landesman M. et al. Differential lung response following
silicon dioxide polymarphs aerosol exposure. — In: Silica, silicosis and cancer. — N.Y.:
Praeger. — 1986. — P. 105— 116.
52
33.
Bolton R.E., Vincent J.M ., Jones A.D. et al. An overload hypothesis for pulmonary
clearance of U IC C amosite fibers inhaled by rats//Brit. J. Industr. Med. — 1983. —
Vol. 40. — P. 264—272.
Jerina D.M., Sayer J.M . et al. Carcinogenicity of polycyclic aromatic hydrocarbons:
the bay-region theory. — In: Carcinogenesis: fundamental mechanisms and environ­
mental effects/Ed. Pullman B., 1980. — P. 1— 12.
53
34
Bowden D.H. The alveolar macrophage//Environm. Health Perspect. — 1984. —
Vol. 55. - P. 327-342.
35.
Brain J.D. Macrophages in the respiratory tract//Handbook of Physiology. Section:
Respiratory System. — Vol. II. Bethesda: Amer. Physiol. Soc. — 1985. — P. 447—471.
Katsnelson B.A., Konysheva L.K., Privalova L.I., Morosova K.V. Development of a
multicompartmental model of the kinetics of quartz dust in the pulmonary region of
the lung during chronic inhalation exposure of rats//Brit. J. Industr. Med. — 1992. —
Vol. 49. - P. 172-181.
54.
36.
Brain J.D ., Godleski J.J., Sorokin S. P. Quantification, origin and fate of pulmonary
macrophages//Respiratory Defence Mechanisms. — N.Y.: Marcel Dekker. — 1977. —
P. 849-892.
Katsnelson B.A., Konysheva L.K., Sharapova N.Ye., Privalova L.I. Prediction of the
comparative intensity of pneumoconiotic changes caused by chronic inhalation expo­
sure to dusts of different cytotoxicity by means of a mathematical model//Occup. and
Environm. Med. - 1994. - Vol. 51. - P. 173-180.
37.
Brain J.D ., Valberg P.A. Models of lung retention based on the IC RP task group
report//Arch. Environm. Health. — 1974. — Vol. 28. — P. 1— 11.
55.
Katsnelson B.A., Privalova L.I. Recruitment of phagocytizing cells into the respiratory
tract as a response to the cytotoxic action of deposited particles//Environm. Health
Perspect. - 1984. - Vol. 55. - P. 3133-3325.
38.
Chan T.L., Lippman M. Experimental measurements and empirical modeling of the
regional deposition of inhaled particles in humans//Amer. Industr. Hyg. Assoc. J. —
1980. - Vol. 41. - P. 3399-3409.
56. Kharchevnikova N.V., Zholdakova Z.I., D ’yachkov P.N., Krasovsky G.N. Theoretical
study of the biodegradation of polychlorinated biphenyls//Fresenius Envir. Bull. —
1994. - Vol. 3. - P. 422-427.
39.
Conjugation-Deconjugation Reactions in Drug Metabolism and Toxicity. Berlin etc.:
Springer. — 1994. — 530 p.
57. Kim C.S., Lewars G.L., Sackner N.M. Measurements of total lunge aerosoldeposition
as index of lung abnormality//J. Appl. Physiol. — 1988. — Vol. 64. — P. 1527— 1536.
40.
Davies C.N. Deposition of inhaled particles in man//Chemistry and Industry.—
1974. - Vol. 11. - P. 441-444.
58. King CM . (ed.) Carcinogenic and mutagenic responses to aromatic amines and
nitroarenes. — New York: Elsevier, 1988.
41.
De Matteis F., Lock E.A. (Eds.) Selectivity and molecular mechanisms of toxicity. —
New York: McMillan. — 1987.
59. Korsekwa K , Loew G. et al. Cytochrome P-450 mediated aromatic oxidation: a
theoretical study//J. Am. Chem. Soc. — 1985. — Vol. 107. — P. 4273—4279.
42.
Debnath A.K., Debnath G., Shusterman A.J., Hansen C.A. QSAR investigation of the
role of hydrophobicity in regulating mutagenicity in the Ames test: 1. Mutagenicity of
nitroaromatic amines in Salmonella typhimurium TA98 and TA 100//Environmental
and Molecular Mutagenesis. — 1992. —Vol. 19. — P. 37—52.
60. Lag М., Omichinski J.G., Dybing E. et al. Mutagenic activity of halogenated propanes
and propenes: effect of bromine and chlorine positioning//Chem. — Biol. Interact. —
1994. - Vol. 93. - P. 73-84.
43.
Encyclopedia of Toxicology. — London: Academic Press. — 1998. — Vol. 3. — 1500 p.
44.
Filov V.A., Golubev A.A., Liublina E.I., Tolokontsev N.A. Quantitative Toxicology. N.Y.:
John Wiley. — 1979. — 462 p.
45.
Gerrity T.R., Garrard S.C., Yeates D.B. A mathematical model of particles retention
in the air-spaces of human lungs//Brit. J. Industr. Med. — 1983. — Vol. 40. — P. 121
130.
61. Lag M„ Soderlung E.J., Omichinski J.G., Brunborg G. et al. Effect of bromine and
chlorine positioning in the inducrion of renal and testicular toxicity by halogenated
propanes//Chem. Res. Toxicol. - 1991. - Vol. 4. - P. 528-534.
62. Le Bouffant L., Henin J.-P., Martin C., Daniel H. Etude experimental de Pepiration
pulmonaire//Lille Medic. — 1972. - Vol. 17. - P. 1091-1101.
63. McKinney J.D. Reactivity parameters in structure-activity relationship-based risk assessment
of chemicals//Environmental Health Persp. — 1996. — Vol. 104. — P. 810—816.
46.
Goldblum A., Loew G.H. Theoretical study of cyrtochrome P450 mediated amine
oxidation//J. Amer. Chem. Soc. — 1985. — Vol. 107. — P. 4265—4272.
64. McMahon T.A., Brain J.D., Lenott S. Species differences in aerosol deposition//Inhaled
Particles IV. N.Y.: Oxford: Pergamon Press. — 1977. —P. 23—333.
47.
Gorrod J.W ., Manson D. The metabolism of aromatic amines//Xenobiotica. — 1986. —
Vol. 16, N 10. - P. 933-955.
48.
Grogan J., De Vito S.C., Korzekwa K.R. et al. Modeling cyanide release from nitrilesprediction of cytochrome P450 mediated acute nitrile toxicity//Chem. Res. Toxicol. —
1992. - Vol. 5. - P. 548-552.
Olson F.C., Massaro E.J. Pharmacodynamics of methyl mercury in the murine mater" al ™ brio: fetal unit//Toxicol. and Appl. Pharmacol. - 1977. - Vol. 39, N 2. —
P• 263—273.
49.
Gross P. The processes involved in the biological aspects of pulmonary deposition,
clearance and retention of insoluble aerosols//Health Phys. — 1964.— Vol. 10. "
P. 995-1002.
50.
Hahn H., Eder E., Deininger C. Genotoxicity of l,3-dichloro-2-propanol in the SOS
86
Privalova L.I., Katsnelson B.A., Yelnichnykh L.N. Some peculiarities of the pulmonary
P agocytotic response: dust kinetics and siilicosis development during long-term expopUr® of rats to high quartz dust levels//Brit. J. Industr. Med. — 1987. — Vol. 44. —
"• /28—235.
Prodi V., Mularoni A. Electrostatic lung deposition: experiments with humans and
animale//Ann. Occup. Hyg. - 1985. - Vol. 29. - P. 229-240.
87
68.
Richards A.M. Role of computational chemistry in support of hazard identification:
mechanism-based SARs//Toxicology letters. — 1995. — Vol. 79. —P. 115— 122.
69.
Sabbioni G. Hemoglobin binding of monocyclic aromatic amines: molecular dosimetry
and quantitative structure activity relationships for the N-oxidation//Chem. Biol.
Interactions. — 1992. — Vol. 81. — P. 91 — 117.
70
Scott W. R., Taulbee D. W. Aerosol deposition along the vertical axis of the lung//j
Aerosol Sci. - 1985. - Vol. 16. - P. 323-3333.
Глава 3
ВЛИЯНИЕ КСЕНОБИОТИКОВ
НА БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
71. Smith T.J. Development and application of a model for estimating alveolar and
interstitial dust levels//Ann. Occup. Hyg. — 1985. — Vol. 29. — P. 495—516.
72. Stahlhofen W., Gebhart J., Heyder J. Biological variability of regional deposition of
aerosol particles in the respiratory tract//Amer. Industr. Hyg. Assoc. J. — 1981. — Vol
42. - P. 348-352.
73.
Stahlhofen W., Gebhart J., Heyder J., Scheuch G. New regional deposition date of the
human respiratory tract//). Aerosol. Sci. — 1983. — Vol. 14. —P. 181 — 188.
74. Stober W., McClellan R.O., Morrow P.E. Approaches to modeling disposition of inhaled
particles and fibers in the lung//Toxicology of the Lung. — N.Y.: Raven press.—
1993. - P. 527-601.
75.
Strom K.A., Johnson J.T., D'Aroy J.B. Pulmonary retention in rats and guinea pigs
chronically exposed to low concentrations of diesel exhaust//Toxicologist. — 1986. —
P. 170.
76.
Tarroni G., Melandry C„ Prodi V et al. An indication on the biological variability of
aerosol total deposition in humans//Amer. Industr. Hyg. Assoc. J. — 1980. — Vol. 41. —
P. 826-831.
77.
Toomes H., Vogt-Moykopf J., Heller W.D., Osterrat H. Measurement of mucociliary
clearance in smokers and nonsmakers using a bronchoscopic video-technical method//Lung. - 1981. - Vol. 159. - P. 27-34.
78.
Toxicology of Industrial Compounds/Ed. H.Thomas, R.Hess and F.Waechter. — Lon­
don: Taylor and Francis. — 1995. — 381 p.
79.
Tran C.L., Jones A.D., Donaldson K. Mathematical model of phagocytosis and inflam­
mation after the inhalation of quartz at different concentrations// Scand. J. Work.
Environm. and Health. — 1995. — Vol. 21., Suppl. 2. —P. 50—54.
80.
Tumbrell J.A. Principles of Biochemical Toxicology. — London: Taylor and Francis. —
1991.-415 p.
81.
Vincent J.H ., Armbruster L. On the quantitative definition of the inhalability of airborne
dust//Ann. Occupat. Hyg. — 1981. — Vol. 24. — P. 245—246.
82.
Vincent J.H ., Johnson A.M., Jones A.D. et al. Kinetics of deposition and clearance of
mineral dusts during chronic exposure//Brit. J. Industr. Med. — 1985. — Vol. 42. —
P. 707-715.
83.
Yu C.P., Xu C.B. Predicted depositions of diesel particles in young humans//J. Aerosol.
Sci. - 1987. - Vol. 18. - P. 419-429.
3.1. Действие ксенобиотиков на тканевое дыхание
Одним из наиболее распространенных видов биологического действия
i
>
химических веществ является их способность влиять на процессы тканевого
дыхания и энергетического метаболизма в клетке. Поэтому важным достижением токсикологии явилось установление закономерностей влияния раз­
личных по своей структуре химических веществ на процессы окислитель­
ного и энергетического обмена, осуществляющиеся на субклеточном и мо­
лекулярном уровнях. Энергозависимость всех протекающих в клетке про­
цессов, обеспечивающих в конечном итоге жизнедеятельность целостного ор­
ганизма, позволяет использовать биоэнергетические показатели для определе­
ния влияния химических веществ на процессы биоэнергетики, установления
величин пороговых концентраций (или доз) токсичных веществ, прогнозирова­
ния их степени опасности и гигиенических регламентов.
Углубленное исследование роли нарушений биоэнергетики клетки, про­
исходящих при воздействии на организм токсичных веществ, базировалось
на тесной связи процессов, обеспечивающих клетку энергией с процессами
окислительного метаболизма, интегрируемыми на уровне целостного орга­
низма функцией потребления кислорода, изучение которой по показателям
легочного газообмена было начато в области токсикологии еще Н.П.Кравковым. Удалось показать, что различные токсичные вещества способны в
той или иной степени влиять на газообмен. Эти данные были подтверждены
исследованиями других авторов, получив свое развитие в работах
Н.С.Правдина и его школы. В результате было сформ улировано положе­
ние о том, что показатели газообмена, изменяющиеся при воздействии на
организм токсических агентов, обладают высокой чувствительностью и интегративностью реакций на различные химические раздражители. На о с н о ­
вании этих исследований была показана высокая информативность и
гигиеническая значимость изменений окислительного метаболизма, при­
сущая химическим веществам, обладающим специфическим действием на
процессы тканевого дыхания, интегрируемым сдвигом показателей внеш­
него дыхания.
Последующие исследования динамики кислорода непосредственно в
тканях организма, вначале — по показателю напряжения кислорода (р02)
18,
20], а в последнее время — по изменению процессов дыхания и
°пряженных с ними механизмов окислительного фосфорилирования непоРедственно в митохондриях, значительно расширили представления о хиических веществах, обладающих способностью оказывать влияние на про­
цессы тканевого дыхания [11, 14, 15, 25, 30].
Изучение напряжения кислорода (рОг) в тканях в условиях воздействия
д ЗЛичных химических веществ показало, что, например, цианид калия в
°зах 0,1—0,05 L D 50 повышает уровень рОг в мозге животных и уменьшает
89
скорость его утилизации. Цианид натрия в дозах, превышающих летальные
в 1,5—2 раза, вызывает быстрое падение рС>2 в коре головного мозга.
Установлено, что указанный механизм действия солей синильной кислоты
выявляется в опытах in vitro и сохраняется в условиях целостного организма
[18]. Свое влияние на скорость утилизации кислорода мышечной тканью
оказывает в опытах на мышах классический разобщитель тканевого дыхания
и окислительного фосфорилирования — 2,4-динитрофенол (2,4-ДНФ), ак­
тивирующий тканевое дыхание. Эту способность 2,4-ДНФ проявляет и в
целостном организме [18].
Изменения рС>2 в тканях мозга и подкорковых образованиях, носящие
фазовый характер, получены при действии ингаляционного наркотика —
эфира. Группа других представителей этого вида наркотиков — фторолефинов _ снижала р0 2 в тканях мозга без начального повышения этого пока­
зателя [6, 18].
Интересен факт понижения р 0 2 в различных тканях организма (мозге,
языке) у животных, подвергавшихся воздействию нитрита натрия и нитро­
глицерина — соединений, улучшающих оксигенацию тканей путем расши­
рения сосудов мозга и других тканей. В связи с этим снижение р 0 2 не может
быть объяснено гемодинамическими причинами, а вызывается, видимо,
усилением утилизации кислорода. Аналогичные результаты получены при
введении животным адреналина и норадреналина [18].
Факты изменения потребления кислорода различными тканями организ­
ма установлены в условиях острых и хронических опытов при воздействии
пропионовой кислоты и ряда ее производных. При этом изменения пока­
зателя были различными по направленности при воздействии разных соеди­
нений этого ряда. Так, в острых опытах на уровне сравнительно низких доз
(0,1 L D 50) сама пропионовая кислота активировала потребление кислорода
различными тканями. Наоборот, монохлорпропионовая кислота активно
угнетала этот процесс. В хронических опытах при действии низких концент­
раций монохлорпропионовой кислоты данный показатель оказался наиболее
чувствительным и его изменения четко зависели от концентрации и времени
действия вещества [18].
Проведенное в последние три десятилетия фундаментальное изучение
углубленных механизмов окислительного метаболизма по показателям про­
цессов тканевого дыхания и сопряженных с ними механизмов окислитель­
ного фосфорилирования показало, что специфичность действия химических
факторов окружающей среды на процессы биологического окисления и синтеза
макроэргических соединений проявляется на субклеточном и молекулярном
уровнях и определяется характером взаимодействия того или иного вещества
(или группы веществ) с соответствующим компонентом клетки. Происходя­
щие вследствие этого взаимодействия нарушения окислительного и/или
энергетического обмена, в основе которых лежат конкретные м о л е к у л я р н ы е
механизмы ингибирования, интегрируются нарушением тканевого дыхания
и энергетическим голодом клетки. Для сотен химических веществ выявлены
характер и локализация их действия на молекулярные мишени митохондрии,
что является одним из важнейших путей реализации их токсического дей­
ствия на целостный организм [3, 11, 22, 26, 29].
Вызываемые химическими веществами нарушения процессов о к и с л е н и я
и фосфорилирования, происходящие на клеточном и субклеточном у р о в н я х ,
приводят к дефициту энергии. Указанные процессы имеют и н т е г р а л ь н ы й
характер в силу принципиального сходства изменений метаболических со­
стояний изолированных митохондрий и клеток целостного организма, при­
90
вод ящ их
к общему конечному результату — подавлению потребления кис-
Л°р>Принципиальная качественная общность вовлечения основных энергообразующих звеньев как изолированных митохондрий, так и тканей целост­
ного организма в осуществление перестроек их биологической активности,
вы зы ваемы х воздействием химического вещества, является основой для
п е р е н о с а данных, получаемых на изолированных митохондриях, на целост­
ный организм. Правомочность этого положения подтверждена количествен­
ным соответствием и жесткой корреляционной зависимостью между кон­
ц ен т рац и ям и химических веществ, вызывающими подавление тканевого ды­
хания изолированных митохондрий на 50 % (Ciso), с величинами статис­
т ически определяемых основных параметров токсикометрии этих же инги­
биторов тканевого дыхания (LD50, LC50, Limac, ПД К), что выражается
следующими уравнениями:
lg 1/LD50
= 1,30 + 0,55 Ig1/Ci50
lg I/LC50
= 3.°5 + °.60
r=0,981
(1)
r=0,936
(2)
lg 1/Limac
= 4,15 + 0,605 Igl/Ciso
lg 1/ПДК р.з. = 5,20 + 0,95 Ig1/Ci50
r=0,868
r=0,920
(3)
(4)
lg 1/ПДК a.B. = 7,70 +0,95 ig1/Ci50
r=0,902
(5)
Установлено, что наиболее жесткая корреляционная зависимость суще­
ствует между СЛ50 и L D 50 (уравнение 1). Этой зависимости подчиняется
действие самых разнообразных по химической природе неорганических и
органических соединений, в том числе и неявляющихся специфическими
ингибиторами тканевого дыхания, что может свидетельствовать о том, что
нарушение процессов дыхания и энергопродукции клетки является обязатель­
ным компонентом действия химических факторов на организм как в случае
специфического, т ак и неспецифического характера ингибирования ими биоэнер­
гетики клетки.
Влияние токсических агентов на биоэнергетику реализуется в митохонд­
риях, на долю которых приходится большая часть всей вырабатываемой
клеткой энергии (около 90 %). Причем если в цитозоле клетки энергия
вырабатывается за счет гликолитического фосфорилирования, то в мито­
хондриях энергообразование происходит в процессе окислительного ф о с ф о ­
рилирования. Повреждение структурной основы митохондрий токсическим
агентом приводит к нарушению их энергообразующей функции.
Размещение митохондрий в клетке не является строго определенным и
зависит от органной специфичности ткани и ее функционального состоя­
ния. Как правило, митохондрии тяготеют к тем участкам клетки, где в
Данный конкретный момент наблюдается наибольшая потребность в энерней
Цитозоля клетки митохондрии отделены двумя мембранами — внеши внутренней. Во внешней мембране локализованы ферменты, не приимающие непосредственного участия в процессах окислительного фосфо^ ирования. Во внутренней мембране находятся основные ферментные
дыхПЛеКСЫ’“ОСушеСТВЛЯЮШие окисление субстратов, перенос электронов по
Энеательн°й цепи и с о п РЯженный с ними механизм синтеза и накопления
хин^ГИИ ^ состав дыхательной цепи входит ферментный комплекс — убимемрГ’ цитохРомы Ь, с, с j , а и а3. Помимо этого комплекса, во внутренней
Гена Ране локализованы аденозинтрифосфатаза (АТФаза), сукцинатдегидроКап?33
Дегидрогеназы а-кетокислот, p-оксибутиратдегидрогеназа и
ининацилтрансфераза. На поверхности крист (перегородок внутренней
91
мембраны митохондрий) находится так называемый фактор F1 — один из
важнейших компонентов АТФазы митохондрий. Между кристами в матрик­
се локализованы ферменты цикла трикарбоновых кислот, а также глутаматдегидрогеназа и ферменты, катализирующие окисление жирных кислот.
Очень важной особенностью внутренней мембраны митохондрий является
ее способность к сопряженному с дыханием синтезу макроэргического со­
единения — аденозинтрифосфата (АТФ), являющегося универсальным ис­
точником большинства эндергических функций клетки. Необходимая для
синтеза АТФ-энергия выделяется при окислении интермедиаторов в цикле
трикарбоновых кислот вдыхательной цепи [12, 13, 18, 27].
Функции митохондрий осуществляются представленными структурами.
Так, процессы дыхания сводятся к многоступенчатому окислению сложных
органических веществ, обладающих высокомолекулярным энергетическим
и восстановительным потенциалом. Этот процесс связан с окислением кар­
боновых кислот и осуществляется в цикле трикарбоновых кислот и в со­
пряженной с ним дыхательной цепи. Освобождаемая в процессе окисления
энергия выделяется в дыхательной цепи последовательно и утилизируется
клеткой. При этом основная часть энергии, заключенной в исходных био­
полимерах, выделяется на участке между циклом трикарбоновых кислот и
молекулярным кислородом. П о сравнению с участком субстрат — цикл три­
карбоновых кислот ее количество больше в 13 раз.
Общую схему дыхательной цепи митохондрии и сопряженных с ней
участков окислительного фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) в
А Т Ф можно для наглядности представить в следующем виде (рис. 3.1) [9].
Каждая из таких дыхательных цепочек, состоящая из белков ферментов,
участвующих в функционировании системы переноса электронов и окисли­
тельного фосфорилирования, и локализованная во внутренней мембране
митохондрий, многократно в ней повторяется. Это находится в прямой
зависимости от функциональной активности клетки и ткани, в состав ко­
торой она входит, и определяемой интенсивностью дыхания. В тканях,
характеризующихся высокой активностью и связанной с ней высокой ин­
тенсивностью дыхания (например, сердце и почки), поверхность внутренних
мембран митохондрий и соответственно содержащихся в них дыхательных
цепочек намного больше, чем, например, в печени, состоящей из клеток с
низкой интенсивностью дыхания.
Изучение влияния химических веществ на биоэнергетические п р о ц е сс ы ,
осуществляющиеся митохондриями, проводят, как правило, в двух вариан­
тах их воздействия на данные органеллы клетки. В одном из них в герме­
тически закрытую ячейку, содержащую помещенные в ту или иную среду
инкубации (сукцинат, НАД-зависимые субстраты окисления) м и т ох он д ри и
различных модельных систем: суспензий изолированных митохондрий, вы­
деленных из различных органов; гомогенатов и кусочков тканей, их с р е з о в ,
в ходе эксперимента последовательно вводятся активаторы дыхания — с н а ­
чала А Д Ф , затем 2,4-ДНФ, и после каждого из них исследуемый т о к с и ч е с ­
кий агент в нарастающих концентрациях до получения в ы р а ж е н н о г о эф­
фекта ингибирования дыхания, носящего градуальный характер (рис. 3.2/
[12, 23].
Другой вариант предусматривает воздействие химического ф а к т о р а
различных дозах и/или концентрациях (при разной длительности воздейст­
вия — от однократного до хронического) на целостный организм и п осл е­
дующее выделение из него указанных выше модельных систем, на м ито­
хондриях которых, как и в первом варианте, в условиях in vitro п ров од и т е
92
Комплекс II
ADP +Pi
ATP
Место сопряжения 1
ADP +Pi
ATP
ADP +Pi
Место сопряжения 2
ATP
Место сопряжения 3
Рис. 3.1. Схема дыхательной цепи митохондрией и сопряженных с ней участков
описательного фосфорилирования аденозинфосфата в АТФ. Указаны предполагае­
мые участки ингибирования дыхательной цепи специфическими лекарственными
веществами, химическими реагентами и антибиотиками; а также участки, где пред­
положительно происходит сопряжение с фосфорилированием.
BAL — димеркапрол; TTFA — теноилтрифторацетон; FeS — железосерный белок (негемовое
железо); FAD — флавопротеин (флавинмононуклеотид); FMN — рибофлавинфосфат (флавинадениндинуклеотид): комплекс 1 — NADH: убихинон-оксиредуктаза; комплекс II — сукцинат:
убихинон-оксиредуктаза; комплекс Ш — убихинон: ферроцитохром с-оксиредуктаза; комплекс
IV — ферроцитохром с: кислород-оксиредуктаза; АДР — аденозиндифосфат; АТР — аденозинтрифосфат; Pi — неорганический фосфат; Q — убихинон; NADH — никотинамидадениндинуклеотид, восстановленная форма.
изучение процессов биологического окисления. Оно оценивается по убыли
кислорода в герметически закрытой ячейке, характеризующей скорость ды­
хания митохондрий. Последняя регистрируется полярографическим мето­
дом. Методические рекомендации “Экспрессное определение параметров
Оа SA(a-KGA)
Рис. 3.2. Оригинальная полярограмма регистрации дыхания
изолированных митохондрий.
SA — янтарная кислота: a-KG — aкетоглутаровая кислота; МН — ми­
тохондрии; DN P — динитрофенол;
ADP — аденозиндифосфат.
93
токсикометрии новых химических агентов на изолированных митохондриях
печени” определяют порядок выделения митохондрий и работы с ними
установления концентраций токсичных веществ, ингибирующих дыхание
митохондрий, расчета концентрации химического агента, ингибирующего
дыхание на 50 % (Ciso) [23].
Установление параметров токсикометрии (L D 50, LC 50, ПДК) изучаемого
соединения проводят либо расчетным путем по приведенным выше форму­
лам (при проведении исследований по первому варианту), либо указанные
параметры определяются в эксперименте при помощи любого из использу­
емых в профилактической токсикологии традиционных методов затравки по
показателям интенсивности процессов дыхания и окислительного фосфорилирования (при проведении исследований по второму варианту) [18, 21].
Оценку дыхания митохондрий проводят, изучая состояние различных
участков дыхательной цепи. Исследование НАД-Н-дегидрогеназного участка
ведется с использованием субстратов, окисляющихся с участием НАД-а-кетоглутаровой кислоты, либо смеси яблочной и глутаминовой кислот. При
использовании в качестве субстрата окисления сукцината может происхо­
дить накопление щавелевоуксусной кислоты (Щ УК ), являющейся специфи­
ческим ингибитором СДГ. Этот эффект, называемый ЩУКовым торможе­
нием, является важным показателем при изучении механизмов влияния
токсичных веществ на дыхание митохондрий.
Эффективность работы механизмов фосфорилирования устанавливается
обычно путем добавления к дышащим митохондриям А Д Ф и последующего
учета, скорости дыхания в состоянии 3 (см. рис. 3.2), скорости фосфорили­
рования и величины отношения А Д Ф /О . Состояние энергетической регу­
ляции оценивается по величинам дыхательного контроля и стимуляции
дыхания. При двукратной добавке АДФ появляется возможность более пол­
ного выявления функциональной возможности энергосинтезирующей сис­
темы митохондрий и энергетической регуляции дыхания.
Регистрация дыхания и окислительного фосфорилирования митохонд­
рий описывается типичной полярографической кривой, по показателям
которой производится расчет скоростей дыхания [18, 24]. Она имеет сле­
дующий вид (см. рис. 3.2) [18].
Н а этой кривой выделяют несколько метаболических состояний: V0 (или
метаболическое состояние 2), при котором скорость дыхания митохондрий
лимитируется отсутствием акцептора неорганического фосфата-АДФ; V3
(или состояние активности) — дыхание митохондрий резко увел ичивает ся
после добавки в ячейку определенного количества АДФ-акцептора неорга­
нического фосфата. Именно в этом состоянии скорость дыхания лимити­
руется работой механизмов фосфорилирования и скоростью переноса АДФ
и фосфата через мембрану митохондрий. После исчерпания всей добавлен­
ной АД Ф (перехода ее в А Т Ф ) дыхание вновь резко замедляется — проис­
ходит переход в метаболическое состояние 4 (или отдыха). Это явление
называется дыхательным контролем. Последующая добавка 2,4-динитрофе­
нола (Д Н Ф ), разобщающего процессы дыхания и фосфорилирования, вы­
зывает резкую и необратимую активацию дыхания, которая длится до пол­
ного исчерпания кислорода в ячейке.
Наибольший интерес в прикладных биоэнергетических и с с л е д о в а н и я х ,
в том числе токсикологических, имеют два основных метаболических со­
стояния — 3 и 4. Именно они характеризуют важнейшие аспекты функци­
ональной активности митохондрий — синтез А Т Ф и дыхательный к о н т р о л ь .
Специфические для клетки повреждения связаны с воздействием токси94
их веществ на процессы, обеспечивающие ее энергией, необходимой
структуры и функции клетки, и происходящие в основном
Для сотен химических веществ установлен механизм их
В йствия на внутриклеточную биоэнергетику, связанный с повреждением
Донкретного звена в сложной многоступенчатой цепи окислительных и
к
г е т и ч еск и х процессов. Это дало возможность классифицировать токсиЭеские агенты в зависимости от точки их приложения в общей цепи меха­
н и зм ов выработки энергии, локализующихся в митохондриальных структу­
рах клетки.
К л а с с и ф и к а ц и я ксенобиотиков по характеру и локализации их действия
на молекулярные мишени митохондрий проведена путем сопоставления
у к азан н ы х показателей с химическим строением вещества [17].
У с т а н о в л е н о , что разные этапы сложного и многоступенчатого процесса
окислительного фосфорилирования, начиная о т отщепления протона и элек­
трона о т су бст рат а окисления и заканчивая включением неорганического
ф осф ата в молекулу А Д Ф, далеко в неравной степени чувствительны к дей­
ствию токсичных веществ. Наиболее частые причины нарушения этого
процесса — ингибирование НАД-Н-дегидрогеназы, а также протоноформное
разобщение дыхания и фосфорилирования. Именно в этих точках локали­
зуется действие основной массы токсических агентов.
Ингибиторами НАД-Н-дегидрогеназного участка переноса электронов в
дыхательной цепи являются насыщенные алифатические и циклические
углеводороды, спирты, альдегиды (кроме формальдегида), ароматические
соединения (в том числе ПАУ), дифенилы, циклодиеновые углеводороды,
галоидпроизводные углеводородов, ароматические кислоты, дитиокарбаматы, пиридины и другие гетероциклы, стероиды, жирорастворимые витами­
ны, фосфороорганические соединения, свинец и др.
Наиболее высокоспецифичными токсическими агентами среди перечис­
ленной группы химических веществ являются ротенон, пиридин.
Высокоспецифичными химическими веществами, разобщающими в ды­
хательной цепи митохондрий процессы дыхания и фосфорилирования, яв­
ляются 2,4-динитрофенол и тетрахлортрифторметилбензимидазол. Вместе с
тем эффект “разобщения” свойствен достаточно большой группе главным
образом органических соединений, благодаря чему этот механизм воздейст­
вия токсических агентов на окислительные внутриклеточные процессы за­
нимает второе по частоте место. Способность разобщать дыхание и фосфорилирование установлена для представителей таких классов химических
соединений, как галоген производные алифатических углеводородов, ф ено­
лы, дифенолы; ароматические кислоты; нитро- и аминосоединения; бензотиазолы; дитиокарбаматы; гетероциклы и др. Часто “разобщающее” дейст­
вие токсических соединений сочетается с их способностью оказывать вли­
яние на другие звенья процессов дыхания, протекающих в дыхательной цепи
митохондрий.
Механизмы, благодаря которым осуществляется “разобщающее” дейстотп токсического агента, могут быть разными. Показано, например, что при
ци^аВЛе^ ИИ ДинитР°ф ен ол ом происходит выраженное снижение концентра­
ций Св
дных радикалов. 2,4-Динитрофенол в концентрации, разобщаюДика°КИСЛИТеЛЬН° е Ф осФ °Р илиРование> снижает содержание свободных ранол) ° В В митохонДРиях печени. Диносеб (2,4-динитро-6-фтор-бутилфеРадикТакже обладающий “разобщающим” эффектом, угнетает свободноп о р т я ^ и *516 пРоцессы в митохондриях, и это связано с нарушением транс­
электронов в энергетической цепи. Эксперименты показали, что при
че п од д е р ж а н и я
^м и т охон д ри ях.
95
острых отравлениях алкилпроизводными 2,4-динитрофенола происходят
значительные изменения электронно-транспортных цепей в клетках печени
с угнетением энергетической и детоксицирующей систем. Механизм всего
процесса заключается в том, что эти ксенобиотики резко снижают эффек­
тивность функционирования железосодержащих белков печени, что влечет
за собой нарушение окислительного фосфорилирования. В результате про­
изошедшего разобщения биологического окисления может уменьшиться со­
держание флавинов и кофермента Q, являющихся источниками свободных
радикалов [18].
Ингибирование переноса электронов по другим участкам дыхательной
цепи встречается гораздо реже. Так, ингибирующим действием на уровне
СДГ обладают малоновая и щавелевоуксусная кислоты, фенолы с pH < 7,5;
батофенантролин; теноилтрифторацетон; норбормид. Среди этих соедине­
ний высокоспецифичными агентами являются малоновая и щавелевоуксус­
ная кислоты.
Ингибирующим действием переноса электронов по цитохромному участ­
ку дыхательной цепи до цитохромоксидазы обладают гладиоловая кислота,
Ы-М-ди(хлорэтил)парааминофенилуксусная кислота, батофенантролин,
свинец, цинк, антимицины. Выявлена способность витамина D ингибиро­
вать ферменты цитохромной системы. Наиболее высокоспецифичные среди
них — цинк и антимицин А.
На уровне цитохромоксидазы перенос электронов блокируют окись уг­
лерода, сульфиты, сульфиды, азиды, цианиды, фосфин, формиаты, арома­
тические и алифатические нитрилы (кроме непредельных). Наиболее выра­
женным специфическим действием на цитохромоксидазу обладают цианиды
и азиды.
Определены вещества, обладающие ингибирующими свойствами в отно­
шении АТФазы: алкилирующие соединения (азотистые иприты), дициклогексилкарбодиимид, триэтилолово, дибутилоловосульфид, бнс(трибутилолово)оксид, формальдегид. £'«с(трибутилолово)оксид, а также олигомицин об­
ладают наибольшими специфическими свойствами ингибирования АТФазы.
Ряд других химических соединений объединен по их способности инги­
бировать трансмембранный перенос:
• неорганического фосфата (тиоловые яды — кадмий, ртуть и их неор­
ганические и органические соединения, малеимиды, азотистые ипри­
ты и др.). Наибольшим специфическим действием обладают ртутьорганические соединения;
• адениннуклеотидов (опиаты, бонгрековая и агаровая кислоты);
• катионов (алкиляторы, местные анестетики, формальдегид, комп­
лексные соединения кобальта и лантана). Наиболее в ы с о к о с п е ц и ф и ч ­
ный агент — гексаминкобальтхлорид;
• субстратов (фторцитрат, фусцин, триалкильные соединения олова)Наибольшим специфическим действием обладают аналоги субстрат ов
(например, бутилмалонат).
Как видно из приведенной классификации, количество химических ве
ществ, обладающих высокой специфичностью ингибирования к о н к р е т н о ^
структурно-функциональной единицы митохондрий, незначительно. Спеии
фичность действия основной массы токсичных веществ на к о н к р е т н ь
участок дыхательной цепи митохондрий является по сути дела о т н о с и т е л
ной, так как ингибирование этого участка достигается при более низК°
действующей концентрации химического вещества или меньшем време
96
,1
воздей ствия, а при их увеличении может подавляться активность и
ovroro звена дыхательной цепи митохондрий [18].
Так, например, в модельных опытах на кусочках тканей печени и почек
Ыс при воздействии на них 0,1 эффективной дозы (ЕД™) трихлорэтилена
ГП(Э) в двух вариантах — непосредственное внесение Т Х Э в среду инкуба­
ции или 30-минутная инкубация тканевого препарата с этим токсическим
агентом — было показано, что независимо от времени воздействия Т Х Э на
препараты изменения тканевого дыхания в них происходят прежде всего за
счет протоноформного разобщения дыхания и фосфорилирования, а также
в результате изменения дыхания НАДН-зависимых субстратов. Однако вы­
раженность изучавшегося процесса была большей за счет разобщающего
действия ТХЭ, что особенно наглядно проявилось при увеличении времени
контакта тканевых препаратов с этим химическим веществом [26, 30].
Интоксикация фтором приводит к дефициту субстратов окисления, ин­
гибированию гликолиза и цикла Кребса, в результате чего уменьшается
количество Н А Д Н . Реокисление Н А Д Н в дыхательной цепи затрудняется
торможением активности НАД Н-дегидрогеназы, СДГ и цитохромоксидазы,
что сопровождается снижением утилизации кислорода тканями и повыше­
нием его содержания в венозной крови. Развитие в результате нарушений
окислительного и энергетического метаболизма гипоксии гистотоксического
типа обусловливает в свою очередь клиническую и патофизиологическую
картину, характерную для воздействия фтора.
В силу указанных причин названные выше химические вещества или им
подобные соединения (или их классы) могут одновременно размещаться
среди разных групп веществ, ингибирующих различные участки дыхательной
цепи (например, свинец, ароматические кислоты, алкилирующие соедине­
ния, галоидпроизводные углеводородов и др.).
В описываемой классификации обращает на себя внимание тот факт, что
НАД'Н-дегидрогеназный участок дыхательной цепи ингибируется практически
всеми классами органических соединений, а также некоторыми неорганичес­
кими веществами, в то время как терминальный участок дыхательной цепи
высокоустойчив к действию токсических веществ. Он ингибируется узким
кругом относительно простых неорганических соединений [17, 18].
Эффекты ингибирующего действия ксенобиотиков, локализующиеся на
различных участках ферментной системы митохондрий, осуществляющей
процессы дыхания и окислительного фосфорилирования, не являются не­
обратимыми. Однако воздействие высокоспецифичных по отношению к
иологической мишени отдельных веществ (или их классов) в летальных
Дозах/концентрациях может привести к гибели организма. Речь прежде всего
пш н химических веществах, относящихся к области военной токсиколоко
примере их действия становится понятным, как первичные, высогичеСЦИ”
ЫС эФ Ф екты этих веществ в отношении той или иной биолоскои мишени, входящей, в частности, в систему обеспечения работаюв ™ к и энергией, интегрируются в общепатологические процессы, приЦитот ИС °Р гани? м к гибели. Одним из таких процессов является развитие
данногКСИЧеСК° ^ гип°ксии вследствие ингибирования определенного для
Макоо ° ксенобиотика звена в системе биологического окисления и синтеза
кислотн
еСКИХ с о е д и н е н и й в Митохондриях, приводящего к нарушениям
тельнпгг?'ЩелоЧНОГО гомеостаза за счет метаболического ацидоза и дыхаСогп алкалоза и развитию вторичной гипоксии [18].
ствия врСН° 1слассиф икации токсичных веществ высокоактивного типа дейЮтся ’на щества ~ ингибиторы тканевого дыхания в клетках — подразделя97
4
'
7127
• ингибиторы ферментов тканевого дыхания на стадиях, предшествую,
щих циклу Кребса. Они вызывают угнетение гексокиназы, пируватоксидазы и других ферментов. К таким веществам относятся ипритц
люизиты и другие физиологически активные вещества;
• ингибиторы ферментов цикла Кребса. Этим эффектом обладают фтор,
карбоновые кислоты, а также их соли и эфиры;
• ингибиторы дыхательной цепи в митохондриях. Классическими пред.
ставителями этой группы веществ являются цианиды и другие токси­
ческие вещества — доноры CN-rpynn [7].
Известна большая группа токсичных веществ, действие которых на струк­
турно-функциональный биоэнергетический комплекс митохондрий осущест­
вляется опосредованно. Это прежде всего яды, обладающие активностью в
отношении биологических мембран клетки и митохондрий. Для ряда из них,
например фосфорорганических соединений (Ф О С ) и в особенности фосфорорганических инсектицидов (Ф О И ), установлен механизм мембранотропности, связанный с их высокой липофильностью, активным окислени­
ем, образованием вследствие этого свободных радикалов и в результате
резким нарастанием перекисного окисления липидов. Все это приводит к
увеличению проницаемости мембран и изменению их физического состоя­
ния [1, 2, 16]. Если для клетки этот процесс сопровождается массивным
вхождением ионов кальция, что может явиться причиной ее гибели, то
активация окисления липидов митохондрий может привести к нарушению
их энергетической функции с последующим развитием тканевой гипоксии
[5]. Последствия сорбции высоколипофильных Ф О И на мембранах и рас­
творения их в липидной фазе столь значимы для функционального состоя­
ния клеток и субклеточных структур и, в частности, для энергообразующей
деятельности митохондрий, что действие таких веществ в отношении мем­
бран характеризуется как мембранотоксическое. В результате этого проис­
ходят не только специфические для Ф О С холинергические эффекты, свя­
занные с большим сродством этих соединений к холинэстеразе (ХЭ), но и
взаимодействие Ф О С с рядом других ферментов, в том числе непосредст­
венно участвующих в процессах тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования митохондрий (СДГ, АТФаза, цитохромоксидаза) [16]. Наи­
более чувствительным звеном воздействия фосфорорганических ингибито­
ров является окисление НАД-зависимых субстратов в метаболическом
состоянии 3, т.е. при высокой окисленности компонентов дыхательной
цепи. Этот механизм ингибирующей активности установлен для различных
по токсичности (высоко-, умеренно- и низкотоксичных) и химической
структуре Ф О С (фосфакола, армина, хлорофоса, дибутилмонотио- и дибутилдитиофосфатов калия, роннела и его аналогов, хл орф енвин ф оса,
тиона, малатиона и др.), что позволяет говорить о ингибировании Ф и
тканевого дыхания как об общей закономерности [18]. Грубое н а р у ш е н и ^
энергетики головного мозга при острых отравлениях Ф О И является следС^е
вием развития метаболических нарушений, связанных с описанны ми вь11"
механизмами, и может привести к гибели больных в результате парали
дыхательного центра, нарушений процессов тканевого дыхания и окисл
тельного фосфорилирования, развития тканевой гипоксии и н е с о в м е с т и м
го с жизнью ацидоза. Цитотоксический эффект Ф О С приводит к гиб
нейронов, гепато- и кардиомиоцитов.
я
Между ингибиторной активностью Ф О С на процессы тканевого дЫХа|10.
и их острой токсичностью существует выраженная зависимость. Она вь
лена для столь различных по своей структуре и биологической активно
98
как, например, армин и дибутилмонотиофосфат калия, отлича10щихея по диапазону активности более чем на три порядка.
Характер и степень выраженности изменений процессов энергообразования
в мит охондриях являются одной из фундаментальных основ индивидуальной
чувствительности организма к действию токсического агента. Это выража­
ется, например, в разной тяжести интоксикации при отравлении животных
одной и той же дозой химического вещества. Так, введение хлорофоса
группе подопытных животных в дозе L D 50 вызывает развитие двух степеней
о т р а в л е н и й — средней тяжести и тяжелой. При этом в митохондриях печени
при отравлении средней тяжести происходит увеличение скорости окисле­
ния с^стратов, повышение величины дыхательного контроля. Усиление
дыхания митохондрий развивается в условиях прочного сопряж ения
окисления и фосфорилирования, о чем свидетельствует повышение показа­
теля УднфЛо, где УдНф — это скорость дыхания при добавлении динитрофе­
нола, Vg — исходная скорость.
При развитии тяжелой степени отравления хлорофосом в митохондриях
печени отмечается резкое увеличение скорости дыхания в исходном состо­
янии, отсутствует ответ на добавку АДФ, снижаются величины дыхательных
контролей и коэффициент УДНф/У0.
Изучение влияния ксенобиотиков на интенсивность энергетического
обмена различных тканей позволяет установить молекулярные механизмы
индивидуальной чувствительности организма к действующему токсическому
агенту, обусловливающей развитие отравлений различной степени выражен­
ности при действии одной и той же дозы/концентрации химического веще­
ства. Так, например, при внутрижелудочном введении крысам хлорофоса в
дозе, соответствующей L D 50, у животных развиваются острые отравления
средней и тяжелой степени. П ри этом первые сопровождаются увеличением
скорости окисления субстратов, повышением величины дыхательных кон­
тролей. Усиление интенсивности дыхания происходит при условиях проч­
ного сопряжения окисления и фосфорилирования, о чем свидетельствует
повышение Уднф/У 0.
При острых отравлениях хлорофосом тяжелой степени в митохондриях
печени отмечается резкое увеличение скорости их дыхания в исходном
состоянии, отсутствие реакции на добавку АД Ф, снижение величины дыха­
тельных контролей.
Таким образом, активация процессов энергообразования при острых
отравлениях хлорофосом средней степени тяжести связана с действием
зкстраклеточных регулирующих систем и отражает компенсаторные возмож­
ности организма. При тяжелых отравлениях хлорофосом b митохондриях
печени снижается энергообразующая функция, что выражается в разобщепол ОКисления и фосфорилирования, митохондрии работают только на
ДЦержание собственного метаболизма, выключаясь из общей цепи метаических процессов всего организма.
сое д и н ен и й ,
3-2. Нарушения энергетического обмена
под влиянием ксенобиотиков
ния ^ Р У шения процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилироваHeCKoen3^ l^ eMble XUMUHeSKUMU веществами, приводят к развитию энергетивЫоажр е<Р ии'и т а тканей. Поэтому, обусловленная его глубиной и степенью
постыл™00™ ’ клиническая картина интоксикации связана с избирателью поражения той или иной физиологической системы организма, в
99
основе деятельности которой лежит ее особая чувствительность к дефициту
энергии. Н а первом месте в этом ряду находится Ц Н С , отличающаяся
высокой интенсивностью проходящих в ней окислительных процессов. При
их угнетении на 65 % возникает реальная угроза летального исхода’ отрав­
ления. Клиническим проявлением интоксикации никотином, введенным в
дозе 40 мкг/кг, является токсический отек мозга, связанный с резким
снижением уровня А Т Ф и возрастанием количества А М Ф при неизменном
содержании АД Ф. Уменьшение одновременно с этим суммарного количе­
ства макроэргов и энергетического заряда характеризует глубокое нарушение
биоэнергетики мозговой ткани, выражающееся энергетическим дефицитом.
На фоне формирования токсического отека мозга развивается недостаток
нуклеотидного фонда, что связано с нарушением ресинтеза макроэргов, о
чем свидетельствует угнетение главных энергообеспечивающих процессов —
гликолиза и окислительного фосфорилирования, а также уменьшение ак­
тивности N a+-, К+-АТФазы, осуществляющих гидролиз А Т Ф [4].
Торможение, вплоть до блокады, аэробного пути окисления является
причиной доминирования клинических проявлений со стороны Ц Н С при
отравлениях цианидами, а также рядом органических соединений (напри­
мер, нитрилами), образующими в процессе метаболизма свободные цианионы (C N -). Присущее мозгу интенсивное кровообращение способствует
поступлению в ткани токсического агента, в данном случае — C N -ионов,
которые, вступая в высокоспецифическое для них взаимодействие с гемом
аз цитохромоксидазы — терминального участка дыхательной цепи мито­
хондрий, ингибируют активность этого фермента, блокируют тканевое ды­
хание и вызывают энергетический дефицит в мозговых тканях. Токсический
эффект зависит от интенсивности подавления активности цитохромоксида­
зы. Так, введение пропионитрила вызывает угнетение активности цитохром­
оксидазы головного мозга на 60 %, приводящее к летальному исходу. То же
происходит и при введении животным эквитоксической дозы цианида
калия.
Вследствие резкого угнетения цианидами тканевого дыхания, ингибиро­
вания окислительного фосфорилирования и энергетических процессов в
нервных клетках острое отравление сопровождается клиническими симпто­
мами, связанными с поражением Ц Н С . Отмечаются нарушения координа­
ции движений, выраженные клонико-тонические судороги, нарастающее
расстройство дыхания, одышка, паралич дыхательного центра и смерть от
остановки дыхания.
Клиническая симптоматика подострых и хронических интоксикаций хи­
мическими соединениями — донорами свободных C N -ионов — определяет­
ся степенью совместимости с жизнью блокирования цитохромоксидазы
терминального участка митохондриальной дыхательной цепи и возмож^
ностью участия дополнительных механизмов обеспечения клеток и тканей
энергией, играющих в обычных физиологических условиях незначитель­
ную роль в общей схеме снабжения организма необходимой для его
жизнедеятельности энергией [10]. Например, при хроническом и н гал яц и ­
онном воздействии 3-диметиламинопропанонитрила нарушения энергети­
ческого дыхания и связанных с ним окислительно-восстановительных про­
цессов обусловлены ингибированием отщепляющейся в процессе метабо­
лизма соединения C N -группой конечного акцептора протонов дыхательной
цепи митохондрий — цитохромоксидазы на 27 % (при концентрации соеди­
нения 290 мг/м3).
В процессе хронического взаимодействия C N -иона с гемом аз цитохром 100
зы повышается значение гема а, обеспечивающего так называемое
оКСнпезистентное дыхание и поддерживающего этим совместимый с жизU
у р о в е н ь тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. ДруНЬ“° составляющей этого процесса являются гликолитические механизмы
гоИеоирования энергии, которые при острых отравлениях не успевают ак­
т и в и р о в а т ь с я , а при хронических могут получить необходимое развитие и
Т^еспечить, даже при незначительных запасах гликогена в мозговой ткани,
синтез макроэргических фосфорны х соединений в условиях кислородного
голодания, вызванного частичной и медленно развивающейся блокадой
яэпобного’ пути окисления.
С п е ц и ф и ч е с к о е (цианидное) действие в отношении цитохромоксидазы
присуще не всем нитрилам [25]. Так, при 3-дневном введении диметиламинопропионитрила (Д М П Н ) в дозе, близкой к среднесмертельной, ее актив­
н ость с о ст а в л я л а 73 % от контроля, что приводило к развитию признаков
интоксикации, характерных для действия свободных C N -ионов (судорож­
ные явления, покраснение кожных покровов и видимых слизистых) с по­
следующей гибелью животных в относительно ранние сроки. В то же время
эти симптомы не отмечаются при острых интоксикациях, вызываемых двумя
другими нитрилами, — диметилцианэтилпропандиамином (Д М Ц П Д ) и
N-P-цианэтилдиэтилентриамином (N-P-ЦЭДТА) — при введении их в изоэффективных дозах. Клиническая картина отравлений этими соединениями
развивается вяло, гибель животных происходит в более поздние сроки (на
2-З-и сутки). Активность цитохромоксидазы составляет 119% от уровня
контроля, т.е. отсутствует специфическое для цианидов угнетение фермента
[25].
Показано, что отличия в действии нитрилов — производных алифатичес­
ких соединений — на цитохромоксидазу обусловлены особенностью их ме­
таболизма. При остром воздействии на уровне смертельных доз скорость
отщепления C N -группы от молекулы нитрила тем выше, чем меньше его
молекулярная масса и лучше растворимость вещества в воде. Острая ток­
сичность нитрилов с высокой скоростью метаболизма обусловлена комби­
нированным действием целой молекулы вещества и его метаболита — C N иона. Нитрилы с низкой скоростью превращения действуют в основном
целой молекулой. Это прослежено по кинетическим константам накопления
метаболитов (роданидов) в моче животных при внутрижелудочном одно­
кратном введении им Д М П Н и N-p-ЦЭДТА в динамике нарастающих доз
(0,025; 0,03; 0,05; 0,1; 0,3). При введении Д М П А в сравнении с другим
нитрилом ускорение процесса образования роданидов в 3 раза выше при
меньшей дозе вещества, при которой скорость накопления роданидов равна
/2 максимальной скорости их накопления, что свидетельствует о высокой
скорости отщепления C N -группы Д М П Н и эффективности механизма деэксикации цианида в широком диапазоне вводимых доз нитрила. Однако,
ачиная с определенных доз каждого вводимого нитрила, происходит падеие скорости накопления роданидов. Торможение этого процесса при пои н к еНИИ
в Д°зах свыше 0,1 L D 50 обусловливается прежде всего
гибированием свободными C N -ионами, которые не успевают связываться
ТатеЫводиТься парными соединениями энергетического дыхания. В резульразвивающегося снижения активности цитохромоксидазы происходит
рези бНие содеРжания гликогена в гепатоцитах, падение активности цианМа Р%е50Т[25]° микросомального окисления, снижение содержания цитохроИнгибирование образования роданидов при введении N-p-ЦЭДТА на101
пинается при относительно небольшой дозе (в 1,3 раза меньшей, чем прц
введении Д М П Н ) и низкой скорости их накопления (0,18 мкг/мл/ч), т.е. в
условиях, когда возможности организма по связыванию C N -иона еще дале.
ко не исчерпаны. Предполагают, что, так же как при метаболизме пропионитрила и изовалеронитрила, лимитирующим звеном отщепления цианида
является предшествующий метаболизм молекулы N-p-ЦЭДТА по какойлибо другой связи, который быстро начинает тормозиться избытком суб­
страта — целой молекулой нитрила, в результате чего падает скорость по­
следующей реакции отщепления C N -иона. Именно с этим связано отсутст­
вие признаков специфического (цианидного) угнетения цитохромоксидазы
при действии данного нитрила.
Отсутствие специфического цианидного действия Д М П Н и N-p-ЦЭДТд
обнаруживается при хроническом ингаляционном воздействии этих нитри­
лов на уровне пороговых (25 и 2,8 мг/м3 соответственно) и выраженных
токсических (290 и 9 мг/м3 соответственно) концентраций. Важно отметить
что вещество с более высокой скоростью метаболизма (Д М П Н ), в процессе
которого освобождаются C N -ионы, оказывается в условиях хронического
воздействия менее опасным, чем N-p-ЦЭДТА, метаболизм которого проис­
ходит с гораздо меньшей скоростью. Это указывает на ведущую роль целой
молекулы вещества в процессе хронической интоксикации, тогда как обра­
зование свободных C N -ионов не оказывает существенного влияния на раз­
витие хронического отравления [25].
Приоритетная роль нарушений энергетического обмена в развитии кли­
нической картины отравлений окисью углерода (С О ) наряду с образованием
карбоксигемоглобина установлена только с развитием учения о биоэнерге­
тике клетки и методических приемов ее изучения. Имеющиеся данные
указывают на несоответствие степени тяжести отравлений С О и количества
содержащегося при этом в крови карбоксигемоглобина. Так, наблюдение за
194 больными с острыми отравлениями окисью углерода выявило лишь у
пяти из них содержание карбоксигемоглобина на уровне 60 %. У всех ос­
тальных больных, несмотря на крайне тяжелую форму интоксикации, со­
держание карбоксигемоглобина не превышало 20—30 %. Учитывая, что ве­
дущую роль в развитии клинической картины интоксикации С О играют
резкие нарушения структуры и функции Ц Н С , глубина поражения послед­
ней не может быть связана только с последствиями гипоксемии вследствие
образования карбоксигемоглобина. Еще предыдущими исследованиями по­
казано резкое угнетение окисью углерода дыхания тканей мозга, о с о б е н н о
его подкорковых узлов. В настоящее время установлено, что влияние СО
на энергетический обмен осуществляется через терминальное звено дыха­
тельной цепи митохондрий — цитохромоксидазу, что приводит к гистотоксической форме гипоксии [28]. Последствиями ее являются глубокие нару­
шения окислительных процессов, ограничивающие образование м акроэргических фосфорны х соединений, несущих необходимую для ж изнедеятель­
ности организма энергию. Уменьшением запасов энергетических ресу рсов
не ограничиваются нарушения в энергетическом обмене при интоксикации
С О . Они распространяются также на процесс использования ак к у м у л и р0'
ванной в макроэргических соединениях энергии тканями организма. Поми­
мо этого, С О подавляет активность АТФазы, что сказывается на процессе
освобождения накопленной энергии.
Поражение токсичными веществами определенного звена митохонДРи'
альной дыхательной цепи может иметь неравнозначные п о сл е д ст в и я ДО
различных тканей организма. Установлено, например, что при от равл ен и я
102
т ор ы м и органическими соединениями, вызывающими энергетический
НегЬицит путем ингибирования АТФазы или разобщения процессов дыхания
Д
к и сл и т ел ь н ого фосфорилирования, характерным симптомом является
И ° а ж е н и е органа зрения. Так, при повторных поступлениях в организм
ПОР
разобщ и т ел ей , как 4-нитро-2,6-дихлоранилин и 2,4-динитрофенол,
е ч а ю т ся поражения конъюнктивы, роговицы, при которых возможно
0е развитие катаракты со вторичной глаукомой. Однако наиболее
желые изменения вызывает интоксикация метиловым спиртом, при кото*
поражения глаз возможны при всех путях поступления яда в организм.
Они возникают в результате воздействия этого токсического агента на
митохондрии сетчатки и зрительного нерва, в которых тормозится актив­
ность одного из ферментов дыхательной цепи — АТФазы. Помимо этого,
высокотоксичный продукт метаболизма метанола — формальдегид — обла­
дает способностью разобщать процессы дыхания и окислительного ф о с ф о ­
рилирования в митохондриях, что в совокупности приводит к дефициту
м а к р о э р г о в . Углублению этого дефицита способствует торможение формаль­
дегидом анаэробного гликолиза в тканях глаза, в результате чего недостаток
АТФ нарастает. Даже временное нарушение синтеза А Т Ф в клетках сетчатки
может привести к потере зрения.
Качественные различия реакции энергообразующих процессов мито­
хондрий на действие одного и того же химического фактора одинаковой
интенсивности обусловливают различные механизмы реализации его токси­
ческого эффекта на организменном уровне. Наблюдаемая клиническая кар­
тина отравления средней степени тяжести связана с активизацией процессов
энергообразования под влиянием экстраклеточных регулирующих систем,
что отражает компенсаторные возможности организма. Другой, более тяже­
лый тип реакции на то же токсическое воздействие, выражающийся сниже­
нием энергообразующей функции митохондрий и приводящий к разобще­
нию окисления и фосфорилирования, означает выключение метаболических
возможностей митохондрий из общей цепи приспособительных метаболи­
ческих реакций целостного организма. Связь изменений функции Ц Н С ,
выражающаяся в ее угнетении, с изменениями внутриклеточных окисли­
тельных процессов установлена при действии низкомолекулярных хлорорганических алифатических соединений, применяющихся для ингаляционно­
го наркоза и местной анестезии. Существенное уменьшение потребления
кислорода, установленное при воздействии таких веществ на уровне целост­
ного организма, сочетается с торможением дыхания изолированных мито­
хондрий. Так, добавление в среду инкубации 1, 1, 1-трихлорэтана в концент­
рациях до 2 мкммоль/мг митохондриального белка сильно подавляет дыха­
ние изолированных митохондрий в состоянии 3 при окислении НАД-зависимых субстратов. В состоянии 4 низкие концентрации (до 0,8 мкммоль/мг
Митохондриального белка) 1, 1, 1-трихлорэтана стимулируют дыхание, а при
увеличении концентраций происходит его угнетение. Это соединение вызы­
вает также угнетение дыхания, стимулированного 2,4-динитрофенолом.
присутствии олигомицина (высокоспецифичного ингибитора АТФазы)
>!Л-трихлорэтан не влияет на скорость дыхания изолированных митохонд­
рии. Концентрации токсического агента ниже 2 мкмоль/мг митохондриалього белка не вызывают изменений коэффициента А Д Ф /О . Концентрация
’ ’ Трихлорэтана, вызывающая 50 % ингибирование дыхания изолированх митохондрий в состоянии 3, составляет 0,65 мкмоль/мг митохондри­
ального белка [18].
вызываемому 1, 1, 1-трихлорэтаном торможению дыхания в состоянии 3
103
не способствует ни кофактор, ни субстрат, что подтверждается результатами
экспериментов на изолированных митохондриях, подвергнутых циклу ох­
лаждение — нагревание в присутствии НАД+ и цитохрома с.
Активными ингибиторами митохондриальных метаболических процессов
являются оловоорганические соединения, обладающие выраженной нейрои гепатотоксичностью [18, 22]. Действие этих химических соединений на
биоэнергетику клетки характеризуется достаточно широким диапазоном эф­
фектов и уровней активности, G 50 которых может отличаться для крайних
представителей ряда этих соединений в тысячи раз. Так, C i50 трибутилоловометакрилата составляет 2, М О-3 М, а бис(трибутилолово)оксида — 1-10~6 М.
Высокая липофильность оловоорганических соединений обусловливает не­
сколько большую эффективность ингибирования ими НАД-зависимого пути
окисления. Действие трибутилоловохлорида, трибутилоловометакрилата, дибутилоловосульфида и диэтилдикаприлатолова локализуется в области фер­
ментных систем, расположенных по субстратную сторону от убихинона,
тогда как точка приложения дибутилдиизооктилтиогликолятолова находится
в терминальном участке дыхательной цепи митохондрий между убихиноном
и цитохромом Ь.
Указанные механизмы действия оловоорганических соединений на пере­
нос электронов по дыхательной цепи осуществляются на полностью разо­
бщенных митохондриях. На фосфорилирующих митохондриях некоторые
оловоорганические агенты, например дибутилоловосульфид и бифрибутилолово)оксид, проявляют высокое сродство к окислению, сопряженному с
синтезом АТФ. Они тормозят А Д Ф — активированное дыхание митохонд­
рий в концентрациях, в десятки и тысячи раз более низких, чем дыхание в
присутствии разобщителя — 2,4-динитрофено ла [22].
С влиянием оловоорганических соединений на энергетический метабо­
лизм митохондрий тесно связаны их значительная общая токсичность и
избирательность токсического действия. Сопоставление параметров острой
токсичности соединений с их ингибирующей активностью показывает прак­
тически полное совпадение расчетных (по G 50) и экспериментально най­
денных величин. Единичные исключения могут быть связаны, например, с
образованием более токсичного метаболита, что выявлено для тетраэтилолова, у которого расчетные и экспериментальные величины основных пара­
метров острой токсичности различаются в 5,4 раза [18, 22].
Характерное для оловоорганических соединений выраженное нейро- и
кардиотоксическое действие связано с тем, что эти ткани характеризую тся
высоким уровнем энергетического метаболизма и, следовательно, вы со к о ­
чувствительны к его ингибированию.
Многие химические вещества обладают опосредованным влиянием на био­
энергетику клетки, ч т о связано прежде всего с механизмами их мембраноток­
сического действия [7, 10]. Так, липофильные соединения, вступая во взаи­
модействие с эндогенными липидами биологических мембран, запускают
реакции перекисного окисления, в результате которых целостность биомембран нарушается, и токсический агент, проникая, в частности, внутрь ми­
тохондрий, оказывает воздействие на их энергетику. Этот процесс может
быть связан не только с действием целой молекулы химического вещ ества,
но и с продуктами его метаболизма.
Одним из характерных примеров подобного механизма влияния то к си ч ­
ного вещества на протекание процессов дыхания в митохондриях является
четыреххлористый углерод (ССЦ). Установлено, что центральное место в его
метаболизме занимает радикал C C I3 , образующийся на первой стадии транс-
Формации примерно из 20 % адсорбированной дозы CC I4 в системе цитооома Р-450 [2]. C C I3 взаимодействует с липидами биомембран клетки и
субклеточных структур, инициируя реакции перекисного окисления липилов продукты которых ингибируют процессы тканевого дыхания митохонд­
рий Однако образование хлорметильного радикала происходит в основном
в печени и не происходит в головном мозге, в связи с чем влияние CCI4 на
энергетические процессы в тканях этих органов различно [6, 18].
При однократном сублетальном отравлении животных СС14 первые, наи­
более ранние изменения энергетических процессов происходят именно в
клетках печени [18]. Уже через 15 мин отмечается их активация, выражаю­
щаяся повышением скорости дыхания в активном состоянии 3 после первой
добавки АД Ф, а также увеличением коэффициента А Д Ф /О , свидетельству­
ющим о повышении эффективности сопряжения при окислении митохонд­
риями янтарной и глутаминовой кислот. После повторной добавки АД Ф
появляются признаки умеренного низкоэнергетического сдвига (снижение
скорости дыхания в активном состоянии 3 и величины дыхательного конт­
роля при окислении сукцината), сопровождающиеся характерным для Щ У К
торможением активности СДГ.
Описанная реакция активации дыхания митохондрий печени не наблю­
дается при окислении НАД-зависимых субстратов, обеспечивающих реак­
ции второй ветви энергетического обмена. Реакции аналогичных показате­
лей в митохондриях мозга в этот же период времени характеризовались лишь
незначительным повышением интенсивности дыхания, стимулированного
АДФ при окислении сукцината, и не изменяются в присутствии глутами­
новой кислоты.
Если спустя 1 ч после отравления животных сублетальной дозой CCI4 в
их печени отмечается углубление патологического процесса, о чем свиде­
тельствует смена явлений стимуляции энергетического обмена митохондрий
на явления угнетения процессов дыхания и окислительного ф осф орил иро­
вания (снижение скоростей дыхания в состоянии 3 после двух добавок АД Ф,
скорости фосфорилирования и средней величины дыхательного контроля
при окислении сукцината), то в тканях мозга изменения со стороны их
биоэнергетических систем отсутствуют вовсе. Они начинают появляться
лишь через 1 сут после отравления CCI4, но существенно отличаются по
степени выраженности от аналогичных изменений в печени. Так, если в
последней в среде инкубации с сукцинатом и глутаматом снижение скорости
Дыхания митохондрий в активном состоянии 3 составляет 34 %, то в мито­
хондриях мозга — 13 %; снижение скорости фосфорилирования после пер­
вой и второй добавок А Д Ф митохондриями печени составляло 29 и 45 %
соответСхвенн0) митохондриями мозга — 18 и 17 %.
В ткани мозга в последующие сроки наблюдения какие-либо изменения
процессов дыхания и окислительного фосфорилирования отсутствуют, в то
ремя как в митохондриях печени на 7-й день после отравления СС14
оявляются признаки нормализации их биоэнергетики по изучавшимся
казателям, завершившиеся еще через неделю их полной нормализацией.
н
азличия в реакциях биоэнергетических систем печени и мозга сохраип1ТС)Я[б
Д^ ГИХ интенсивностях воздействия на организм СС14 (Limac,
Нарушения биоэнергетики при различных интоксикациях происходят не
Ко в органах, определяющих ведущие симптомы отравлений, но и в ряде
ф и Их> изменения деятельности которых создают в совокупности полиморм клинической картины интоксикации. Одним из ярких примеров этого
др
104
105
являются клинические проявления токсического действия сероуглерода, ко­
торый при хроническом воздействии приводит к поражениям центральной,
вегетативной, периферической нервной системы, эндокринных и внутрен­
них органов, системы крови, ряда других систем. В клинической картине
интоксикации присутствуют проявления заболеваний Ж К Т и, в частности,
желудка [10]. Изучение причин его поражения сточки зрения биоэнергетики
выявило изменения в протекании в его тканях процессов тканевого дыхания
и окислительного фосфорилирования. Н а гомогенатах из тканей желудка
животных, полученных после ингаляционной затравки сероуглеродом в те­
чение 3 и 6 мес в разных концентрациях (соответственно 265 и 12 мг/м3),
с использованием в качестве субстратов окисления глюкозы и гликогена,
показано, что интоксикация, развивающаяся от воздействия большей кон­
центрации токсического агента, приводит к значительному снижению тка­
невого дыхания и окислительного фосфорилирования в ткани желудка,
причем нарушения последнего более выражены. Параллельное уменьшение
показателя фосфорилирования (P/О ), т.е. отношения использованного ф ос­
ф ора к поглощенному кислороду, свидетельствует о разобщении процессов
окисления и фосфорилирования и нарушении синтеза макроэргических
субстратов. Изменение активности ряда ферментов различных участков ды­
хательной цепи не носит определенного и выраженного характера. Напри­
мер, активность СДГ, обеспечивающей введение электронов в систему тер­
минального окисления, либо не изменяется, либо умеренно ингибируется.
Активность АТФазы, напротив, несколько увеличивается.
Таким образом, высокие концентрации сероуглерода угнетают в тканях
желудка аэробные пути генерации энергии, что сопровождается активацией
гликолиза без существенного изменения гликогенолиза.
Низкая концентрация сероуглерода не вызывала изменений дыхательной
и фосфорилирующей активности митохондриального аппарата желудка, а
также активности АТФазы. В то же время активировались обе ветви мета­
болизма углеводов — гликолиз и гликогенолиз, что свидетельствует о том,
что течение реакций, обеспечивающих энергией жизнедеятельность клеток
желудка, сдвигается в сторону анаэробных процессов прежде, чем происхо­
дят нарушения функциональных возможностей системы аэробной генера­
ции энергии.
Изменения процессов обеспечения энергией тканей одного и того же
органа имеют качественные и количественные отличия в зависимости от
дозы/концентрации действующего токсического агента. Основное из них
заключается в том, что высокие концентрации сероуглерода и возникающие
в процессе его метаболизма продукты, повреждая систему митохондриаль­
ного окисления, вызывают прежде всего угнетение аэробных путей генера­
ции энергии с параллельным увеличением скорости гликолиза, что осущест­
вляется ингибицией переноса электронов на уровне СДГ и разобщением
окисления и фосфорилирования в митохондриях. Последнее является одним
из основных молекулярных механизмов токсического действия сероугле­
рода.
В то же время при действии малых доз/концентраций т о к с и ч е с к о г о
агента феномена разобщения не отмечается, а основные изменения продук­
ции энергии связаны с увеличением скорости гликолиза и г л и к оге н е за.
Таким образом, токсическое действие сероуглерода в разных к о н ц е н т р а ­
циях связано с нарушением координации двух основных механизмов си н т еза
макроэргических соединений со сдвигом в сторону менее э ф ф е к т и в н ы х и
выгодных для организма анаэробных путей энергообеспечения. В таких
106
овиях создается возможность для снижения запасов макроэргических
УсЛ и н е н и й , т.е. формируется энергетический дефицит. Последний оказыС° т отрицательное влияние на структурно-функциональное состояние жев^ека снижая интенсивность пластических процессов в его тканях, что
Л иводит к его структурным повреждениям с последующим формированием
к о н и ч е с к о г о гастрита, являющегося одним из клинических проявлений
хроническ ой интоксикации сероуглеродом [10].
При интоксикациях изменения процессов тканевого дыхания и окисли­
тельного фосфорилирования в различных органах происходят неравномер­
но Они развиваются чаще в тех органах, которые характеризуются высоким
окисл ител ьн ы м метаболизмом. Помимо Ц Н С , такой уровень указанного
процесса характерен для почечной ткани. В сравнительных экспериментах
in vitro на кусочках тканей печени и почек при воздействии на них равных
концентраций Т Х Э более выраженные изменения тканевого дыхания, в виде
угнетения на 42 % сукцинатного дыхания, на 47 % — НАДН-зависимого
дыхания на фоне разобщающего эффекта, были выявлены в почечной ткани
(в печеночной ткани эти показатели составляли примерно 2—3 и 12 %
соответственно), что свидетельствует о большей уязвимости почечной ткани
к повреждающему действию ТХЭ [26].
У некоторых близких по строению химических веществ, часто обладаю­
щих при этом существенными различиями в токсичности, одновременно
выявляются выраженные различия в механизме их влияния на дыхание
митохондрий. Так, классические тиоловые яды (арсениты) подавляют окис­
ление пировиноградной и а-кетоглутаровой кислот за счет связывания SHгрупп дигидролипоилдегидрогеназы, а также нарушают транспорт неоргани­
ческого фосфата через мембрану митохондрий. Совсем иной механизм дей­
ствия у арсенатов. Они активируют дыхание митохондрий в состоянии 4,
снижают отношение P/О , активируют латентную АТФазу. Считают, что
анион мышьяковой кислоты может подменять собой неорганический ф о с ­
фат и, формируя макроэргическую связь с А Д Ф , образует аденозиндифосфатмоноарсенат. Последний легко гидролизуется на А Д Ф и анион арсената.
В результате создается постоянный высокий уровень нефосфорилированной
АДФ, что приводит к необратимой активации дыхания [18].
Высокоспецифичными неорганическими веществами, обладающими ин­
гибиторным действием на различные участки дыхательной цепи митохонд­
рий, являются цинк, цианиды и азиды. Действие цинка локализуется в
одной точке дыхательной цепи, расположенной между цитохромами в и С[,
в которой и происходит ингибирование переноса электронов, в то время
как на участки, расположенные по обе стороны от специфически ингиби­
руемого, заметного влияния цинка не выявлено. С высокой специфичноси чувствительностью дыхательной цепи митохондрий к цинку связываего регулирующее влияние на интенсивность ее работы [17, 18].
то
“
ИРУЮЩИМ влиянием на следующее звено дыхательной цепи мина^эНдРий— цитохромоксидазу — связано высокоспецифическое действие
сое НерГ00®РазУю Щие митохондриальные процессы двух классов химических
реарИНений~ цианидов и азидов. Ионы этих соединений — C N - и N 3-,
ДЬ1х а ^ Я ПРИ весьма низких концентрациях с этим ферментом, подавляют
ИоноНие митохондрий. Ингибиторная активность других неорганических
(SO 2-\В отн°шении цитохромоксидазы намного ниже. Так, сульфит-ион
п0р3 ' П0Давляет активность цитохромок- чдазы в концентрациях на 3—4
ЗДка ниже, чем высокоспецифичные цианиды и азиды.
107
Установлено ингибирующее действие ряда неорганических соединений
на трансмембранный перенос неорганического фосфата. Такие тиоловые
яды, как кадмий, ртуть и их неорганические соединения, подавляют транс­
порт неорганического фосфата, нарушают окислительное фосфорилирование, почти до нуля снижая величину Р/О. Хроническое воздействие ацетата
свинца также снижает эффективность сопряжения (по величине P/О ), ЧТо
приводит к значительному подавлению окислительных процессов в мито­
хондриях печени, причем изменения P/ О и дыхания митохондрий происхо­
дят раньше, чем характерный для свинца клинический признак интоксика­
ции — появление в крови базофильно-зернистых эритроцитов. В митохонд­
риях не только печени, но и почек свинец вступает в конкурентные взаимо­
отношения с неорганическим фосфатом. При его отсутствии свинец пол­
ностью ингибирует дыхание в концентрации 0,2 ммоль, а 25 ммоль фосфата
полностью снимаюу этот эффект [18].
Помимо ингибирующего эффекта в отношении трансмембранного пере­
носа неорганического фосфата, кадмий и ртуть увеличивают активность
латентной АТФазы и транспорт калия, усиливают выброс протона из мито­
хондрий. Им присущи не только ингибиторная активность, но и разобща­
ющие свойства, однако последние проявляются в очень узком концентра­
ционном диапазоне. Так, CdC l2 в концентрации 1, б 10-6 М полностью
разобщает окислительное фосфорилирование (субстрат окисления — сукцинат), а при концентрации 3,3-10~6 М (при окислении янтарной кислоты)
окислительное фосфорилирование ингибируется уже на 30 % [18].
Аналогичный механизм действия на дыхание митохондрий установлен и
для органических соединений ртути и кадмия [18].
Нарушения энергообразующей функции митохондрий, связанные с ин­
гибиторным действием на трансмембранный перенос неорганического фос­
фата, установлены для малеимидов. Они являются эффективными ингиби­
торами окислительного фосфорилирования, причем дыхание, связанное с
фосфорилированием А Д Ф , угнетается более низкими концентрациями от­
дельных веществ, входящих в этот класс химических соединений, чем ды­
хание в разобщенном состоянии, когда скорость переноса электронов по
дыхательной цепи не лимитируется работой механизмов, о б е с п е ч и в а ю щ и х
фосфорилирование А Д Ф [19].
ЛИТЕРАТУРА
1.
Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. и др. Свободные радикалы в живых
системах. — В кн.: Итоги науки и техники. Серия Биофизика. — М.: ВИНИТИ,
1991. - Т. 29. - С. 250.
Курляндский Б.А. О некоторых закономерностях развития хронических интоксикаиий промышленными органическими веществами (к проблеме токсических
воздействий малой интенсивности): Дис. ... д-ра мед. наук. — М., 1970.
7
Курочкин В. К , Лошадкин Н.А., Попов А.Г. и др. Классификация информации по
химическим веществам и военной токсикологии в контексте проблем химичес­
кого разоружения//Токсикол. вестн. — 1994. — № 3. — С. 19—23.
в
Лошадкин Н.А., Абнизов С.С. Классификация токсичных веществ, вызывающих
различные типы гипоксий на начальных стадиях интоксикации//Токсикол.
вестн. - 1995. - № 3. - С. 25-27.
9
Марри Р., Греннер Д., Мейс П.. Родуэм В. Биохимия человека: Пер.с англ. —
1993.— М-: Мир. — Т. 1.
Ю
Метаболические аспекты действия на организм индустриальных химических
соединений. — В кн.: Сб. научн. трудов Красноярского мед. ин-та. — Красно­
ярск, 1988.- С . 14-89, 86-91.
П. Милаева Е.Р., Тюрин В.Ю ., Харитонашвили Е.В. и др. Молекулярные механизмы
действия ртутьорганических соединений на электрон-транспортную цепь мито­
хондрий. — В кн.: Материалы XVI Менделеевского съезда по общей и приклад­
ной химии. - СПб. - 1998. - Т. 4. - С. 102.
12. Митохондрии. Аккумуляция энергии и регуляция ферментативных процессов. —
М.: Наука, 1977.
13
Митохондрии. Структура и функции в норме и при патологии. — М.: Наука,
1971. - 195 с.
14. Митрохин Н.М., Жигачева И.В., Чаморовская Л.Т. и др. Влияние комбинирован­
ного действия солей металлов и фенола на энергетику изолированных мито­
хондрий печени крыс//Бюл. экспер. биол. и мед. — 1992. — № I. — С. 47—50.
15. Осипова В.П., Пименов Ю.Т., Берберова Н.Т. и др. Ингибирующее действие
ртутьорганических соединений на процессы клеточного и митохондриального
дыхания//Токсикол. вестн. — 1999. — № 1. — С. 21—26.
16. Прозоровский В.Б., Ливанов Г.А. Некоторые теоретические и клинические про­
блемы токсикологии фосфорорганических инсектицидов//Токсикол. вестн. —
1997. - № 3. - С. 2-10.
17. Ротенберг Ю .С. Проблема влияния промышленных токсических веществ на
биоэнергетические процессы организма в гигиене и токсикологии: Дис. ... д-ра
мед. наук. — М., 1980.
•8 . Ротенберг Ю .С. Классификация ксенобиотиков по локализации их действия на
ферментные системы митохондрий//Бюл. экспер. биол. и мед. — 1982. — № 9. —
С. 42-45.
*9. Ротенберг Ю .С., Кельман Г.Я. Ингибирование процессов дыхания и фосф ори­
лирования производными малеимида//Биохимия. — 1975. — Т. 40. — Вып. 3. —
С. 489-496.
2.
Голиков С.Н., Саноцкий И.В., Тиунов Л.А. Общие механизмы т оксического дей­
ствия. — JI.: Медицина, 1986. — С. 280.
3.
Ершов Ю.А., Плетнева Т.В. Механизмы токсического действия
соединений. — М.: Медицина, 1989. — С. 272.
4.
Жаров А.Н., Новиков В.Е. Состояние окислительного ф о сф о р и л и р о в а н и я в ми­
тохондриях головного мозга при его токсическом и травматическом о т е к е - н а бухании//Вопр. мед. химии. — 1992. — Т. 38. — Вып. 5. — С. 24—25.
2*- Ротенберг Ю .С., Курляндский Б.А. О возможности расчета токсических и мини­
мально действующих концентраций промышленных ядов в тканях по их инги­
биторной активности//Гиг. труда и проф. заб. — 1978. — № 5. — С. 38—41.
5.
Коржеев А.А., Комиссарова И.А. О механизме повреждающего действия г и п о к с и и
на дыхательную цепь и с п о с о б ы ее фармакологической к о р р е к ц и и / / Э к с п е р клин, фармакол. — 1994. — Т. 57. — № 1. — С. 45—47.
Ротенберг Ю .С., Мазаев В.Т., Шлепнина Т.Г. Особенности действия оловоалкил°в на дыхание и окислительное фосфорилирование митохондрий печени
крыс//Укр. биохим. журнал. — 1978. — Т. 50, № 6 . — С. 695—700.
108
н еорган и ч еск и х
20- Ротенберг Ю .С., Курляндский Б.А. О влиянии длительного действия токсических
веществ на напряжение кислорода в тканях центральной нервной системы//Акт.
вопр. гигиенич. токсикол. — М. — 1972. — С. 76—77.
109
23.
Ротенберг Ю .С., Сербиновская Н.А. Экспрессное определение параметров токси­
кометрии новых химических агентов на изолированных митохондриях печениМетодические рекомендации. — М., 1977. — 37 с.
24.
Руководство по изучению биологического окисления полярографическим мето­
дом. — М.: Наука, 1973. — 221 с.
25.
Сидорин Г.И., Дьякова Л.И., Луковникова Л.В. и др. Нитрилы: токсикокинетика
токсичность и опасность//Токсикол. вестн. — 1996. — № 1. — С. 19—22.
26.
Сидорин Г.И., Суворов И.М., Луковникова Л.В. и др. О патогенезе трихлорэтиленовой интоксикации//Гиг. труда и проф. заб. — 1992. — № 2. — С. 32—35.
Гл а в а 4
ТИОЛОВЫЕ ЯДЫ
4.1. Патогенез и механизмы токсического действия
тиоловых ядов
27.
Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах. — М.: Наука, 1972.
28.
Толкачев Д.А. Влияние хронического воздействия оксида углерода в минимально
эффективных концентрациях на организм экспериментальных животных//Токсикол. вестн. — 1994. — № 4. — С. 31—33.
4.1.1. Общие положения
29.
Фролова АД. Гигиеническое регламентирование металлов на основе механизма
повреждающего действия: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. — JI., 1990. — 41 с.
Т о к с и к о л о г и я тиоловых
ется как один из ведущих
30.
Фролова АД., Луковникова Л.В. Изучение процессов биологического окисления
in vitro для ускоренного прогнозирования метаболической активности промыш­
ленных ядов//Токсикол. вестн. — 1994. — № 4. — С. 20—24.
. •. v •
Щ ч
-»Sprl.ate»f*>•: - - : й 'у1
r.f
* v -'>■
*ЫЦк
1■
■
г»М.
■ :■V...
?.
.
й|*,'.■■■. ■ •
-к
I- • v
о
ХНЗ”V'Г
h
г,
J«- ' ■г.
'
,..U,
Д i/Г
' -У'
')'.ч
. i \•
'
ядов и в первую очередь металлов рассматрива­
разделов промышленной токсикологии прежде
всего в связи с преимущественно профессионально обусловленным контак­
том с этими элементами в чистом виде, а также в сплавах, огромном
количестве неорганических и органических соединений, используемых
практически во всех сферах хозяйственной деятельности человека. Ш ирокое
распространение указанных элементов и их соединений в природе, посто­
янно возрастающее антропогенное загрязнение ими окружающей среды,
которое приняло глобальный характер, явились основой интенсивного изу­
чения металлов в экологической токсикологии. Как в первом, так и во
втором направлениях среди необозримого количества научных работ и пуб­
ликаций преобладают исследования, посвященные тяжелым металлам, или
тиоловым ядам.
К тиоловым ядам от н осят ся химические вещества, способные блокировать
сульфгидрилъные (SH-) группы белков и тем самым нарушать обменные про­
цессы в организме.
Хотя в группу ферментных ядов [75] входят многие элементы и соеди­
нения неорганической и органической природы, с понятием “тиоловые
яды” прежде всего ассоциируются мышьяк и тяжелые металлы (кадмий,
ртуть, свинец), а также медь, железо, кобальт, цинк, марганец, молибден,
хром, ванадий, никель. Поэтому в данном разделе будут рассмотрены имен­
но представители названного класса ядовитых веществ общетоксического
Действия. Правильнее было бы назвать эти химические агенты блокаторами
Функционально активных групп белков, так как они связывают также аминные, карбоксильные и другие группы, хотя и в существенно больших дозах.
Но сульфгидрильные группы, как правило, блокируются при более низ­
ких концентрациях соединений трехвалентного мышьяка, тяжелых металлов
11 Других тиоловых реагентов, что, вероятно, и послужило основанием для
такого группового названия этих ядов. Важно подчеркнуть, что предпочти­
тельными лигандами1 для тяжелых металлов являются пептиды и аминокисотные остатки белков, тогда как взаимодействие с низкомолекулярными
росодержащими лигандами у них не столь однозначно по своим вероятым биологическим эффектам. Поэтому рассмотрение природы тяжелых
зыв * Лигандами называют вещества, связывающие металлы. Если металл при свяхелат*ИИ С лигандом заключен между двумя элементами (N, О, S), образуется
ТепмН° е“ кольцо- В таком соединении металл более прочно связан с лигандом.
Ин “хелат” происходит от греческого слова khele — клешня краба.
111
металлов, их физико-химических свойств, предпочтительных органов-мцшеней, объектов взаимодействия в организме — важная задача в раскры.
тии патогенетических механизмов вероятных отравлений и заболеваний
химической этиологии, связанных с токсическим воздействием тиоловых
ядов.
Вопросы клиники, лечения и профилактики острых и хронических от­
равлений тяжелыми металлами изучены достаточно хорош о, тогда как па­
тогенетические механизмы токсического действия описаны лишь фрагмен­
тарно и требуют дальнейшего изучения. Такое положение вполне естествен­
но отражает непреходящий процесс познания новых элементов бесконечной
гаммы, сложной мозаики физиологических реакций, структурных преобра­
зований и обменных нарушений, в совокупности формирующих данный вид
патологии (болезнь), описываемый типичной клиникой конкретного забо­
левания. Интегрируя в себе специфику экзогенного “ причинного” фактора
с характерными видовыми и индивидуальными особенностями экспониро­
ванного организма, патогенез остается прерогативой, “свойством реагирую­
щего субстрата” по И.В.Давыдовскому [18]. Поскольку число переменных в
рассматриваемых системах огромно, а их результирующие носят стохасти­
ческий характер, изучение патогенетических механизмов представляется
сложной и трудно выполнимой задачей. Прежде всего это касается биохи­
мических механизмов на молекулярном и клеточном уровнях. Как неодно­
кратно подчеркивали А.А.Покровский [43] и Л.А.Тиунов [57], яды не только
раскрывают клеточные и субклеточные субстраты токсического воздействия,
но и позволяют “ препарировать” метаболические пути и комплексы, изби­
рательно изменять скорость и направление биохимических процессов в
живом организме и тем самым познавать их физиологическое значение,
целенаправленно строить системы фармакологической коррекции и профи­
лактики. Таким образом, изучение механизмов действия тяжелых металлов
имеет также общебиологическое значение.
В патогенезе отравлений и функциональных нарушений организма, экспо­
нированного тяжелыми металлами, тесно сочетаю тся специфические элемен­
ты (избирательная токсичность) и реакция стрессорного, неспецифического
характера.
Это определяется особенностями рассматриваемой группы ядов, с одной
стороны, и различиями в реагировании организмов на их поступление,
обусловленными фило- и онтогенетическими отличиями, — с другой. В пер­
вом случае важно учитывать физико-химические свойства металла в элемен­
тарной, ионизированной (соли) и соединенной с органическим лигандом
ф о р м а х . А.Альберт [1] указывает на четыре основные группы ф а к т о р о в ,
определяющих избирательную токсичность ядов в этом плане: ионизация,
редокс-потенциал, стерические особенности ковалентной связи и р а с т в о р и ­
мость. Однако перечисленные свойства отнюдь не относятся к категории
независимых и конвергируют в широких пределах. Так, стерические ф а к т о ­
ры влияют на ковалентную гидратацию. Например, метильная группа по­
вышает липофильность соединения, препятствуя присоединению молекулы
к соседней двойной связи. Электронодонорная метильная группа при нал^
чии ее связи с атомом углерода понижает кислотность и ведет к росту
основности соединения с существенным изменением его б и о л о г и ч е с к о й
активности. Значение указанных закономерностей наиболее четко просле­
живается при рассмотрении мышьяк-, олово-, свинец- и р т у т ь о р г а н и ч е с к и
соединений, биологические эффекты которых обусловлены св ой ст в ам и ме­
талла, органического лиганда и молекулы в целом.
Что касается объекта воздействия, то, во-первых, большая часть метал
112
в о т н о с и т с я к категории биоактивных и необходимых для нормальной
ж и зн ед еят ел ьн ост и организма. Это вызывает негативные реакции, изменеие физиологических функций и метаболизма не только при избытке, но и
поИ н ед ост ат к е микроэлементов в организме. Р.Мартин [35] распределяет
химические вещества, в том числе и ионы металлов, в зависимости от их
поведения в живых системах на необходимые, инертные и токсичные. При
этом он сразу же оговаривает условность такого подразделения, так как в
зависимости от концентрации и времени контакта металл может действовать
п0 каждому из названных типов.
Слабость такой классификации объясняется также тем неоспоримым
фактом, что само понятие “ необходимость” постоянно уточняется. При
этом главное внимание справедливо уделяется взаимосвязи между химией
и о н о в металлов и их жизненно важной ролью, хотя в решении этой про­
блемы, по справедливому мнению Х.Зигеля [20], мы находимся в самом
начале пути.
Именно приложение координационной химии металлов к биологичес­
ким проблемам привело к развитию нового перспективного направления в
биохимии, получившего наименование “ неорганическая биохимия” [81].
Во-первых, раскрытие закономерностей образования комплексов металлов
с олигомерами, пептидами, белками и небелковыми макромолекулами мо­
жет иметь большое значение для познания, в частности, механизмов ток­
сического действия ионов металлов, в том числе переходных и тяжелых.
Во-вторых, имеет место функциональное взаимодействие эссенциальных,
бионеобходимых микроэлементов в организме, вне деформации которого
рассмотрение механизмов токсического действия тяжелых металлов не мо­
жет быть признано удовлетворительным. Наконец, в-третьих, в известных
пределах существует обратная функциональная взаимосвязь между величи­
ной действующей или суммарной дозы тяжелого металла и выраженностью
его избирательной токсичности (полнотой проявления специфических био­
логических свойств, особенно на клеточном и молекулярном уровнях). В то
же время воздействие в очень низких дозах, если исключить парадоксальные
эффекты [7, 45], представляет наибольшие трудности в интерпретации на­
блюдаемых изменений, так как в сложных и многоэтапных процессах био­
трансформации вводимого вещества, сочетания повреждающих и компен­
саторных реакций вычленить и охарактеризовать токсическое действие
крайне затруднительно, а сделанные обобщения могут носить лишь спеку­
лятивный характер.
Отличительной особенностью рассматриваемой группы токсикантов яв­
ляется их выраженная способность к материальной кумуляции в биообъектах
с возможными признаками токсического действия после более или менее проолжительного латентного периода (хронотропностъ данной группы ядов).
Безусловно, существуют определенные особенности клинических прояв­
лений отравлений тяжелыми металлами при разных путях их поступления
организм, зависящие от соотношения местного и общего (общетоксического) компонентов повреждения и реагирования, распределения ядов в
канях и скорости достижения критической концентрации металла в органе,
• • такой (по определению ВОЗ, [86]) концентрации, когда в любой из его
на^ТОк возникают обратимые или необратимые неблагоприятные функциор о МЬНь‘е изменения. При этом за критический орган принят такой, в котоп
Впервые или раньше достигается критическая концентрация металла
определенных условиях для данной популяции данного биологического
113
вида. При этом для данной группы ядов биохимические изменения в орга­
низме человека и животных являются наиболее показательными.
Ведущим механизмом токсического действия тяжелых металлов призна­
ется угнетение ими многих ферментных систем в результате блокирования
сульфгидрильных и других функциональных групп в активных центрах и иных
биологически важных участках белковых молекул [15, 60].
Традиционно объектами наиболее пристального внимания являются
ферментные системы энергетического обмена. Например, ведущим процес­
сом в механизме токсического действия мышьяка и арсенитов, кадмия
свинца, ртути и других металлов, принадлежащих к числу меркаптидообразующих тиоловых ядов, является блокирование SH -групп пируватоксидазной системы, которая содержит ковалентно-связанный дитиоловый кофак­
тор — липоевую кислоту. Н а ее примере был прослежен один из ставших
классическим в токсикологии биохимических механизмов токсичности, дав­
ший начало систематическому изучению тиоловых ядов, позволивший кар­
динально решить проблему их антидотной терапии, а также положивший
начало ш ироком у использованию химических соединений с известным
механизмом действия и природных ядов в препаративной биохимии,
молекулярной биологии, фармакологии и экспериментальной терапии [48'
56, 71].
4.1.2. Физико-химические основы токсичности
тяжелых металлов как тиоловых ядов
Как известно, к тяжелым металлам относятся элементы, обладающие
металлическими свойствами и имеющие высокую плотность. Е.А.Лужников,
Л.Г.Костомарова [17] относят к этой группе более 40 элементов с плотнос­
тью выше 6 г/см3, тогда как А.Т.Пилипенко и соавт. [52] — такие элементы,
плотность которых превышает 5 г/см3. И.М.Трахтенберг и соавт. [61] вклю­
чают в эту группу 43 из 84 металлов, входящих в Периодическую систему
элементов Д.И.Менделеева. Среди них 10 обладают наряду с металлически­
ми свойствами признаками неметаллов и имеют плотность 7,14—21,4 г/см3.
Так, в V фуппе металлические свойства (например, электропроводность)
отмечают уже у мышьяка, который рассматривают также в группе тяжелых
металлов. Наличие металлических свойств предполагает меньшую электро­
отрицательность рассматриваемого атома по отношению к окружающим его
лигандам и особенно непосредственно присоединенным к металлу донорным атомам. Общее количество последних называется координационным
числом. Легкие переходные металлы имеют более высокие, а тяжелые —
более низкие координационные числа. У многих металлов ионная модель в
силу эффектов кристаллического поля не имеет сферической формы, что
приводит к переходу от ионной к ковалентной связи. Для этих к ом п л е к со в
важно оценить такие показатели, как нейтрализация зарядов и к и сл от н ост ь
по Льюису. Здесь понятие “ кислота” относится к иону металла в с о с т о я н и и
окисления, а “основание” — к донорным атомам лиганда [6]. Среди б и о л о ­
гически активных типов донорных атомов в лигандах кислород и алифати­
ческий азот относят к жестким (с ними преимущественно взаимодействуют
“жесткие” ионы металлов, например А13+, Ве2+, Сг3+), ароматический азот —
к промежуточным, а серу — к мягким (с ней соединяются п р е и м у щ е с т в е н н о
мягкие ионы металлов — C d2+, C H 3Hg+, Hg2+, Т1+ и промежуточный РЬ >
но не д р у г и е промежуточные ионы металлов). Вообще, РЬ2+ — ед и н ст в ен ­
ный металл, проявляющий практически в равной мере признаки всех трех
114
соед и н ен и й , образуя также аномально сильные гидрокомплексы в
^ “^альны х и щелочных растворах. В то же время мягкий C d2+ в отличие
неИТр их металлов данного класса не реагирует с эфирной серой (в метио°ине) тогда как жесткий С о 3+ и промежуточный Си2+ взаимодействуют
С ^ Н а л и ч и е в биологических системах отклонений от существующей класА к ац и и еще раз подтверждает сложность биохимических механизмов
и ч е с к о г о действия ионов металлов, сохраняющихся в них многочисленн еоп ре д ел е н н ост е й и компромиссов [35].
при оценке токсичности иона металла не менее важен показатель усйчивости его связи с лигандом. Он оценивается по константам устойчит° сТИ с бидентатными лигандами, ряд которых от магния до двухвалентной
Вт и характеризуется различиями по стандартным лигандам: глицину — 108
и 1 2 - э т и л ендиамину — 1014 раз [2]. Инкремент между ионами металлов
увеличивается в ряду донорных атомов 0< N < S . При этом соединение с
серой для Cd2+ и РЬ2+ имеет более высокий ранг, чем в стандартных сериях.
По величине устойчивости связи с серосодержащим лигандом (сульфгид­
рильные группы как высокомолекулярных, так и низкомолекулярных соеди­
нений) получен такой ряд: Cd2+<Pb2+< C H 3Hg+<Hg2+. Следует подчеркнуть,
что такой же характер устойчивости комплексов по Ирвингу — Уильямсу
сохраняется для них с монодентатным (ОН-) и тридентатным (гистидин)
лигандами.
Г.К.Фримэн [69], характеризуя металлы, предпочитающие серосодержа­
щие доноры (по сравнению с кислород- и азотсодержащими), подчеркивает
их способность образовывать не только сильные 0-связи с легко поляризу­
емыми лигандами, но также и п-связи посредством обратного переноса
электронов с dTt-орбиталей металла на dn- и ртс-орбитали лиганда в связи с
тремя особенностями серосодержащих лигандов:
• в связи с низкой электроотрицательностью серы и высокой поляри­
зуемостью в поле маленького иона металла с высокой плотностью
заряда, даже если ион металла имеет конфигурацию d ;
• расчеты показали, что для ионов с конфигурацией d
ни поляризу­
емость, ни теплота образования простой ковалентной связи не могут
объяснить даже порядков устойчивости сравниваемых связей металл-0
и металл-S, что привело к заключению о существовании dn—dTt-связи
металл — лиганд;
• серосодержащие лиганды занимают различные положения в спектро­
химической серии (от низких до высоких), что в случае связей с
низкоспиновыми ионами с конфигурацией d8 дает дополнительную
стабилизацию за счет увеличения энергии стабилизации кристалли­
ческим полем (Э СК П ).
Доказательства предпочтительного связывания серы с металлом получеbi сравнением ИК-спектров твердых образцов со спектрами в УФ- и
идимой областях. Большинство этих элементов находятся в природных
^редах (атмосфере и гидросфере) в концентрациях менее 1 ммоль/м3, в связи
УровМ “ИХ часто называют следовыми металлами. Локальное повышение
Доб НС^ ЭТИХ элементов в атмосфере и гидросфере связано с развитием
и перерабатывающей промышленности, а также интенсивных
кохозяйственных технологий и транспорта. Предел, до которого атмо115
сфера привносит металл (М ) на поверхность земли либо океана сверх
природного циклического уровня, Г.Спозито [51] выражает с помощью
фактора обогащения EFA:
оые выстланы главным образом неполярными боковыми цепями аминоТислот и моделируют неводные растворы. Следовательно, связывание меКалла таким активным центром или вблизи него осуществляется в неводных
т т в орах , где физико-химические закономерности существенно отличаются
Р таковы х в водных растворах электролитов, в которых обычно изучается
° 3аим одей ствие металлов с пептидами. Тем не менее Г.К.Фримэн считает
эти о п а с е н и я преувеличенными и модельные исследования in vitro весьма.
где J m — средний поток (осадки) на землю либо поверхность океана; J IM _
средний поток (осадки) индексного металла (IM ).
Обычно в качестве IM выбирают А1. Низкие значения EF* для Атлан­
тического океана и Северного моря, приведенные автором (0,02 для Cd, 0,03
для Hg и только для РЬ этот показатель составлял 4,1—5,9), указывают на
относительно низкие уровни антропогенного загрязнения океана, тогда как
этот же показатель (E FA) для земной поверхности составил для Cd 5917, а
для Hg — 1972. Антропогенный вклад для системы земля — воздух наиболее
существен для M n, Си, Zn, Cd, РЬ. Они наряду с Ag, Sb, Sn, Hg представляют
наибольшую потенциальную опасность. Автор приходит к справедливому
заключению, что значительное обогащение окружающей среды этими ме­
таллами из антропогенных источников наряду с низким природным уровнем
в биосфере и высокой мягкостью в водных средах требует постоянного
изучения и контроля влияния на состояние здоровья населения.
информативными.
4.1.3. Тиоловые группы белков, их роль в клеточном
метаболизме и патогенезе отравлений тяжелыми
металлами
Практически любая биологическая система реагирует на следовые коли­
чества катионов тяжелых металлов, поступающих из внешней в ее внутрен­
нюю среду. В качестве лигандов в организме млекопитающих м огут высту­
пать аминокислоты, пептиды, нуклеотиды, порфирины, гормоны и белки.
Однако в тканях и биологических жидкостях организма металлы прежде
всего связываются с пептидами и аминокислотными остатками белков. Для
выяснения механизмов связывания металлов с пептидами используют пеп­
тидоподобный комплекс — биурет (Biu). Он ведет себя как монодентатны й
лиганд в комплексах с С о, Си, Hg, образуя по одной связи металл —
амидный кислород. Атомы металла, например Cd, при этом соединены в
бесконечные цепи металл-С12-металл мостиками из двух атомов хлора, ко­
торые дополняют октаэдрическую координацию C d(B iuH 2)2C l2-Другим при­
мером может быть образование формамидного комплекса, который имеет
такую же конфигурацию — C d (H C O N H 2)2Cl2 [69].
Характеристика основных групп атомов в аминокислотах и пептидах,
потенциально способных к связыванию металла, оказывает су щ ест в ен н у ю
помощь в изучении взаимосвязи металлов с белками. Однако посл ед няя
может существенно отличаться за счет ограничений, накладываемых третич­
ной структурой белка, где активность функциональных групп п о д ч и н я е т с я
геометрическим требованиям, налагаемым цепью белка и контактом с дрУ'
гими группами, координированными с тем же атомом металла. Белок как
полифункциональный лиганд действует полидентатно, он замещает ряд мо­
лекул воды или другого монодентатного лиганда из окружения и о н а металл »
придавая образующемуся хелатному комплексу дополнительную т ерм од и н
мическую устойчивость. Кроме того, активные центры ферментов, в то
числе и металлоферментов, находятся в полостях белковой ст ру к т у ры , к
116
Среди функциональных групп белковых молекул высокой реакционной
разнообразием химических реакций выделяются серосодер­
жащие, особенно сульфгидрильные группы, необходимые для проявления
би ол оги ческ ой активности и поддержания макромолекулярной структуры
многих белков [58].
SH-группы не образуют в белках каких-либо внутримолекулярных кова­
лентных связей, помимо дисульфидных и связей, опосредованных через ион
металла. Нарушение комплекса в результате модификации SH -группы (вы­
теснения из связи с ионом металла) может приводить к изменению струк­
туры белка, а также оказывать непосредственное деформирующее влияние
присоединившейся молекулы ингибитора (ее гидрофильного либо гидро­
фобного радикала или заряженной группы) на соседние участки белковой
глобулы и ее влияние на взаимодействие между субъединицами. Меркуринитрофенолы и р-меркурибензоат вызывают диссоциацию гемоглобина на
ос- и p-цепи. Хлорная ртуть не только не вызывает, но и обращает диссо­
циацию.
Активность большинства ферментов подавляется множеством соедине­
ний. Процесс часто отличается высокой специфичностью. В этом случае
структура ингибитора позволяет изучать строение активных центров и комплементарность биомолекул. Ингибирование ферментов лежит в основе
действия большинства токсикантов и лекарственных средств, в том числе и
тиоловых ядов. Они могут выступать как конкурентные ингибиторы, струк­
турно аналогичные субстрату, при этом обратимо связываются с субстратсвязывающим центром. В ряде случаев может иметь место неконкурентное
ингибирование — ингибитор связывается не только со свободным фермен­
том, но и ферментсубстратным комплексом. Ингибитор соединяется одно­
временно с субстратом, отличается от него по своей структуре и связывается
с аллостерическим центром.
Подавление активности фермента м ож ет быть связано с искажением его
трехмерной структуры (конформации). При действии тиоловых ядов эт о
может быть обусловлено как нарушением трехмерной структуры молекулы
оелка, т ак и происходить вследствие нарушений внутримолекулярных связей
либо из-за деформирующего влияния ингибитора на молекулу белка.
Связанный ингибитор может также экранировать активный центр. Бло­
кирование SH -групп затрудняет возвращение белка в исходную, более энертически выгодную и более стабильную конформационную форму.
Иногда связывание с аллостерическим центром ведет к активации ферК ф 1? 5напРимеР> активация кадмием уреазы). Уреаза (ключевой фермент —
ак
^ катализирует гидролитическое расщепление мочевины на аммиНикИелУГЛеКИСЛЫЙ Га3
Каждая молекула уреазы связана с двумя атомами
сп особ н ост ь ю и
М ат^п недостатке в пищевом рационе никеля у цыплят развиваются дер- ы , в клетках происходит набухание митохондрий, расширение периВДеарного пространства, нарушение функции мембран.
Токсичность никеля- относительно низкая, а его содержание в тканях
составляет 1— 5 мкг/л. В сыворотке никель связан в низкомолекулярные
комплексы с альбумином. Есть и специфический никельсодержащий
белок — никелоплазмин. Не исключено, что никель в уреазе играет ту же
роль, что и цинк в карбоксипептидазе. Тогда при интоксикации кадмием
имеет место его синергизм с никелем. Не исключено, что последний обра- \
зует координационное соединение с аммиаком, тогда ионы никеля ц других
переходных металлов могут участвовать и в работе других ферментов, ката­
лизирующих гидролиз глутамина с образованием аммиака, а последний, как
известно, может играть существенную роль в инициации их нейротоксического действия.
Для понимания механизмов действия тиоловых ядов необходимо вначале
рассмотреть химические свойства сульфгидрильной (-SH) группы цистеина,
дисульфидной (-S-S-) группы цистина и тиоэфирной (-S-CH3) группы ме­
тионина, а также данные о роли серосодержащих групп в ферментах и других
биологически активных белках.
Участие этих групп в ферментативном катализе и связывании субстратов
и кофакторов (ионов металлов и коферментов) нередко определяет спектр
изменений в организме при поступлении тиоловых реагентов, в том числе
арсенита и тяжелых металлов.
При реакции S H -групп с ионами металлов образуются меркаптиды (Me):
R-SH + Ме+-» R-SMe + Н+
(2)
В отличие от реакций алкилирования реакции меркаптидирования носят
обратимый характер, но равновесие смещено в сторону образования слабодиссоциирующих меркаптидов. Ионы металлов легко реагируют как с RSионами, так и с недиссоциированными S H -группами. Одновалентные ка­
тионы серебра, меди, золота и двухвалентные катионы ртути, свинца, кад­
мия и цинка, а также соединения трехвалентного мышьяка и сурьмы обла­
дают особенно высоким сродством к S H -группам. Старое название тиолов
“меркаптаны” происходит от латинского “mercurio aptum” — соединенный
с ртутью. Сродство ионов двухвалентных металлов к SH -группам уменьша­
ется в такой последовательности: Hg2+>Pb2+>Cd2+> Z n 2+ [35]. Однако если
ионы ртути блокируют сульфгидрильные группы белков, цистеина, унитиола, гемоглобина и небелковых гемолизатов эритроцитов, то не отмечалось,
например, блокирования тиоловых групп унитиола ионами кадмия, олова и
свинца. В то же время ионы кадмия и свинца блокировали SH -группы
цистеина на 27 и 50 % соответственно.
Существенные различия выявлены в степени связывания ионов тяжелых
металлов с S H -группами гемоглобина. Подобные результаты получены так­
же на гемолизатах эритроцитов [17]. Так, ионы ртути блокировали их на
100% , ионы свинца — на 18 %, ионы кадмия — на 1 1 %, а ионы олова
вообще не вступали в реакцию с сульфгидрильными группами данного
белка. В связи с тем что SH -группы в белках обязаны своему наличию
остаткам цистеина, это обстоятельство служит подтверждением того факта,
что реакционная способность SH -групп во многом зависит от с т р у к т у р ы
соединения, в которое они входят, о чем свидетельствуют м н о г о ч и с л е н н ы е
экспериментальные исследования. Так, на основании сравнения д а н н ы х
амперометрического титрования и реакции с нитратом серебра было пока
зано, что между серебром и кадмием в организме существуют к о н к у р е н т н ы
взаимоотношения, что связано с различной прочностью соединений ти
118
лЛ _ сера при взаимодеиствии тяжелых металлов с тиоловыми соедиС аминотиолами и дитиолами ионы этих металлов образуют также
fi6Hee п р о ч н ы е комплексы, чем с монотиолами. Логарифмы констант ста« л ь н о с т и комплексов Z n 2+ с тиолами и ЭДТА составляют для меркаптоан ол а 5,9, меркаптоэтиламина и цистеина — 9,9, дитиотреитола — 10,3,
Эи м е р к а п т о п р о п а н о л а — 13,5, для ЭДТА — 16,4. Данный показатель учитыд ют при разработке системы лечебно-профилактических мероприятий, в
■ Числе реагентов, прочно соединяющихся с тяжелыми металлами.
Т Уже в 1953 г. Е.С.Баррон упоминает 17 реагентов на S H -группы и 42
тиоловы х фермента. Представители всех классов ферментов, почти все из­
вестные дегидрогеназы, ферменты обмена аминокислот, углеводов и жиров,
б и оси н т е за белков ингибируются реагентами на S H -группы. П оказана роль
этих групп в мышечном сокращении, окислительном фосфорилировании,
нервной деятельности, делении клеток, действии отравляющих веществ и
радиации.
Влияние тиоловых реагентов на упомянутые физиологические функции обу­
словлено блокированием SH -групп ферментов и других белков, а т ак ж е низко­
молекулярных, функционально важных тиолов, выполняющих роль кофакторов
или простатических групп в различных ферментных системах.
В ферментативных реакциях участвуют и другие функциональные груп­
пы белков: имидазольная группа гистидина, гидроксильная — серина, е-аминогруппы лизина, со-карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой
кислот, фенольная группа тирозина и др. Однако SH -группы отличаются
исключительно высокой реакционной способностью и многообразием хи­
мических реакций. Они вступают в реакции алкилирования, ацилирования,
окисления, тиолдисульфидного обмена, реакции с сульфенилгалоидами, об­
разования меркаптидов, полумеркапталий, меркаптолов, комплексов с пере­
носом заряда и др. Большинство реагентов на различные функциональные
группы белка наиболее быстро реагируют со свободными SH -группами. Во
многих из этих реакций S H -группы принимают участие в форме меркаптидного иона. Он реагирует с а- и p-ненасыщенными соединениями (на­
пример, акрилонитрилом) в 280 раз быстрее, чем непротонированная ами­
ногруппа. Скорость реакции с 2,4-динитрофторбензолом у S H -группы цис­
теина в 90 раз выше, чем у фенольного гидроксила; в 160 раз выше, чем у
аминогрупп, и в 1600 раз выше, чем у имидазола. Меркаптидные группы,
таким образом, — более сильные нуклеофилы, чем другие группы белка.
Сильная нуклеофильность меркаптидных ионов обусловлена главным обра­
зом высокой поляризуемостью относительно большого атома серы. Атом
серы метионина образует координационную связь с ионом ртути. Тиоэфириая группа метионина алкилируется бромбензилом в 50 раз быстрее, чем
неионизированная S H -группа, и в 33 раза быстрее, чем нейтральная
мидазольная группа гистидина или индольное кольцо триптофана. Лишь
н~ н ы й
ион превосходит ее по нуклеофильной реакционноспособМ*
р ^иоэфирные и дисульфидные группы вступают не в столь разнообразные
3наКЦии’ как S H -группа. Устойчивость -S-S-связей при физиологических
билчениях pH хорош о соответствует их основной функции — участию стаакти3аЦИИ макР ° моле1СУляРн°й структуры белков. Дисульфидные группы в
Вра ВНЫх центрах окислительных ферментов подвергаются обратимому преСНию в S H -группы при взаимодействии с субстратами и участвуют в
Талитической реакции.
119
Не менее важным элементом токсического действия тиоловых ядов явля
ется нарушение ими проницаемости клеточных мембран.
Это, в частности, отчетливо показано на примере мембраны эритроцитов
[111]. После преинкубации эритроцитов кролика в течение часа с ионами
тяжелых металлов оказалось, что действие ионов Hg, Pb, Cd в концентрации
1-10“ 3 М вызывает изменение хода кривой осмотической резистентности
эритроцитов в соотнош ении Hg2+>Pbr+>Cd2+, тогда как олово из опытов
было исключено ввиду снижения под его влиянием pH вследствие частич­
ного гидролиза соли SnC ^. При этом ионы ртути вызывали полный гемолиз
а остальные — частичный. Это объясняется наличием тесной взаимосвязи
между структурной детерминированностью эритроцитов, с одной стороны
и их SH-группами — с другой. Последнее подтверждается признаками дестабилизации липопротеиновых комплексов, происходящей за счет конфор.
мационной перестройки апопротеиновой части комплексов из-за блокиро­
вания SH-rpynn.
Скрытые повреждения мембраны эритроцитов при действии тяжелых
металлов, помимо снижения осмотической резистентности эритроцитов,
проявляются в изменении кислотной, щелочной и сапониновой резистент­
ности эритроцитов, определяемой методом эритрограмм. Ионы ртути, свин­
ца и кадмия изменяют ход кривой осмотической резистентности эритроци­
тов уже в концентрациях МО-3 М. Наиболее интенсивным гемолитическим
действием обладают ионы ртути, а наиболее слабым — ионы кадмия. Инте­
ресно отметить существование коррелятивной связи между степенью вызы­
ваемого разными тяжелыми металлами разрушения липопротеидных ком­
плексов в экстрактах печени и стабильностью мембраны эритроцитов в
условиях проникновения в них ионов ртути, свинца, кадмия и олова. Осо­
бенно четко прослеживалась связь между щелочной резистентностью эрит­
роцита и модификацией белков мембраны ионами металла.
Монотиолы реагируют с соединениями трехвалентного мышьяка, обра­
зуя гидролизующиеся моно- и дитиоарсениты. Дитиолы реагируют с арсеноксидами или арсенитом с образованием циклических дитиоарсенитов,
которые значительно стабильнее, чем моно- и дитиоарсениты, в о зн и к а ю щ и е
при реакции с монотиолами. Особенно стабильны пятичленные кольца,
возникающие при взаимодействии соединений мышьяка с 1 ,2-дитиолами
(смежными дитиолами).
Именно с учетом сказанного показателен механизм токсического дейст­
вия мышьяка в организме [38]. Арсенат A s04 подобен фосфату по таким
химическим свойствам, как размер молекулы, структура и способность всту­
пать в биохимические реакции. Но эфиры мышьяковой кислоты обладают
гораздо меньшей устойчивостью; если они образуются на поверхности фер­
мента, то легко гидролизуются при отщеплении от фермента. Этим о б ъ я с ­
няется высокая токсичность соединений мышьяковой кислоты. А р с е н а т
может замещать фосфат во всех фосфоролитических реакциях, н а п р и м е р в
реакциях расщепления гликогена, катализируемой г л и к о г е н ф о с ф о р и л а з о и .
Появляется промежуточный продукт глюкозо-1-арсенат, который б ы с т р о
гидролизуется с образованием глюкозы (арсенолиз). Это же з а м е щ е н и е
происходит и при окислении глицеральдегид-3-фосфата. Вместо ф о с ф а т а
используется арсенат; возникающий ациларсенат гидролизуется с появлени­
ем 1-арсено-З-фосфоглицерата, который дает 3-фосфоглицерат, т.е. процесс
не прекращается, но не образуется АТФ (арсенат разобщает процессы окис^
ления и фосфорилирования). Он же частично замещает фосфор в с т и м у л ^
ции дыхания митохондрий с разобщением окислительного ф о с ф о р и л и р о в
120
Идет медленная реакция превращения соответствующего нефосфорипированного субстрата.
О т о п и с а н н о г о патогенетического механизма существенно отличается
к с и ч е с к о е действие арсенита. О н способен энергично реагировать с тио70 ыми группами, особенно дитиолами, например липоевой кислотой. Блол° я окислительные ферменты, зависящие от липоевой кислоты, арсенит
^ п о соб ствует накоплению пирувата и других а-кетокислот в тканях. Ч е р е з
и j 50 мин после внутривенного введения арсенита натрия новозеландским
к р о ли кам в дозе 7 м г/кг (L D 10) активность пируватдегидрогеназного ком­
плекса (ПВДГ) возрастала с 0,088 до 0,288 и 0,33 ммоль/л соответственно
[111]- В то же время, по мнению авторов, величина активности комплекса
п и р у в а т д е г и д р о г е н а зы не может использоваться при мониторинге отравле­
ний мышьяком, так как повышение ее активности может носить однотип­
ный характер при голодании животных или других стрессовых воздействиях,
а не только при интоксикации арсенитом.
Отмечены различия в действии двух типов соединений трехвалентного
м ы ш ьяка: монозамещенного (R—A s= 0) и дизамещенного (R-AsCl-R'). Пер­
вые эффективно блокируют SH-группы, а вторые — нет. Торможение неко­
торых ферментов (сукцинатдегидрогеназы, альдегидцегидрогеназы, глутаминсинтетазы, тиолтрансацетилазы, люциферазы, ацетил-КоА-карбоксилазы) арсенитом резко усиливается в присутствии моно- и дитиолов. Вероятно,
роль тиола состоит в восстановлении дисульфидной группы белка в сбли­
женных SH-группах, реагирующих с арсенитом. Однако этот механизм не
может быть признан единственным. Например, пируватоксидаза эффективно
ингибируется без дитиолов (на 50 % при концентрации арсенита 1,7-10-5 М),
причем торможение не снимается цистеином.
Применение арсенита и арсеноксидов способствовало выявлению дитиоловых группировок (пространственно сближенных пар SH -rpynn, принад­
лежащих остаткам цистеина) в активных центрах дигидролипоатдегидрогеназы и некоторых альдегиддегидрогеназ. Это действие было впервые обна­
ружено на пируватоксидазной системе, которая содержит ковалентно-свя­
занный дитиоловый кофактор — липоевую кислоту. Признаком наличия
дитиоловой группировки является высокая чувствительность фермента к
торможению низкими концентрациями арсенита или арсеноксидов (порядка
10 —Ю~4). Ферменты, ингибированные препаратами мышьяка, полностью
реактивируются при добавлении избытка 2,3-димеркаптопропанола. При
этом монотиолы малоэффективны.
SH-группы, входящие в состав активных центров ферментов, при взаи­
модействии с субстратами подвергаются обратимому превращению в S-SФУПпы. Однако последние существуют в белках самостоятельно и играют
определенную роль в их структуре и функционировании. Связь между двумя
Двухвалентными атомами серы прочнее, чем связь между двумя атомами
ислорода; энергия разрыва связи составляет 70 и 39 ккал/моль соответст­
в и е . Д исУЛьфидные группы образуются также в процессе окисления (де"Дрирования) SH -rpynn низкомолекулярных тиолов и белков в “ мягких”
ра ° Виях' Скорость и характер окисления SH -rpynn зависят от pH , темпеУры, пространственного расположения сульфгидрильной группы в белке
и Других условий.
Рова НаК™ ВаЦИЯ альдолазы мышц (КФ 4.1.2.13), наступающая при ацилиИз нии SH-групп р-меркурибензоатом, является следствием обратимых
Ва„ Нений в структуре фермента. Инактивация не наступала при блокирои наиболее реакционно-способных SH -rpynn, а только возникала при
121
наличии вяло реагирующих SH -групп. Потеря активности становится ре_
зультатом конформационных изменений, наступающих после блокирования
SH-групп. Действие р-меркурибензоата, метилмеркуринитрата и иодацетамида вызывает не только подавление активности фермента, но и его распад
на 4 субъединицы. Скорость инактивации сопоставима с образованием
меркаптидных связей. Так же ведет себя при действии тиоловых реагентов
и глутаматдегидрогеназа (ГДГ), гексокиназа, 3-фосфоглицеринальдегидцегидрогеназа (3-ФГАДГ, К Ф 1.2.1.12), синтетаза жирных кислот и пируваткарбоксилаза печени, многие другие ферменты.
Изменения в структуре ферментов (трансконформация) под влиянием
меркаптидобразующих агентов могут приводить и к росту активности фер­
ментов. Небольшое количество р-меркурибензоата в присутствии ионов
Са2+ вызывает увеличение аденозинтрифосфатазной активности миозина в
3 _ 4 раза. Однако повышение концентрации агента приводит к ингибиро­
ванию и полному подавлению активности: малатдегидрогеназы (МДГ, КФ
1.1.1.37) — под действием ртути, глутаматдегидрогеназы (ГДГ, КФ 1.4.1.2) —
под действием органортутных соединений.
Одной из причин изменений в макромолекулярной структуре белков при
блокировании SH -групп может быть разрыв внутримолекулярных связей, в
образовании которых принимают участие SH-группы (их возможная роль в
гидрофобных взаимодействиях), нарушается упаковка неполярных боковых
цепей, аминокислотных остатков внутри молекулы белка.
Ионы серебра и ртути ускоряют гидролитическое расщепление S-S-связей в щелочной среде. Начальная скорость реакции гидролиза пропорцио­
нальна концентрации ионов серебра, т.е. роль ионов металла не сводится
лишь к сдвигу равновесия в гидролитическом расщеплении связи, а ион
металла присоединяется к связи с образованием комплекса, который затем
гидролизуется под влиянием нуклеофильной атаки гидроксильных ионов.
Конечными продуктами реакции является меркаптид и сульфоновая кислота
в соотнош ении 1 моль дисульфида — 1,5 моля меркаптида. Дисульфидные
группы стабилизирую т макромолекулярную структуру белков. S-S-связи
в нативных белках не реагируют с тяжелыми металлами при комнатной
температуре и pH 4,0—8,0. Дисульфидные группы восстанавливаю тся тиолами. В организме действует тиолдисульфидный обмен, например с глутатионом.
Глутатион представляет собой трипептид у-глутамилцистеинилглицин,
который существует в восстановленной (Г-SH) и окисленной (rS-ST) фор­
мах. Его функции в клетках весьма разнообразны. В н у тр и к л ето ч н ая кон­
центрация 0,4—12 ммоль. Все функции глутатиона выполняются при учас­
тии SH -группы. О н осуществляет перенос аминокислот через клеточные
мембраны. В тканях есть глутамильный цикл, ответственный за си н тез
глутатиона:
АТФ + глицин + цистеин + глутамат + оксипролин -» глутатион (Г-SH)
(^)
Ключевым ферментом, ответственным за синтез Г-SH в печени, яв л яе тс я
у-глутамилцистеинсинтетаза (КФ 6.3.2.3), а за его распад — у - г л у т а м и л т р а н с фераза (КФ 2.3.2.1). Если активность первой не изменяется с возрастом,
второй — увеличивается, что может быть одним из механизмов п о в ы ш е н и
чувствительности к тиоловым ядам у лиц пожилого возраста.
Глутатион защищает SH -группы внутриклеточных ферментов от окисл
ния, блокирования тяжелыми металлами и другими ядами; участвует
защите тканей от радиационных поражений, в устранении свободных раД
122
ов и п ер ек и се й . В частности, восстановление Н 20 2 (в меньшей степени)
К переки сей липидов (в основном) катализируется селенсодержащей глутаИ о н п е р о к с и д а з о й . Биологическая значимость селена в реализации каталиТической функции ГП подтверждается, например, тем фактом, что эбселен
и другие его соединения обладают ГП-активностью [29]. Авторы показали,
что о-фенилселенилацетофенон увеличивал скорость реакции Г-SH с Н20 2
ет-бутилгидропероксидом, куменгидропероксидом, с гидроперекисями
л и н олевой кислоты и дилинолеиллецитина в 7,0; 25,1; 34,1; 19,1 и 8,4 раза
соответственно. Скорость реакции между Г-SH и Н 20 2 в присутствии эбселена (50 мкмоль) возрастала в 5—6 раз. Каталитический эфф ект указанных
соединений обусловлен окислением и образованием селеноксида, с которым
взаимодействует Г-SH, образуя дисульфид. Окисленный глутатион восста­
навливается под действием глутатионредуктазы в результате окисления
N A D PH в N A D P+, восстановление которого происходит за счет глюкозо-6фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ, КФ 1.1.1.49) и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы (КФ 1.1.1.43) в реакциях пентозофосфатного цикла.
Обсуждается роль G SH в механизмах защиты нервных клеток, гепатоцитов, эритроцитов от реактивных интермедиатов кислорода (О2 -; НО- ;
Н20 2; гидроперекисей), что традиционно связывают с формированием глутатионовой антиоксидантной системы (ГАОС), в которую входят глутатионпероксидаза, ГР и Г6ФДГ [9, 22]. ГАОС отличается высокой мобильнос­
тью и участвует в защитных реакциях, прежде всего в тканях головного
мозга, при различных метаболических, в том числе токсических нарушениях
гомеостаза.
При длительных воздействиях развивается функциональная недостаточ­
ность защитной системы, в тканях мозга накапливаются продукты, которые
окисляют поверхностно расположенные и структурно замаскированные белко­
вые SH -группы, что лежит в основе структурно-функциональных нарушений,
прежде всего в тканях мозга.
Введение белым мышам подкожно диэтилмалеата (0,43—1,29 г/кг) вы­
зывают быстрое истощение уровня Г-SH в печени и мозге [136]. Уровень
ингибиторного действия зависит от дозы и времени после введения пре­
парата. В печени уровень Г-SH восстанавливается до контрольных значений
через 6 ч после инъекции, а в мозге остается значительно сниженным и
через 12 ч после нее. При инъекции диметилмалеата истощение Г-SH
наблюдается только в мозге, но не в печени. Введение ингибитора синтеза
Г-SH бутионинсульфоксимина (1 ммоль/кг) значительно снижает уровень
Г-SH в различных отделах мозга. Его содержание остается пониженным в
течение 24 ч после введения, затем постепенно возрастает и через 60 ч
достигает контрольных значений. Чувствительность различных отделов моз­
га к истощению Г-SH в этих условиях снижается в ряду: ствол мозга >
мозжечок > стриатум > кора > гиппокамп. Предварительное снижение в
озге уровня Г-SH под влиянием обоих препаратов значительно усиливает
неиротоксичность акриламида.
Необходимо подчеркнуть, что функциональная активность Г-SH проявется как самостоятельно, так и в сочетании с белковыми системами. При
ом наряду с ГАОС фигурируют такие защитные формирования, как глуnoH-S-трансферазы, металлотионеины и др., хотя их влияния могут реаотпяВЬШаТЬСЯ И независимо- Например, при остром экспериментальном
ацетатом свинца (100 мг/кг) снижалась активность глутатиончем аНС
вслед за уменьшением содержания Г-SH с задержкой более
на 1 день [115]. Кроме того, предварительное введение L-метионина
123
(250 мг/кг) не препятствовало снижению содержания Г-SH, вызванного Рь
В противополож ность метионину диметилмалеат — агент, вызывающий
истощ ение Г-SH , приводит к увеличению активности г л у г а т и о н - S - T p a H c феразы.
Таким образом, введение РЬ снижает интенсивность второй фазы мета­
болизма ксенобиотиков, хотя истощение Г-SH не является обязательным
фактором, участвующим в изменении функциональной активности глутатиoH-S-траисферазы per se. Дисульфид глутатиона участвует в регуляции бел­
кового синтеза, а также в окислительном фосфорилировании. Превращения
глутатиона тесно связаны с метаболизмом СоА. Имеются данные об участии
Г-SH и глутатион-8-трансф еразы в синтезе простагландинов и лейкотриена С4.
Важная физиологическая функция глутатиона состоит в обезвреживании
чужеродных органических соединений, что имеет прямое отношение к био­
трансформации металлорганических соединений, т.е. и тиоловых ядов.
Глутатион вступает в реакции сочетания с теми соединениями, которые
содержат электрофильные атомы, способные реагировать с SH-группой. Эти
реакции катализируются глутатион-8-трансферазами, представляют началь­
ный этап образования меркаптуровых кислот. Образование конъюгатов с
Г-SH является в то же время одним из путей активации ксенобиотиков,
возникновения цитотоксичных, генотоксичных или мутагенных соединений
[82]. Образование конъюгатов с Г-SH — преобладающий путь биотрансфор­
мации галогенированных алкенов и активации других токсикантов, что
рассматривается как типичный альтернативный путь функционирования
Г-SH. В результате метаболизма глутатионовых конъюгатов ксенобиотиков
образуются реактивные интермедиаты, способные ковалентно связываться
с клеточными макромолекулами и, таким образом, оказывать цитотоксическое действие. Это наиболее четко прослежено в экспериментальных иссле­
дованиях. Так, при инкубации со срезами легочной ткани хомяков СоС12
(1 ммоль) отмечены резкое окисление внутриклеточного Г-SH , увеличение
уровня rS-ST и последующее развитие дисфункции клеток [107]. Одновре­
менное действие СоС12 и Н 20 2 (250 мкмоль) или СоС12 и ингибитора
глутатионредуктазы (1,3-5мс-[2-хлорэтил]-1-нитрозомочевины) усиливало
окислительные эффекты СоС12 и снижало соотношение уровней Г-SH/TSST. Однако значительного усиления клеточной дисфункции, с т и м у л и р у е м о й
СоС12, в этих условиях не наблюдалось. При инкубации срезов с трет-бутилгидроперекисью (100 мкмоль) увеличение внутриклеточного уровня TSST достигало таких же значений, как при действии СоС12 и Н 20 2, но без
значительного ослабления клеточной функции.
Сочетанное действие СоС12 и Н20 2, а также других и с п о л ь з о в а н н ы х
маркерных соединений не оказывало существенного влияния на у р о вн и
белковых SH-rpynn.
Полученные данные показали, что токсический эфф ект С оС 1 2 на к л е тк и
легочной ткани не связан с изменениями тиодисульфидного статуса клетки.
Он может быть опосредован, в частности, интенсивным синтезом м ета л л о тионеина. Последнее подтверждено, например, в опытах с введением голо­
давшим крысам внутрижелудочно CdCl2 в Д°зе 75 м г/кг [135]. С о д е р ж а н и е
металлотионеина в печени у голодавших и неголодавших крыс через 24 ч
после введения CdCl2 составило 360 и 280 м кг/г печени с о о т в е т с т в е н н о .
Голодание не влияло на активность ГП и ГР. М орфологические и з м е н е н и я
в печени были более выражены у голодавших крыс. Сделан вывод, чТ°
печеночный Г-SH играет важную роль в защите от токсического д е й с т в и я ,
124
синтезе металлотионеина, высокий уровень которого может усиливать
£1сические эффекты CdCl2.
р е а к и и о н н о сп о с о б н о ст ь SH-групп даже в нативных белках варьирует в
к и х
пределах (легко реагирующие, вяло реагирующие и замаскированили с к р ы т ы е ). Неодинаково реагируют на связывание SH -групп и
Головые ферменты. Сукцинатдегидрогеназа (СДГ, КФ 1.3.99.1) и 3-ФГАДГ
о м о зя т с я уже при связывании легко реагирующих SH -групп, уреаза, альлаза МДГ — после блокирования медленно реагирующих и замаскиро­
ванных групп. Резких граней между различными типами SH-групп не су­
щ ествует. В белках реакционная способность SH-групп ниже, чем в простых
таолах, и возрастает при денатурации. Но из этого правила есть исключения.
Так папаин (КФ 3.4.4.10) и фицин (КФ 3.4.4.12) реагируют с хлорацетами’ в 15—20 раз, а с 2-бромацетамид-4-нитрофенолом — в 3000 раз актив­
нее чем цистеин; 3-ФГАДГ, алкогольдегидрогеназа (АДГ, КФ 1.1.1.1), фосф о р и л аза мышц — в 9, фосфофруктокиназа (КФ 2.7.1.11) — в 10—13 раз
выше, хотя в последних SH-группы не в каталитическом центре.
SH-группы, расположенные в активных центрах ферментов, активированы
в результате образования водородных связей с соседними функциональными
группами, например имидазолом или карбоксилом. Участие протона SH -группы
в образовании водородной связи приводит к увеличению электронной плотности
у атома серы и, следовательно, к возрастанию его нуклеофильных свойств.
Поэтому, например, скорость алкилирования SH -групп в активных цент­
рах АДГ и АТФ-креатинфосфотрансферазы не меняется в широком интер­
вале pH (4,0-10,0).
Маскирование SH -групп происходит в результате замедления или отсут­
ствия их реакции со специфическими тиоловыми реагентами. Встречается
чаще, чем активация.
Есть две гипотезы по поводу его механизма:
• стерическая недоступность за счет пространственного экранирования
аминокислотными остатками;
• образование SH -группами внутримолекулярных химических связей
(химическая маскировка).
Гемоглобин лошади, например, содержит две пары SH -групп, из которых
только одна легко реагирует с тиоловыми реагентами. Вторая находится
внутри глобулы (замаскирована). Это приводит к затруднениям при реаги­
ровании, вызванным размерами молекулы реагента. В некоторых случаях
молекула ингибитора, присоединившегося к SH -группе, может создавать
стерическое препятствие для доступа субстрата к активному центру и тем
самым тормозить активность. Ртутьорганические соединения при росте раз­
меров молекулы (этилмеркурихлорид < фенилмеркурихлорид < п-ацетамиДофенилмеркуриацетат) ингибируют активность АТФ-фосфотрансферазы
пп
1-38) на 25; 55 и 75 % соответственно [62]. Влияние размера и заряда
присоединившегося реагента прослежено и на примере изоцитратдегидроП-^азы (ИЦЦГ, КФ 1.1.1.41). Показана почти полная инактивация фермента
н еркурибензоатом и 5,5'-дитиобис(2-нитробензоатом), тогда как замена
тротиобензоата на цианид-ион снижает степень ингибирования на 50 %.
2 ^°,д,)1ь‘е результаты получены для аспартатаминотрансферазы (ACT, КФ
Дост
МЬ1ШЦЬ1 сердца свиньи. Но между размерами молекул реагента и
ф а к /ПН° СТЬЮ SH -W H n нет пРямой связи. Вероятно, есть дополнительные
Кото°РЫ’ ВЛИЯК)Щие на этот процесс: в частности, влияние соседних групп,
рые могут способствовать или препятствовать приближению реагентов
125
к SH-группам, изменять степень ионизации SH-групп, участвовать в стаби­
лизации переходного состояния, образовывать внутримолекулярные связи с
ними.
Из различных типов взаимосвязей в белках, в которые могут быть во­
влечены SH-группы, наиболее вероятны гидрофобные. Доказано наличие
внутримолекулярных ковалентных связей (кроме дисульфидных), опосред0ванных через ион металла, т.е. меркаптидных связей, участвующих в обра­
зовании клешневидных комплексов. У ряда металлоферментов — это один
из вариантов маскирования SH-rpynn.
Ф ункция SH-группы заключается в образовании тиоэфирной связи с
ацильной группой молекулы субстрата. Две SH-группы, сближенные в тре­
тичной структуре белка, образуют активный центр, доказательством чему
являются инактивация фермента низкими концентрациями арсенита, кото­
рый обладает высоким сродством к дитиолам, а также конкурентные отно­
шения между субстратами и арсенитом. Дитиолы легко реактивируют фер­
мент. SH-группы белка могут играть роль реакционноспособного акцептора
при реакциях ферментативного переноса ацильных, амидных, фосфатных и
других остатков.
SH-группы окислительных ферментов могут играть роль промежуточных
переносчиков электронов от субстратов к акцепторам, например к НАД+.
Примером может служить липоатдегидрогеназа (НАДНлипоамидоксидоредуктаза, КФ 1.6.4.3). Этот фермент (ЛипДГ) входит в состав а-кетоглутарати пируватдегидрогеназных комплексов и катализирует реакцию:
Лип (SH)2 + НАД+ -> Лип (S-S) + НАДН + Н+
(4)
ЛипДГ является флавопротеидом и не содержит связанной с белком
липоевой кислоты. Но после предынкубации фермента с НАДН его актив­
ность резко тормозится арсенитом. Обработка фермента НАДН приводит к
образованию двух SH -групп на молекулу ФАД. Дисульфидная группа белка
является первичным акцептором электронов и протонов от дигидролипоата;
при этом дисульфидная группа восстанавливается в дитиоловую [30]. Она
отдает один протон и электрон молекуле ФАД, которая переходит в семихинонную форму. Потом к о д н о й из SH-групп дитиола при соедин яется
молекула НАД+> восстанавливающаяся в НАДН с регенерацией исходной
формы фермента. Реакционноспособная -S-S-группа, участвующая в пере­
носе электронов, обнаружена также в активных центрах гл у тат и о н р ед у к та зы
(ГР, КФ 1.6.4.2) и тиоредоксинредуктазы (КФ 1.6.4.5). Они также содержат
две молекулы ФАД на одну молекулу белка и катализируют в о с с т а н о в л е н и е
-S-S-связи в субстратах при помощи НАДФН.
Титрование ГР глутатионом или НАДФН в анаэробных условиях при
водит к росту числа титруемых SH-групп в ферменте. М ех ан и зм действи
аналогичен таковому у ЛипДГ.
Помимо прямого участия в каталитическом акте S H -группы, входящ
в состав активных центров ферментов, могут также играть роль в yetя
новлении связей между апоферментом и молекулами субстрата или коф Р
мента.
тоа
В этом случае они входят в состав контактного участка ак т и в н о го цен У
(binding site). Доказательством служит тот факт, что сукцинат, фумара
малонат защищают SH-группы СДГ от действия не только о к и с л и т е л е й , ^
и алкилирующих агентов, соединений трехвалентного мышьяка, и о н о в рту^
и n-меркурибензоата. Теперь это установлено для сукцинат-, м ялал-,
^
тат-, изоцитрат-, 3-фосфоглицерат-, 3-фосфоглицеральдегид-, (3-окси у*
126
пат-, глутамат-, гомосерин-, альдегид-, алкогольдегидрогеназ, цитохромредукт'азы, альдолазы, глутаминсинтетазы и многих других ферментов и по­
сл у ж и л о толчком к развитию целого направления в использовании карбо­
н овы х кислот, в частности сукцината, для профилактики и коррекции на­
р у ш ен и й энергетического обмена, происходящих под действием ксенобио­
тиков.
Субстраты и коферменты могут уменьшить инактивацию фермента под
влиянием тиолового яда путем стабилизации структуры (конформации) бел­
ковой молекулы фермента, а также в результате изменения белковой моле­
кулы. Например, НАД+ и этанол не только защищают АДГ от инактивации
эти лм еркурхлори д ом и р-меркурбензоатом, но и уменьшают количество
титруемых SH-групп. Избирательное карбоксиметилирование метилртутью
одной из 14 SH-групп АДГ печени приводит к инактивации фермента: НАД+
и НАДН защищают фермент от инактивации, а SH-группу — от алкилирования. Позднее оказалось, что SH-группы не принимают участия ни в
связывании кофермента, ни в катализе, но 6 из 14 SH -групп принимают
участие в связывании ионов цинка.
В присутствии М п2+ фенилмеркурацегат почти не влияет на активность
пролидазы (КФ 3.4.3.7) — фермента, гидролизующего пептидную связь, об­
разованную иминогруппой пролина или оксипролина. Фермент почти пол­
ностью теряет активность в отсутствие ионов марганца. SH-группа является
одним из лигандов, связывающих ион Са2+ в активных центрах амилазы,
цитохромоксидазы, ионов цинка в аспартаттранскарбомилазе, ионов железа
в негемовых белках — переносчиках электронов: ферредоксинах и рубредоксине. SH-группы металлопротеидов принимают участие в связывании иона
металла: АДГ-цинк, металлотионеин — кадмий, цинк, цитохромоксидаза —
медь, лейцинаминопептидаза — марганец. Таким образом, ион металла, со­
единенный меркаптидной связью с атомом серы, обладает способностью
образовывать дополнительные координационные связи с различными функ­
циональными группами белка (азотистыми, карбоксильными и др.). В ре­
зультате возникают хелатные (клешневидные) комплексы, которые могут
выполнять непосредственно каталитическую функцию и участвовать в уста­
новлении связей между различными участками белковой молекулы или
отдельными субъединицами, обеспечивая поддержание уникальной трехмер­
ной конформации ферментов.
В свете современного понимания многообразия биологических функций
сульфгидрильных групп белков в известной мере может быть понята реакция
различных функциональных систем организма на действие тиоловых ядов.
Для неорганического свинца характерно влияние на ключевые стадии син­
теза гемов, которые используются не только для построения молекул гемогооина и миоглобина, но и в системе окислительного обмена клетки (цихром-с-оксидаза, цитохром Р-450, цитохромы b и с, каталаза и перокси­
да aj. В частности, РЬ ингибирует не только аланиндегидратазу, феррохеазУ, копропорфириногеноксидазу, т.е. ферменты порфиринового обмена,
о и трансаминазы (АЛТ, КФ 2.6.1.2 и ACT, КФ 2.6.1.1), ЛДГ (КФ 1.1,1.17)
и Другие ферменты [ 102 ].
клю еханизм Действия этого типичного представителя тиоловых ядов заРоваЧаСТСЯ В Угнетении активности ферментных систем в результате блокиПоло^и каР^оксильных> аминных и особенно SH-групп белковых молекул,
ввелр НЫС изменения ферментативной активности установлены также при
р Н Н " экспериментальным животным (крысы, мыши, кролики, собаки)
■ меди, вольфрама, молибдена, марганца и цинка. Молибден в кон127
центрациях 3,0—19,5 м г/м 3 при хронической ингаляции приводит к сниже­
нию активности каталазы, кислой и щелочной фосфатаз, AJTT и ACT
цитохромоксидазы и повышению активности ацетил- и бутирилхолинэстераз. Cd снижает активность пищеварительных ферментов — трипсина и в
меньшей мере пепсина, активирует уреазу, аргиназу. Под действием Cd
изменяется каталазная активность крови и тканей печени, причем малые
дозы активируют ее, а большие угнетают. Установлена возможность вклю­
чения Cd в комплекс с ферментами: Cd — щелочная фосфатаза, Cd — кар,
боксипептидаза, Cd — цитохромоксидаза [86].
Однако было бы неправомерным относить все проявления токсического
действия тиоловых ядов лишь за счет специфических особенностей поражае­
мых ими белковых систем. Не менее важную роль играют и особенности
химического строения, вероятные биологические функции и количественные
параметры содержания в организме конкретных металлов.
Например, кадмий влияет не только на активность ферментов и белко­
вый обмен, но и на углеводный обмен, вызывая гипергликемию. Он угнетает
синтез гликогена в печени, нарушает фосфорно-кальциевый обмен, вмеши­
вается в метаболизм ряда микроэлементов, таких как Zn, Си, Fe, Mn, Se.
На токсичность Cd влияет содержание в пищевом рационе белка, витаминов
С и D, а также Са, Zn, Си, Fe, Se.
Как известно [142], ионы металлов относятся к ингибиторам микросомальных монооксигеназ 4-го типа, которые тормозят синтез и ускоряют
распад цитохрома Р-450. Их действие направлено преимущественно на гемовую часть цитохрома, как это четко показано для неорганических соеди­
нений свинца [102], а активация либо ингибирование ПОЛ может носить
вторичный дозозависимый характер.
С пероксидацией липидов в органах-мишенях связывают острую токсич­
ность N i2+ [103, 140]. И хотя этот механизм представляется в известной мере
гипотетическим, процесс может развиваться по следующим четырем основ­
ным направлениям:
• замещение никелем железа и меди в интрацеллюлярных структурах;
• ингибирование никелем клеточных систем антиоксидантной зашиты,
прежде всего каталазы, супероксиддисмутазы, г л у т а т и о н п е р о к с к д а з ы ,
альдегиддегидрогеназы и д р у г и х ферментов, которые защищают клет­
ку от свободнорадикального окисления или которые м е т а б о л и зи р у ю т
п родукты П О Л ;
2+
3+
• генерирование кислородных свободных радикалов в цепях’ Ni /N1 ;
Ni + + Нг = Ni
+ ОН + ОН+ (реакция Фентона); Ni + + О ~
= Ni
+ О 2; Н 2О 2 + О 2 = ОН + О Н + + 02 (реакция Габера Вайса);
• никель может усиливать деградацию липопероксидов из л и п и д н о ­
кислородных радикалов з а счет усиления а у т о к а т а л и т и ч е с к о г о переокисления полиеновых жирных кислот.
Необходимо подчеркнуть, что э т и механизмы н е в з а и м о и с к л ю ч а ю т дрУ1"
д р у г а и могут проявляться одновременно. Имеются э к с п е р и м е н т а л ь н ы е под­
тверждения гидропероксидной гипотезы механизма действия д в у х в а л е н т н о г о
иона никеля в реализации его острой токсичности и к а н ц е р о г е н н о с т и [H 'JТем не менее рассматриваемый механизм не может б ы т ь р а с п р о с т р а н е н на
все тяжелые металлы. В частности, в опытах на з а т р а в л е н н ы х C d п е р о р а л ь н о
в д о з а х 0,05 LD 50 крыс н а первых этапах преобладала реакция с н и ж е н и я
содержания Д К и МДА в тканях мозга, печени и почек [76]. Н а р у ш е н и е
альн ы х
направлений обеспечения энергией клеточных систем в дан-
Ма“И(Ьазе токсического воздействия практически не приводит в действие
Н° Ибоднорадикальны е процессы, а в связи с угнетением микросомальных
СВ° н о о к с и г е н а з
имеет место даже существенное снижение уровней Д К и
ШТА в тканях, в первую очередь головного мозга и почек, где, вероятно,
шность этих систем ниже, чем в тканях печени. Кроме того, играет
м° деленную роль и нарушение нейрорегуляторных механизмов. Преиму­
щ ественн ой для затравленных Cd крыс была реакция снижения содержания
новых конъюгатов (ДК): в тканях головного мозга и почек — на 60 %, в
п е ч е н и — на 44 %. Уровень малонового диальдегида (МДА) в печени, мозге
и почках по отношению к контролю составил 61; 92 и 70 % соответственно.
При этом активность ферментов глутатионовой антиоксидантной системы,
о с о б е н н о глутатионредуктазы, существенно возрастала.
Сочетание токсического воздействия с невротизацией давало более слож­
ный эффект. На первом этапе опыта уровень Д К и МДА наиболее сущест­
венно возрастал в тканях мозга (на 53 и 72 % соответственно) с последую­
щим падением ниже контрольных величин. В почках их содержание про­
грессивно снижалось (до 42 и 56 % по отношению к исходному уровню
соответственно), а в печени изменения были несущественны. В дальнейшем
картина значительно изменялась: отмечался достоверный рост Д К , особенно
МДА, уровень которого в мозговой ткани составлял 211 % по отношению
к исходному уровню, тогда как в печени и почках его уровень повышался
не более чем на 25—30 %.
Подобные же результаты были получены в опытах на крысах-самцах
Лонг-Эванс, которым вводили раствор CdCl 2 в дозе 25 мкг Cd на 1 кг массы
тела внутрибрюшинно [113]. Через 24 ч содержание веществ, реагирующих
с тиобарбитуровой кислотой (МДА) в легких и мозге, возрастало до 140 и
170 % по сравнению с контролем. В семенниках и сердце содержание МДА
снижалось до 50 и 75 % соответственно, а в печени и почках не изменялось.
При повышении дозы Cd2+ до 500 мг/кг содержание МДА в легких, семен­
никах, печени и почках возрастало до 200, 140, 130 и 120 % соответственно,
а в сердце оставалось неизменным. Введение Cd2+ (в дозе 1250 мг/кг)
приводило к снижению содержания МДА в печени на 50 % и к его увели­
чению в легких до 200 % при отсутствии изменений в остальных исследо­
ванных тканях.
Авторами сделан вывод о различиях в чувствительности тканей крысы к
стимулирующему ПОЛ действию Cd2+. Однако описанный эксперимент
свидетельствует также о дозозависимых различиях в динамике исследуемых
показателей.
Нарушение магистральных направлений обеспечения энергией клеточных
метем малыми дозами тяжелых металлов практически не приводит в дей­
ствие свободнорадикальные процессы, а в связи с угнетением микросомальных
°нооксигеназ имеет место даже существенное снижение уровней Д К и МДА
тканях, в первую очередь головного мозга и почек, где, вероятно, мощность
систем ниже, чем в тканях печени.
меха ° МС того’ опРеДеленную роль играет и нарушение нейрорегуляторных
кот Низмов‘
данные хорошо согласуются с материалами А.Д.Фроловой,
УровРаЯ1/П° КазаЛа
что ПрИ де^ ствии с°лей Со, Cd, Pb, Мп даже на
ченоНе ' 5 ^ 5 0 после однократного внутрибрюшинного введения не отме­
нил ^ОСтовеРного увеличения уровня промежуточных продуктов превращененасыщенных жирных кислот (ДК) и конечного метаболита (МДА),
128
5 -7 1 Ч -,
129
что послужило основанием для отказа от дальнейших исследований в этом
направлении. Однако если речь идет, например, о трансформации металлорганических соединений в организме, столь категоричные суждения пред.
ставляются неправомерными.
При ингаляции 10-хлорфеноксарсина (1,6 м г/м 3) в хроническом экспе­
рименте у крыс отмечен рост уровня МДА в тканях печени на 47 %, м о з г а - .
на 62 %, почек — на 78 % при угнетении ферментов ГАОС (ГП — в 1 з
ГР — в 2,2, Г-6-Ф ДГ — в 2,6 раза по отношению к контролю) [47]. При
исследовании токсичности бмс(три-п-бутилолово)оксида (ТБТО) в дозах 0 3'
3,0 и 30 м г/кг в тканях мозга крыс отмечены резкое усиление процессов
ПОЛ при максимальной нагрузке (рост Д К в 1,8 и М Д А — в 2,3 раза) и
фазовые изменения (краткосрочное повышение с последующим снижением
ниже контрольных значений) при низких дозах [13]. Для других металлов
эти соотношения могут также существенно изменяться. Например, Ю.С.Каган и соавт. [126] при изучении токсического действия хлорокиси меди
обнаружили сущ ественный рост хемолю минесценции в крови крыс через
24 ч после перорального введения животным препарата на уровне 0,5 LD50
(65 импульсов за 6 мин х 103 при 40 в контроле). Вероятно, эти механизмы
нуждаются в дальнейшем детальном изучении.
Более четко определены молекулярные механизмы действия ионов ме­
таллов, связанные с биотрансформацией их как водорастворимых соедине­
ний. Они локализованы преимущественно в митохондриях, цитозоле и лизосомах клеток. В основе повреждающего действия металлов через АТР-зависимый ионный транспорт лежит предпосылка о Физико-химической ус­
тойчивости комплекса катионов с фосфатными группами АТР [17]. Прак­
тически все металлы могут конкурировать за места связывания в фосфатных
группах с катионами жесткого класса А, к которому относятся такие био­
логически значимые ионы, как Са и Mg. В связи с тем что Со, Cd, Pb, Мп
обладают большим сродством к фосфатному лиганду АТР, чем Mg, они
вызывают диссоциацию комплекса Mg-ATP и образуют такого же типа
хелатный комплекс Ме-АТР, который, однако, не может обеспечить эффек­
тивную работу ионных насосов. Статистически значимое ингибирование
ионного транспорта проявляли не только РЬ и Со в дозах
и VЮ соот‘
ветственно, но и металлорганические соединения ртути, мышьяка и олова
[13, 31, 62].
Имеются и другие попытки объяснения преимущественно м итохондри­
альных эффектов тяжелых металлов с позиций ионного взаи м од ей стви я. В
частности, обсуждается возможная роль Са^+ в цитотоксичности тяжелых
металлов [146]. Н а основе анализа обширных данных литературы авторы
показали, что метаболизм ксенобиотиков, в частности тяжелых металлов,
вызывающих окислительный стресс, сопровождается нарушениями GSH-зависимого баланса тиолы/дисульфиды и усилением ПОЛ мембранных липидов.
Это ведет к нарушению гом еостаза Са2+ за счет локализованного в клеточных
мембранах пула этого иона. Инактивация Са, Mg-АТРазы, о б у с л о в л е н н а я
окислением SH-групп, также вызывает повышение уровня Са2+ в цитозоле’
Ионы таких металлов, как Hg2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, Zn2+, обладающие высоки
сродством к SH-группам и способные действовать на функции SH-содержаиДО:
белков, в случаях окислительного стресса могут стимулировать выход
г0
через вольтозависимые каналы в различных биосистемах, д езорганизую т е
гомеостаз и через этот механизм и н ги б и р у ю т Са, Mg-АТРазу, наруш ая те
самым митохондриальные функции клеток различных организмов.
130
Познание закономерностей взаимодействия токсичных металлов с кальцидохгими эссенциальными микроэлементами биосистем по конкурентному
е-м “ му механизму существенно расширяет наши представления о патогенезе
и°гправлений, возможностях их профилактики и лечения.
4 2. физиологический синергизм и антагонизм
в механизме действия тяжелых металлов
С л о ж н а я проблема взаимодействия между микроэлементами в организме
„ЗС)аботана крайне недостаточно. В клетках содержится большое количест­
во и о н о в металлов. Хотя твердый остаток при сжигании составляет всего
3 _ 5 %, в организме человека массой 70 кг содержится 1050 г Са, 245 г К,
105 г Na, 35 г Mg, 3 г Fe, 2,3 г Zn, 1,2 г Rb [38]. Важную биологическую
роль играют не менее 7 элементов, которых содержится менее 1 г: Си —
100 мг, Мп — 20 мг, Со — 5 мг, Mo, Cr, Sn, V — менее 6 мг. Эритроцит
о б ъ е м о м 80 мк 3 содержит 3,10 8 молекул белка, преимущественно гемогло­
бина, 7,105 атомов меди и 1,105 атомов олова. В нем имеется 2,104 атомов
серебра’(концентрация его более 1,10-7 М); присутствуют бор и алюминий —
3 ,Ю5 атомов, мышьяк — 7,10 5 атомов, свинец — 7,104 и никель — 2,10 4 ато­
мов. При этом Rb, Sr, Ni считаются малотоксичными, a Sb, As, Ва, Be, Са,
Pb, Hh, Ag, Tl, Th — высокотоксичными.
Внутриклеточные системы имеют собственные механизмы концентриро­
вания ионов. Митохондрии могут концентрировать ионы К, Са2+, Мп 2 и
других двухвалентных металлов за счет обменной диффузии, т.е. путем
вторичного активного транспорта. Дифференцированный характер накопле­
ния тяжелых металлов в компартментах клетки имеет биофизическую при­
роду. Цитоплазма клеток напоминает ионообменные смолы, несущие ф ик­
сированные заряды. Смолы, содержащие остатки сульфокислот, связывают
калий, а содержащие остаток фосфорной кислоты, — натрий. Включение
тиоловых ядов в этот процесс определяет в известной мере их влияние на
ионный обмен в клетках. Так, при введении Cd в организм нарушается
обмен кальция, фосфора, железа и меди [119]. Особенно четко это просле­
живается по отношению к Са. Содержание последнего в крови и моче у
хронически экспонированных малыми концентрациями сульфата кадмия
крыс (ингаляция по 4 ч ежедневно в течение 4 мес в дозе 0,3 м г/м 3)
снижалось на 24,3 и 21,2 % соответственно. На фоне малобелковой диеты
уменьшается содержание кальция и цинка в костях. Кадмий угнетает про­
цесс образования активной формы витамина D в почках (1,25-дигидроксиолекальциферол), что замедляет абсорбцию Са в кишечнике [8 6 ]. У береенных крыс отмечены гипокальциемия и выраженный остеопороз, а у
отомства ~ искривление передних конечностей.
и пт!ггКа3ан ад и ти вн ь!й эфф ект соединений ртути с кадмием. Кадмий, как
мета Ь> связывается в организме со специфичным транспортным белком
riDo ° ТИОНеином
Если связывание производить вне организма, то
Вове1600 последУЮЩего связывания в крови и печени снижается. В протиДругихСИНе{5ГИЗМ^ кадмия и ртути отмечен выраженный антагонизм этих и
выми ТЯЖелых металлов с цинком и селеном. Вероятно, угнетение тиолот°ЛькоЯй аМИ а^тивности металлоферментов может быть обусловлено не
нновых
ад° Й СУЛЬФГИДРИЛЬНЫХ групп, но и нарушением металлопротесвойств К£МПЛексов с утратой либо ослаблением последними каталитических
интоКс *ОЛожительный эффект селена особенно четко прослеживался при
икациях кадмием, ртутью и никелем людей, а также в эксперимен­
131
тальных исследованиях. Эти наблюдения послужили основанием для
пользования селена при комплексном лечении широкого круга заболевай^
в том числе и химической этиологии [112, 127, 128].
Ии>
Как справедливо указывают М.Г.Коломийцева и Р.Д.Габович [28], леж
щие в основе физиологического взаимодействия микроэлементов в органи^
ме человека и животных влияния на ферментативные процессы, функци*'
желез внутренней секреции, синтез гормонов и витаминов, энергетику клет°
ки могут носить как содружественный, так и антагонистический характеп
Важно учитывать их соотношение между собой [4], а также условия прояв­
ления этого взаимодействия, которое определяется многочисленными эндои экзогенными факторами. Так, при изучении токсичности и характера
совместного действия кобальта, вольфрама и титана установлено, что био­
логически малоактивный титан усиливает токсичность кобальта и вольфра­
ма [23]. Если для чистого кобальта смертельная доза для крыс при интратрахеальном введении составляла 10 мг, то в смеси с титаном она снижалась
до 4 мг. Совместное действие кобальта и окиси углерода также приводит к
усилению токсичности каждого компонента смеси.
При внутримышечном введении крысам 200 мкг хлорида кадмия выве­
дение с калом алюминия возрастало в 9,3, молибдена — в 6,4 и серебра —
в 2 раза [10]. Предварительное воздействие малых нетоксичных доз Cd
повышало устойчивость к некрозу яичек при последующем введении боль­
ших доз (за счет индукции синтеза металлотионеина), что свидетельствовало
об адаптивном характере защитного действия данного белка.
М еталлотионеин имеется во всех животных тканях, связывает большие
количества ионов многих металлов, особенно цинка. Он содержит 33 %
цистеина и связывает 6 ионов металла на молекулу белка; может быть
окислительно-восстановительным буфером, подобно глутатиону и способ­
ствует удалению экзогенных тяжелых металлов из организма. С металлотионеином соединено до 20 % адсорбируемого из Ж К Т и соединенного с
низкомолекулярными белками Cd (сначала он соединяется с альбумином,
а затем с металлотионеном). Этот белок выносит Cd в почечные канальцы
и далее в мочу. В предотвращении токсичности Cd ведущая роль также
принадлежит металлотионеину. Последний одновременно регулирует вынос
из клеток Zn и Си, образующих с Cd в организме динамические биоактив­
ные пары. Угнетение кадмием оксидаз со смешанной функцией также
снимается металлотионеином, чем объясняется обратимый характер подав­
ления им процессов микросомального окисления.
В комплексах с металлотионеином и в металлоферментах ионы цинка
могут быть заменены марганцем и кобальтом, а также другими ионами без
существенного снижения каталитической активности. С цинком в этом
плане конкурируют также медь и кадмий.
В экспериментальных исследованиях на крысах при совместном введе­
нии с цинком выявлено усиление действия свинца на порфириновый обмен
(рост выведения с мочой в 4,5 раза). При затравке крыс и кроликов пылью
хромоцинкового катализатора (37 м г/м3) отмечено отставание в приросте
массы подопытных животных по отношению к контролю на 42 %. В то же
время имеются данные [59, 60] о выраженном антагонизме никеля и х р о м а ,
никеля и марганца, никеля и кобальта в острых опытах при явления
аддитивности (для никеля и кобальта) в хроническом эксперименте.
Связывание, распределение и выведение ксенобиотиков-металлов в ор
ганизме зависит прежде всего от обеспеченности его э с с е н ц и а л ь н ы м и ми
роэлементами и состоянием их обмена. Например, накопление ц и н к а
132
и3ме экспериментальных животных приводит к снижению содержания
°РгаН с и тогда как добавление в корм Fe предотвращало потерю меди в
И и О тмечен определенный синергизм при действии на половую сферу
ПеЧС тных марганца и цинка. При изучении кроветворения показано взаиЖИВ°йствие не менее 6 микроэлементов (кобальта, железа, меди, цинка,
м0деанЦа никеля). Эти ионы оказывали также положительное воздействие
^ б и о л о г и ч е с к у ю сопротивляемость организма к заболеваемости. Имеется
На и с с л е д о в а н и й об антагонизме меди и цинка, меди и молибдена, меди и
ганца в организме. Но данные по этим позициям достаточно противо­
речивы На модели Oncorhynchus mykiss после 10-дневного воздействия -на
их медью в концентрациях 0,1; 0,2 и 0,3 мг/л, составляющих 0,15; 0,31 и
0 46 от 96 -часовой LD 5q, исследовали поведенческие реакции при формиоовании социальной иерархии в группе [123]. Концентрации 0,2 и 0,3 мг/л
вызывали достоверные изменения в поведении популяции: уменьшалось
число атак, увеличивалось число угроз, удлинялось время формирования
иерархии. При действии смеси тяжелых металлов (Си, Zn, Ni, Cr, Fe)
изменения были более выраженными и касались не только изменения
индивидуального и группового поведения, но также респираторных и дви­
гательных реакций (0,0015—0,0059 % от LD50), давали эф ф ект порога и
достигали LD 50- При этом летальную токсичность связывают преимущест­
венно с присутствием в смеси меди [124]. Последнее чрезвычайно важно с
точки зрения видовых отличий в чувствительности к разным компонентам
смеси, а также в вопросе о доминирующем компоненте смеси тяжелых
металлов во внешней среде, что подлежит дальнейшему специальному изу­
чению.
Недостаточность меди в организме нередко носит вторичный характер
вследствие того, что цинк препятствует ее поглощению у животных либо
она связывается молибдатом в инертный комплекс. При этом возникают
нарушения в костной ткани (остеопороз), обесцвечиваются волосы, теряется
эластичность артерий, нарушается синтез гемоглобина [38].
Нарушение баланса названных выше элементов при взаимодействии с
ионами тяжелых металлов является одним из важных аспектов биологичес­
кой активности последних, а изучение поражений разными химическими
формами тяжелых металлов на малых уровнях воздействия, их связывание,
биотрансформация, транспорт у человека и животных (в том числе и транс­
плацентарный транспорт), нейроповеденческие, иммунологические (вклю­
чая гиперчувствительность) эффекты у экспонированных в разных условиях
контингентов населения признаются приоритетными направлениями даль­
нейших исследований в ряде монографий ВОЗ из серии “ Гигиенические
критерии состояния окружающей среды” (см. список литературы к настоя­
щей главе). Именно эти аспекты проблемы в наибольшей мере определяют
патогенетические механизмы отравлений рассматриваемой группой хими­
ческих веществ в их современном понимании и должны учитываться при
комплексном лечении и профилактике отравлений.
4-3. Токсикокинетика и токсикодинамика
тиоловых ядов
ны <“оединения тяжелых металлов могут поступать в организм ингаляционбом ’ Леркутанным> пероральным путями, а также парентеральным спосоПр ' Однако если поступление ядов в дыхательные пути и на кожу, как
ВИЛо- носит профессионально обусловленный характер, в плане развития
133
бытовых отравлений среди населения наибольшее значение имеет пероряп
ный путь их попадания в организм. Поступившие в организм тиоловые я Ь'
распределяются в органах и тканях крайне неравномерно, что затруднГ14
сопоставление, особенно в ряду металлов.
До 50 % введенного ингаляционным путем Cd содержится в легких. Пг>
поступлении в Ж К Т в организме задерживается от 1 до 8 % введенной дозь
Имеются большие индивидуальные колебания этого показателя. Наиболь
шая зарегистрированная абсорбция не превышает 20 %. Созданная в 70-'
годах одночастная модель токсикокинетики Cd в организме все время раз­
вивается и стала многочастной, учитывающей распределение в почках, пе­
чени и крови, а также такие показатели, как суточное поступление, масса
органа и др. Кадмий проникает в головной мозг и в небольших количествах
(до 2,5 %) сохраняется там в течение всего периода наблюдения.
Пары ртути при ингаляции почти на 100 % абсорбируются в альвеолах
легких, переходя в Hg2+ в эритроцитах и тканях организма. В Ж К Т погло­
щается не более 10 % введенной Hg, но этот показатель существенно воз­
растает у детей, причем 75—90 % введенной дозы выводится через кишеч­
ник. В почки попадает 50—90 % Hg от общего содержания в организме.
Относительно высокие уровни отмечены в гонадах и железах внутренней
секреции. У детей и подростков, молодых животных в эксперименте пока­
затель накопления в почках ниже, а в тканях печени и мозга — относительно
выше, чем у взрослых особей. В тканях плода крыс содержание Hg в 40 раз
превосходило средний уровень в теле взрослых животных. Общее распреде­
ление можно представить таким образом: 50 % — в почках, 20 % — в печени,
25 % — в желчи и до 5 % — в мозге. В выведении Hg из организма отмечают
две фазы: первая — с Т 50 продолжительностью 2—5 дней, когда выводится
до 90 % накопленного количества, и вторая — с Т 50 — до 30—40 дней.
Однократное введение неорганической ртути в организм приводит к
накоплению ее преимущественно в цитоплазматической (54 %) и ядерной
(30 %) фракциях клеток почек. По мере удлинения срока поступления
(хроническое в течение 6 мес подкожное введение хлорида ртути) наблюда­
ется возрастание ее содержания в ядерной, лизосомальной и митохондри­
альной фракциях клеток без увеличения концентрации в цитозоле. В более
поздние сроки Hg продолжает накапливаться только в лизосомах. Характер
распределения Hg в субклеточных компартментах других органов (печень,
головной мозг) аналогичен; он также существенно не отличается от распре­
деления в клетке органических соединений. В нейронах Hg связывается с
мембранами митохондрий, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи,
ядер и лизосом.
Таким образом, проникая через клеточные и субклеточные мембраны ,
Hg задерживается на них, распределяясь по всем субклеточным ф ракци ям .
Различия в содержании Hg в разных фракциях клетки можно объяснить,
вероятно, неодинаковым сродством к ней функциональных групп биомолекул субклеточных частиц. Влияние Hg на уровень и скорость с и н теза ДНК
и РН К в клетках культуры и тканях живого организма является, по-види^
мому, следствием избирательной локализации этих соединений в я д е р н о й
фракции клетки. С обнаруженными особенностями ее в н у т р и к л е т о ч н о г о
распределения можно связать развитие патологических изменений физио­
логических и биохимических процессов в организме, в частности ее гона­
дотоксическое, эмбриотоксическое и мутагенное действие.
Отличное от ртути и свинца распределение в клетке с в о й с т в е н н о CdЗначительная его часть накапливается в надосадочной части г о м о г е н а т а
134
что объясняется способностью Cd вызывать индукцию и связыватьпеЧСНбелком тионеином, содержащимся в этой фракции печени. Такое же
ся с еделение установлено в клетках монослойной культуры гепатоцитов.
раслр
ч после воздействия во фракциях цитозоля, ядер, митохондрий,
ЧеРез ом обнаруживали соответственно 56, 23, 14 и 7 % добавленного
МИ ч ества металла. При увеличении времени культивирования до 20 ч
^о л и чество Cd в цитозоле возрастало, а в остальных субклеточных фракциях
сНИН ако п лен и е Cd в клетках культуры почек происходило параллельно
ы ш е н и ю степени его цитотоксичности. Установлена линейная зависиП°сть между увеличением содержания и временем действия в первые 6 ч, а
м° е 18 ч инкубации наблюдали плато. Вместе с тем характер распределеП°я Cd в клетке не зависел от выраженности цитотоксического действия:
более 90 % его связано с цитозолем, остальная часть — с микросомной,
м и т о х о н д р и а л ь н о й , ядерной фракциями и клеточными фрагментами. В интактных лимфоцитох селезенки мышей общее потребление CdCl 2109 зависе­
ло от дозы и составляло 0,1 —10 мкмоль. Распределение в ядрах, цитозоле
и фракциях органелл составило 60, 34 и 6 % соответственно независимо от
к о н ц е н т р а ц и и Cd и времени его воздействия. Накапливаясь на внутренних
мембранах митохондрий и гепатоцитов, Cd уменьшает энергоснабжение и
сти м у л и р у ет ПОЛ в концентрациях 10—100 мкмоль. В случае более низкого
содержания кадмия (1 мкмоль) отмечалось нарушение целостности мембран
митохондрий без стимуляции процессов ПОЛ.
Изучение субклеточного распределения Cd в печени позволило расш иф­
ровать механизм возникновения толерантности к данному токсиканту при
его предварительном введении. Установлено, что снижение чувствительнос­
ти к Cd обусловлено изменением его распределения не в тканях, а в
цитозольной субклеточной фракции печени, где происходит связывание его
с металлотионеином.
На монослойной культуре клеток СР4С показано, что проникновение
Cd в клетку происходит через потенциалзависимые кальциевые канальцы.
Cd вызывает ультраструктурные изменения клеточных мембран, митохонд­
рий, цистерн аппарата Гольджи, сети трубочек, хроматина, ядрышка, микрофиламентов и рибосом. Поражение клеточной оболочки являлось наибо­
лее ранним признаком действия Cd, особенно при длительном поступлении
в клетки.
Неорганические соединения свинца задерживаются в легких на 35—50 %.
При поступлении в Ж К Т этот показатель составляет 15—50 %, что связано
с режимом питания, диетой, возрастными особенностями и другими ф ак­
торами. Концентрация в крови (РЬВ) достаточно четко коррелирует с вве­
денной дозой свинца. Распределение в мягких тканях и их Т 50 существенно
отличаются от таковых для костной ткани. Если в крови и мягких тканях
концентрация РЬ снижается вдвое примерно за 35—40 дней, то в костях этот
показатель составляет примерно 27 лет. При этом необходимо подчеркнуть,
то в зависимости от возраста в костях депонируется 75—94 % абсорбиро­
ванного РЬ. М обилизация его в различных стрессовых ситуациях (болезнь,
лен°ДаНИе’ отРавление Другими ядами) может давать патологические проявп
У ранее практически здоровых людей. Особенно важен этот момент
мате
еМенности’ когда мобилизация РЬ может стать угрозой здоровью
до оq 1! ,11 плода, тем более что в пупочной вене концентрация РЬ составляет
Hmvi
ОТ таков°й в крови матери. Из организма свинец выводится преУЩественно почками, что существенно отличает его соединения от со135
единений ванадия, которые только на 30 % выводятся с мочой, а на 70 ^
с фекалиями (по ванадату натрия), и от солей хрома Cr (III), kotodk"
практически полностью экскретируются через кишечник. Если наивысщд 6
концентрация ванадия в легких в 20 раз выше, чем в других органах, хрома Я
в селезенке и почках, то кадмий и ртуть аккумулируются в основном "
почках. Примерно такие соотношения получены для соединений трех- В
пятивалентного мышьяка; неорганические и метилированные его соедине**
ния выводятся из организма через почки за несколько дней на 46 % и боле
от полученной дозы. Прием неорганических соединений As приводит к
образованию в организме диметиларсиновой и (в существенно меньшей
степени) монометиларсиновой кислот. При этом As (V) предварительно
восстанавливается в As (III).
Никель распределяется достаточно равномерно в легких, печени, почках
селезенке, гонадах, а его содержание в щитовидной железе и надпочечниках
примерно в 10 раз выше. Через кожу человека всасывается до 88 % нано­
симого препарата. 90 % никеля выводится через кишечник, а 10 % — через
почки. Вводимый в организм кобальт обнаруживается в крови (при интратрахеальном поступлении) уже через 5 мин. В отличие от свинца Со отли­
чается более высоким содержанием в плазме, чем в эритроцитах (в 2 раза).Адсорбция Со в крови характеризуется экспоненциальной зависимостью и
двумя периодами полувыведения, которое осуществляется в основном по­
чками и заканчивается в течение недели после введения.
Приведенные данные позволяют получить общую картину и основные
особенности поступления, распределения и выведения из организма веду­
щих представителей рассматриваемого класса токсикантов. Этот перечень
информации можно было бы продолжить с учетом физико-химических
особенностей, путей поступления яда в организм и характеристики поража­
емого объекта. Ф ормализация этих данных, как и сопоставление, представ­
ляет большие трудности. Тем не менее только на этом пути можно построить
удовлетворительную модель, отражающую не только качественные, но и
количественные закономерности токсикокинетики тиоловых ядов.
К числу первых в этом направлении следует отнести модели для ртути
и свинца, разработанные Е.Пиотровски, которыми широко пользуются в
расчетах по настоящее время. Их детальное рассмотрение, как и моделей
других авторов, может быть предметом самостоятельного исследования [93,
118]. Применительно к целям данной работы следует обратить внимание не
на уравнения регрессии, обобщающие результаты моделирования, а на те
ограничения, которые связаны с величиной действующей дозы (концентра­
ции), трансформацией вводимого вещества в организме, ролью легочных
макрофагов в солюбилизации исходного продукта, депонирование и моби­
лизации ада и др.
Применительно к ртути, например, хорошо известно, ч т о п р а к т и ч е с к и
вся поступившая в организм ртуть достаточно быстро ионизируется, а все
органические соединения переходят в метилртуть. Однако получены много­
численные подтверждения того, ч т о обратимость указанных п р о ц е с с о в ле­
жит в основе одномоментного определения различных форм этого м е т а л л а
в ионизированной, нейтральной и органической формах.
„
Еще большее многообразие характерно для органометаллов. Так, ТБТ
подвергается дебутилизации с образованием дибутильных и м о н о б у т и л ь н ы х
производных, небольшие количества которых становятся объектами микр°
сомальных монооксигеназ (большие дозы подавляют активность п о с л е д н и х ^
Органические соединения ртути более длительно, чем неорганические, на
136
я в о р г а н и з м е в неизменном виде. Это определяется липофильностью
ходятс
зводных Hg, которые вследствие выраженной липофильности куалкилгф т ^ богатЫХ липидами тканях, в частности в нервной системе: они
МуЛИ бны проникать через гематоэнцефалический барьер [62]. ФинилртутСП° Сс о е д и н е н ия, напротив, довольно быстро распадаются с освобождением
НЬ1С г а н и ч е с к о й Hg. При ингаляционном отравлении именно легочные макне<?Р ответственны за солюбилизацию малорастворимых соединений тялых металлов (например, окись ртути, каломель), что приводит к усиле­
нию токсичности вводимого вещества.
Практически весь поступающий в кровь свинец абсорбируется эритроитами а затем откладывается в костях (для сравнения укажем, что Hg в
ц ви приблизительно одинаково распределяется между эритроцитами и
плазмой крови, но органические соединения превалируют в эритроцитах).
Оба эти обстоятельства оказывают существенное влияние на кинетику вы­
ведения РЬ из организма. Кинетика процесса хорошо прослеживается при
введении в организм меченых изотопов и удовлетворительно описывается
ди- и даже триэкспоненциальной моделью, отражающей первично проте­
кающий процесс миграции обменного иона в крови и печени, выведение
его почками, а затем и включение мобилизационных эффектов с участием
костных депо. Вероятно, эти данные отражают общебиологическую законо­
мерность биокинетики низкомолекулярных химических веществ в организ­
ме и относятся не только к ксенобиотикам, но и эссенциальным ионам.
Так, обмен калия мышц на калий среды (42К) совершается вначале быстро,
а потом замедляется [66]. Кривая замещения включает три экспоненциаль­
ные компоненты и может быть удовлетворительно описана уравнением:
[K]m = Ae-at + Be-bt + Се-01,
(5)
где [К ]т — незамещенный калий мышц за время t; А, В, С — начальные
концентрации трех фракций мышечного калия; а, Ь, с — постоянные вели­
чины уравнения, характеризующие данный ион.
Количественные данные эксперимента показывают, что фракция А со­
средоточена в межклеточных пространствах и является наиболее быстро
обмениваемой, ф ракция В — цитоплазматическая, а ф ракция С (более 50 %
по балансу) принадлежит структурам мышечных волокон. Именно такого
рода кинетические модели рассматриваются В.А.Филовым и Е.Пиотровски
Для свинца и ртути, а предложенные системы дифференциальных уравнений
позволяют количественно описать и оценить их токсикокинетику, что под­
тверждено многочисленными экспериментальными данными.
На эти процессы влияет достаточно много экзо- и эндогенных факторов.
Известно [72], что ж елудочно-киш ечная абсорбция РЬ зависит от состава
Диеты, энергетического баланса, а его аккумуляция сниж ается в присуттвии кальция, железа, фосфата, витаминов D и Е. При молочной диете
ачительно повышается аккумуляция Cd в организме, тогда как поливаспНТНЫе катионы Са и Zn подавляют его адсорбцию путем изм енения его
особности прикрепляться к мембране киш ечника [66]. Т акие соотноМеталл И осо^енности токсикокинетики установлены и для других тяжелых
РУетСаСЫваНие> РаспРе^еление и выведение тиоловых ядов из организма регулиЩан Я в ПврвуЮ онеРе^ ъ на клеточном уровне за счет механизмов мембранного
4 ejHVсп°Рпга от простой диффузии до активного транспорта через мембраны,
л,€т 6 Значительн°й мере способствует относительная легкость связывания
аллов в катионной форме с мембранными и клеточными белками.
137
Не случайно, например, молярная концентрация катионов в эритроцИх
человека на 17 % не компенсирована соответствующими анионами [661*
Если растворимость является фактором, ограничивающим поступление ток
сикантов в клетку, то адсорбционное и химическое связы вание действу
в обратном направлении. Это действие проявляется тем сильнее ч^Т
ниже концентрация поглощаемых клетками химических соединений Об*
ратимая денатурация клеточных белков при связывании с тиоловыми ядам'
является важным регулирующим фактором поступления ионов металлов в
клетку.
Токсичность металлов обусловлена разными механизмами, кинетика ак­
кумуляции и выведения из организма характеризуется нелинейными соот­
ношениями с вводимой дозой, а их токсикодинамика (и в первую очередь
металлорганических соединений) может быть описана достаточно сложными
моделями с учетом вклада каждой составляющей в этот процесс. Такого
рода исследования весьма перспективны и представляют не только приклад­
ной, но и большой научно-теоретический интерес.
4.4. Острые отравления
Острые отравления тяжелыми металлами профессионального характера
благодаря комплексу эффективных превентивных мер чрезвычайно редки.
Они могут возникать при аварийных ситуациях, при несчастных случаях на
производстве и в быту (случайные отравления), носить суицидный (попытка
к самоубийству) либо криминальный (с целью убийства) характер.
Статистика ВО З и национальных органов здравоохранения разных стран
свидетельствует о наличии острых отравлений ядами рассматриваемой груп­
пы, в том числе и со смертельным исходом, которые при интоксикациях
рассматриваемыми токсикантами могут достигать 20—25 %.
Применительно к данному виду ядов, как и представителям всех осталь­
ных групп, диагноз “ отравление неизвестным ядом” действительно не имеет
практической ценности [34], а предполагает выявление специфических при­
знаков, характеризующих групповую и(или) индивидуальную избирательную
токсичность предполагаемого яда. В то же время на пути даже очень активно
и скрупулезно проводимого скрининга симптоматики острого отравления
врача-токсиколога ждет разочарование, так как среди многообразных кли­
нических проявлений такого рода патологии химического генеза избиратель­
ное (специфическое) токсическое действие занимает достаточно скромное
место, существенно уступая обилию неспецифических симптомов. При мол­
ниеносных формах отравления и первые, и вторые иногда просто не успе­
вают развиться.
Интригующее же название известной и чрезвычайно полезной книги
А.Альберта “ Избирательная т о к с и ч н о с т ь ” [ 1], во-первых, х а р а к т е р и з у е т ле­
карственные средства; во-вторых (и вследствие этого), такая т о к с и ч н о с т ь
более присуща небольшим дозам вводимых в организм к с е н о б и о т и к о в при
их повторном поступлении, т.е. чаще прослеживается при х р о н и ч е с к о м
отравлении. Тем не менее знание клинической картины, п о д к р е п л е н н о е
данными анамнеза и лабораторного исследования, позволяет у довлетвори ^
тельно осуществлять диагностику о с т р ы х отравлений, в том ч и с л е и тиоловыми ядами.
С учетом перечисленных видов отравлений, а также ф и з и к о - х и м и ч е с к и
свойств широко применяемых на производстве и в быту конкретных вешес
и соединений наиболее частым путем поступления данного вида ядов
138
м следует считать пероральный, что определяет в значительной мере
орган симптомахику поражений, этапность развития клинических прояв°бШУц другие диагностически важные особенности отравления.
ЛеНКак указывают Е.А.Лужников и JI.Г.Костомарова [34], у 97,3 % больных,
ающих в клинику с острыми отравлениями, наблюдаются Ж К Т-поП0Сения обусловленные главным образом прижигающим действием иони­
з о в а н н ы х форм токсикантов. Местнораздражающее действие на слизисЗИР оболочки присуще подавляющему большинству неорганических и оргаТЬ1цеских представителей данного класса, в первую очередь в достаточной
ни растворимых, хотя воспалительные эффекты в местах поступления в
Мпганизм аэрозольных частиц тяжелых металлов (дыхательные пути, желуочно-кишечный тракт) также достаточно выражены. Именно с этими па­
тогенетическими механизмами связаны такие общие симптомы, как боль
ПрИ глотании, тошнота, рвота, металлический вкус во рту, боль по ходу
пищевода, в животе (преимущественно в эпигастральной области либо раз­
литые). В тяжелых случаях отмечается повторный жидкий стул, у 22 %
пострадавших уже в первые часы возникают пищеводно-желудочные и ки­
шечные кровотечения.
При обследовании больных отмечаются гиперемия зева и задней стенки
глотки, боль при пальпации шейного отдела пищевода, эпигастральной
области, по ходу кишечника, чаще в нисходящем отделе толстого кишечника
либо разлитая болезненность при пальпации живота. Такая боль наиболее
патогномонична для отравлений свинцом, когда она может носить характер
кишечной колики.
Выделительный стоматит и колит обусловлены выделением тяжелых
металлов слизистыми оболочками полости рта и толстого кишечника, при­
чем стоматит наиболее характерен для отравлений соединениями ртути и
свинца. Он проявляется темной сульфидной каймой на деснах, болями в
полости рта, в горле при глотании, гиперемией, набуханием, кровоточивос­
тью, изъязвлением десен, расшатыванием зубов, слюнотечением, увеличе­
нием и болезненностью при пальпации подчелюстных лимфатических узлов.
Выделительный колит варьирует от катарального до некротически-язвенного, иногда сопровождаемого повторными кишечными кровотечениями. Для
соединений мышьяка более характерен острый холероподобный гастроэн­
терит, который появляется вследствие местного (энтерального) токсического
Действия, приводящего к парезу капилляров стенок кишечника, повышению
проницаемости сосудов и транссудации большого количества жидкости в
просвет кишечника (гастроинтестинальная форма отравлений).
Тошнота и рвота, ожог слизистых оболочек Ж КТ — наиболее частые
признаки острых отравлений соединениями ртути, мышьяка и меди. При
отравлении мышьяком рвотные массы имеют зеленый, а меди — голубой и
голубовато-зеленый цвет.
Обширный ожог пищеварительного тракта приводит в 25,7 % случаев к
Развитию экзотоксического шока, который чаще отмечается при отравлени­
ях соединениями мышьяка, меди и хрома. Экзотоксическим шоком В.Н.ДаНаев и Е.А.Лужников [33] предлагают обозначать особую реакцию организма
чрезвычайное по своей силе или длительности острое химическое воз­
ни Ствие с признаками шока. Он развивается в первые часы после отравлебол И обУсловливает 60—70 % летальности. Ш ок при острой химической
житезн" ~ разновидность гиповолемического шока, в основе которого леРазл резкая плазмопотеря как результат расстройств сосудистой регуляции
ичного генеза. В данном случае она связана с повреждением слизистой
139
оболочки желудочно-кишечного тракта, является причиной уменьшен^
венозного возврата к сердцу, снижения ударного объема сердца и артери*
ального кровяного давления. Именно последнее служит стимулом симпато'
адреналовой системы с выбросом в кровь катехоламинов. Это в свою очерел'
приводит к распространенной вазоконстрикции (кроме сосудов сердца £
мозга) как проявлению мобилизации адаптивных резервов, что известно в
литературе как централизация кровообращения.
На время компенсируются явления шока, сохраняются на удовлетворительном уровне минутный объем сердца и артериальный тонус. Но умень­
шение кровоснабжения органов и тканей приводит к их ишемии, развива­
ется клеточная гипоксия за счет нарушения аэробного метаболизма, сопро­
вождающаяся накоплением недоокисленных продуктов обмена и развитием
ацидоза.
Преимущественно кардиогенный шок развивается не только при отрав­
лении тяжелыми металлами, но и при остром отравлении Ф ОС, дихлорэта­
ном, снотворными препаратами, раздражающими ядами (аммиак, хлор), т.е.
практически не зависит от вида химического агента. Но развитие гиповолемии определяется при разных видах интоксикаций неодинаковыми
механизмами, что необходимо учитывать при назначении терапевтических
средств.
При ингаляционных отравлениях, вызванных вдыханием паров и пыли
оксида Cd в концентрации более 1 м г/м 3 в течение 8 ч рабочей смены или
более высоких концентраций за меньшее время, развивается токсическая
пневмония, а затем отек легких. Симптомы появляются через 1—8 ч скры­
того периода (при более низких концентрациях явления интоксикации на­
блюдаются спустя 10—36 ч). Первый признак отравления — раздражение
гортани. Затем появляются сильный кашель, тяжелая одышка, повышение
температуры, боль в грудной клетке, тошнота, рвота, цианоз, отек легких.
В этот период наблюдаются раздражение слизистых оболочек верхних и
глубоких дыхательных путей, сладкий вкус во рту, боль в области лба,
головокружение, слабость, тошнота, боль в подложечной области. Возника­
ют трахеит, бронхит, бронхиолит с приступами судорожного кашля с мок­
ротой, сильной одышкой и синюхой, часто развиваются пневмонии, отек
легких, возникает боль за грудиной, в суставах, застойные явления (расши­
рение сердца, увеличение печени). При тяжелых ингаляционных отравле­
ниях возможна смерть на 3—5-е сутки от отека легких или бронхопневмонии
(до 15 % пострадавших с тяжелыми формами отравления). Подобная карти­
на характерна также для соединений ртути. Ингаляция паров с о е д и н е н и й
меди и цинка приводит к резкому подъему температуры (до 39—40 °С) и
развитию признаков литейной лихорадки: головная боль, общая слабость,
одышка, сухой кашель.
Д ля большинства ядов данной группы, особенно меди, мышьяка, свинца,
характерно развитие гемолитической и гипохромной анемии.
При отравлении кадмием в крови повышается число лейкоцитов, н е и трофилов и эритроцитов. Лейкоцитоз исчезает через 2 дня, но с о х р а н я е т с я
увеличенное число эритроцитов. При отравлениях сулемой в крови в н а ч а л е
увеличивается содержание гемоглобина и эритроцитов, затем р а з в и в а е т с я
анемия. Резистентность эритроцитов понижена, выявляются н е й т р о ф и л ь ный лейкоцитоз, ускоренная С О Э . Наступают также существенные и з м е н е ­
ния в периферической крови при остром отравлении свинцом ( н е й т р о ф и л е з .
лимфопения, эозинофилия, ускорение С О Э , умеренная г и п о х р о м н а я ане­
мия).
140
сическая нефропатия наблюдается у 67,6 % пострадавших. При этом
имости от степени тяжести отравления появляются белок в моче,
в завИ^атИВНЫе и воспалительные изменения, в начальной стадии интоксидегенеР иливается мочеотделение, которое на последних этапах отравления
кации У ется и даже полностью прекращается. Для “сулемовых” некронефумень /«суЛемовой почки”) характерны отсутствие отеков, повышение обРоЗОВ содержания белка в крови, некрозы эпителия извитых канальцев с
шеГО м и слушиванием, к которым часто присоединяется обызвествление
мертвых элементов.
С н е ф р о п а т и е й , как правило, сочетается поражение печени (жировая
. ильтрация и дегенерация клеток, застойные явления, увеличение пече­
ни
болезненность при пальпации).
Токсическое действие тяжелых металлов и мышьяка, в особенности их
пганических соединений, проявляется в широкой гамме психоневрологических
симптомов вплоть до токсической энцефалопатии.
При отравлении кадмием характерны повышенная возбудимость, раздра­
ж и тел ьн о сть либо угнетение, бессонница, головная боль и головокружение;
при действии сулемы и нитрата ртути — атаксия, общая возбудимость, в ряде
случаев тремор, парезы, иногда судороги; при отравлении свинцом — изме­
нения вегетативной нервной системы (астения, потливость, яркий разлитой
дермографизм).
Эти признаки поражения ЦНС хорошо моделируются в опытах на жи­
вотных. У белых мышей, крыс и кроликов при однократном воздействии
соединений РЬ в дозах, вызывающих токсический эфф ект со смертельным
исходом, развивается интоксикация, протекающая в три стадии. Первая
стадия проявляется кратковременным возбуждением, повышенной двига­
тельной активностью, вторая — состоянием угнетения, адинамией, третья —
судорогами, парезами, параличами, расстройством дыхания. Во второй ста­
дии на фоне адинамии отмечаются нарушения координации движений,
расстройства ритма дыхания, фибриллярные подергивания отдельных групп
мышц.
При острых отравлениях соединениями РЬ человека отмечаются метал­
лический вкус во рту, головная боль, тошнота, слюнотечение, рвота, потеря
сознания, нередко боль в животе, понос со слизью, часто с кровью, сильная
жажда, чувство жжения во рту, набухание и кровоточивость десен. В даль­
нейшем появляются неустойчивость походки, тремор, параличи конечностей,
снижение остроты зрения и слуха, слепота, боль в суставах, затрудненное
глотание, непроизвольные мочеиспускание и дефекация — типичная картина
токсической энцефалопатии.
Наиболее показательны острые отравления тетраэтилсвинцом (ТЭС),
который представляет сильный нервный яд, способный кумулировать в
организме. Скрытый период действия составляет от нескольких часов до
нескольких суток. Токсичность связана с образованием в организме тритилсвинца — активного ингибитора метаболических процессов. В начальои фазе отравления выявляется расстройство условнорефлекторной деяс ЬНо°ти, затем развиваются расстройства функции симпатической и парампатической нервных систем. Отмечаются головная боль, слабость,
ДечстР?я Утомляемость, потеря аппетита, расстройства сна, замедление сертела01* деятельности, понижение кровяного давления, падение температуры
пил' СЛЮнотечение> потливость, стойкий белый дермографизм, длительный
НИЙ0Г ОРНЫЙ РеФлекс- Характерно нарастание психопатологических явле(галлюцинации, психомоторное возбуждение, расстройство сознания).
141
Возможны парез лицевого нерва, нарушение конвергенции, птоз, атаке
торможение рефлексов или их усиление, обильный пот. Патоморфологиче4’
кие изменения в Ц Н С более резко выражены в таламо-гипоталамическ^
области, мозжечке, фронтальной части коры и гиппокампе. При остпьИ
отравлениях появляются как нервно-сосудистые изменения, так и дегенео
тивные процессы в ганглиозных клетках. При отравлении мышьяком воз'
можна “ м олниеносная” , или нервно-паралитическая, форма отравления
Таким образом, даже краткая характеристика клинической картины ост­
рых отравлений тимоловыми ядами дает представление о сложном взаимо­
отношении общих неспецифических и присущих сугубо данной группе
токсикантов специфических признаков поражения, степень и широта про­
явления которых носит дозозависимый характер. Однако при однократном
поступлении яда в организм не могут проявиться его кумулятивные свой­
ства, которые чрезвычайно важны именно для токсичности тяжелых метал­
лов. Они проявляются в полной мере в картине хронического отравления
Для более детального изучения патогенеза отравлений и лежащих в его
основе механизмов следует попытаться вычленить наиболее типичные син­
дромы и рассмотреть во взаимосвязи протекающие в системном плане
патологические процессы под действием тиоловых ядов при длительном
повторном поступлении в организм. Таких синдромов может быть не менее
четырех: нейро-, кардио-, гепато- и нефротоксичность, хотя не меньший
интерес представляют гонадотоксичность, влияние ядов на организм бере­
менных женщин и систему мать — плод, а также комплекс отдаленных
последствий, характеризующих профессиональный и экологически обуслов­
ленный контакт с тиоловыми ядами.
4.5. Хронические отравления
Хронические отравления тиоловыми ядами в последние десятилетия
превалируют в клинике профессиональных заболеваний наряду с мало- и
бессимптомными формами патологии (микромеркуриализм, микросатур­
низм, отдельные виды “ носительства”), а также влиянием длительного кон­
такта с тяжелыми металлами на течение общих, этиологически не связанных
с трудовой деятельностью болезней, вызывая их обострения, осложнения и
рецидивы [46]. Эта же тенденция прослеживается среди населения в связи
с экологическими проблемами, обусловленными интенсивным антропоген­
ным загрязнением окружающей среды.
Типичные формы как острых, так и хронических интоксикаций, харак­
терные для воздействия высоких концентраций тиоловых ядов, п р ак ти ч ес к и
не встречаются. Это касается тяжелых форм интоксикации ртутью (ртутны е
энцефалопатии, сулемовая почка), свинцом (свинцовая колика, св и н ц о в ы е
параличи), марганцовокислым калием (марганцевый паркинсонизм) и ДРУ^
гими токсикантами. Клинические проявления хронических и н т о к с и к а ц и и
тяжелыми металлами имеют много общего, поскольку они обладают выра"
женным нейротоксическим действием. Их относят к категории н е й р о т р о п ных токсичных веществ. Кроме того, они существенно влияют на э н д о к р и н ­
ную систему, сердце, сосуды, печень, почки, а также процессы о б м е н а , в
частности белкового, воздействуют на функциональное состояние п ол о во й
сферы мужского и женского организма, его репродуктивые функции.
Преобладание среди указанных этиологических факторов в р е д н о с т е
малой интенсивности, их сочетание с высоким н е р в н о - э м о ц и о н а л ь н ы м на142
е н и е м требуют более углубленного изучения патогенеза и механизмов
ПрЯ>ития функциональных нарушений в организме, а также соответствуюРазВ им клинических проявлений и симптомов заболеваний. Этому может
ШИ* й с т в о в а т ь посиндромный подход к изучению данной сложной и много­
аспектной проблемы.
4 5 1. Н е й р ото кси ч н ость в патогенезе отравлений
тяжелы м и металлами
В л и т е р а т у р е накоплены обширные данные о воздействии тяжелых меаллов на центральную, периферическую и вегетативную нервную системы
v э к с п о н и р о в а н н ы х рабочих, различных контингентов населения, беремен­
ных ж е н щ и н и детей, а также у животных разных видов в эксперименталь­
ных токсикологических исследованиях.
При этом учитывают и проявления избирательного действия ядов на
нервную систему, и преобладающие психоневрологические симптомы при
общетоксическом действии химических веществ на организм [40]. Соедине­
ния ртути, свинца (в первую очередь органические), марганца, мышьяка
относятся к типичным представителям ядов нейротропного действия, хотя
классическое понятие “ нейротоксикоз” обязано своему появлению клини­
ческому синдрому неврологических нарушений, развивающихся под дейст­
вием высоких доз и концентраций этих веществ.
Нейротоксичность тяжелых металлов и мышьяка связана прежде всего с
их способностью преодолевать гематоэнцефалический барьер и накапливаться
в различных отделах нервной системы, прежде всего богатых липидами тканях
мозга.
При повторном воздействии малых концентраций Hg происходят значи­
тельный выброс гормонов надпочечников и активирование их синтеза. От­
мечены фазовые изменения в содержании катехоламинов в надпочечниках,
возрастание моноаминоксидазной активности митохондриальной фракции
печени.
Биохимические сдвиги заключаются в нарушении окислительного ф ос­
форилирования в митохондриях глиальных клеток, что приводит к развитию
тканевой гипоксии, к которой особенно чувствительна ЦНС. Происходящее
одновременно в печени нарушение равновесия между активностью катали­
заторов ресинтеза и распада гликогена сказывается на обеспечении мозга
глюкозой — основным энергетическим субстратом нервной ткани. Поэтому
при проявлении парами Hg нейротоксичности, особенно страдают высшие
отделы нервной системы.
При хронических интоксикациях парами ртути в концентрациях 0,085—
U мг/м у крыс происходит угасание сформировавшихся условных рефлек­
сов, торможение безусловных пищевого и ориентировочного рефлексов. Их
ыраженность коррелирует с типом ВНД обследованных животных, степекий* Г1РОНикновения исследованных соединений через гематоэнцефаличесбарьер. Показан обратимый характер нарушений, развивающихся под
иянием малых концентраций Hg.
28
,и ^ ие в воздухе даже минимальных концентраций ртути (2,7; 14 и
POTnvfi
^ В мозге крыс вызывает рассогласование в констелляциях микв мо ° ЧСК 33 счет взаим°действия ртути с тубулином. Концентрации ртути
ИнтеЗГе ВозРастали в 11—47 раз, а содержание ГТФ снижалось на 41—74 %.
об н а Ресно’ что подобные изменения в структурах и метаболизме мозга
РУжены при болезни Альцгеймера у людей. В связи с тем что полиме143
ризация тубулина зависит от ГТФ, именно этот механизм может лежать в
основе хронических поражений мозга малыми концентрациями ртути [901
М икротрубочки строятся из полимеризованного тубулина и образует
скелет Ц Н С, нейрональной мембраны и ответственны за аксональный
транспорт, обеспечивая выживание нейронов. Метилртуть взаимодействует
с тубулином, приводя к распаду ассоциаций микротрубочек и другим мор­
фофункциональным изменениям, подобным таковым при болезни Альцгей
мера [91, 122].
Исследовано влияние свинца на нейрональные и глиальные компоненты
первичной мезэнцефальной культуры клеток [138]. Пролиферирующие гли­
альные клетки могут модулировать нейротоксичность свинца. При этом
токсичность свинца может быть обусловлена как субститутом Са в регуля­
торных процессах [95], так и его взаимодействием с тиоловыми, карбок­
сильными и имидазольными группами, присутствующими в L-цистеине,
глутатионе и протеинах [144]. Кинетика транспорта РЬ в клетку недостаточ­
но изучена, но ионизированный, коллоидный и протеинсвязанный свинец
в равной мере могут проникать в клетку. В частности, показано, что L-цистеин образует со свинцом тиоловый комплекс, который захватывается гли­
альными клетками и нейронами. Свинец вызывает некроз до 13 % клеток в
культуре в концентрациях 6—12 мкммоль. Эффект обусловлен поражением
глиальных клеток, главным образом астроцитов. Добавление в среду инку­
бации сыворотки крови защищает культуру от действия РЬ [131].
В крови 60 % свинца быстро соединяется с L-цистеином, а остальной —
с альбумином и неорганическими ионами, которые осуществляют транс­
портную функцию и способствуют накоплению РЬ в нервной ткани. Дли­
тельное воздействие РЬ изменяет синаптическую передачу за счет нарушения
(дерегуляции) Са гомеостаза путем Pb-Са-взаимодействий, приводящему к
ухудшению диффузии Са и росту содержания свинца в клетках. Последний
заменяет Са в карбоксильных соединениях с протеинами, такими как кальмодулин, тропонин С, парвальбумин. Свинец-кальциевые взаимодействия
приводят к снижению уровня нейротрансмиттеров — дофамина и серотони­
на. Наконец, свинец, как уже отмечалось выше, с большой аффинностью
соединяется с тиоловыми группами аминокислот и протеинов в цитозоле и
внутриклеточных компартментах нейронов и глиальных клеток.
Свинец также может оказывать нейротоксическое действие за счет вы­
теснения цинка из богатых тиоловыми группами соединений. В к о н ц е н т р а ­
циях 10— 100 мкмоль он не вызывает некроза клеток, но ведет к их гибели
за счет снижения концентрации К+ с 25 до 5 ш М о и полностью блокирует
постсинаптические глутаматные рецепторы. Изучение рецепторов, ответст­
венных за поступление Са, с помощью актиномицина D и ц и к л о г е к с и м и д а ,
указало на роль этого механизма в токсичности свинца. В о з р а с т а ю щ а я
токсичность свинца может быть обусловлена снижением трофической фучк
ции высоких концентраций К+. Этот ион обеспечивает межклеточный го^
меостаз, снабжая нейроны глутамином, глутатионом, в известной мере от
ветственных за детоксикацию и выведение тяжелых металлов.
ц
Астроциты, как известно, поддерживают внутриклеточный ионный
меостаз, снабжают нейроны глутамином и глутатионом, стимулируют
таллотионен 1/ 11, 7 п 2+-связывающие протеины, ответственны за г о м е о с
Zn2+, выведение тяжелых металлов и свободных радикалов. П р и с у т с т
цинка блокирует Са-зависимые эндонуклеазы и предотвращает апопти
кую гибель клеток [85].
144
Отравление тяжелыми металлами, нагрузка ионами металлов организма
вставляют собой стресс, который сопровождается активацией процессов
П^ £воднорадикального окисления в тканях, интенсификации П О Л в биомембра-
С° х и включением систем антиоксидантной защиты, в том числе глутатиоНОв°Ъ Ф -Керимов и С.А.Алиев [25] показали, что процессы глутатионовой
шиты нервных клеток при стрессе взаимосвязаны с изменением содержа­
ния поверхностно расположенных и структурно замаскированных белковых
SH-групп. Свободные радикалы окисляют сульфгидрильные группы, спо­
собствуя тем самым структурно-функциональным изменениям в нервных
клетках. Это приводит к активации ГП в гипоталамусе, сенсомоторной,
лимбической и орбитальной коре (в 1,5—2 раза выше, чем в продолговатом и
среднем мозге), что носит, вероятно, адаптационный характер. При хроничес­
ком стрессе происходит тотальное угнетение активности данного фермента.
Это связывают, в частности, с истощением запасов восстановленного глутатиона, с одной стороны , и уменьшением клеточной концентрации мета­
болически активной формы селена — с другой. Последнее представляет
большой интерес в плане возможных конкурентных взаим оотнош ений с
тяжелыми металлами, которые, однако, до сего времени практически не
изучены.
Активность ГР, поддерживающей стационарный редокс-потенциал кле­
ток, изменяется незначительно при достаточных адаптационных резервах и
снижается при выраженных формах дизадаптации. Как известно, данный
фермент через цепь биохимических изменений вместе с сопряженной с ним
Г-6 -ФДГ восстанавливает окисленный глутатион, являющийся потенциаль­
но сильным нейротоксином, ингибирующим активность ряда ферментов
энергетического обмена (гексокиназы, аденилатциклазы, креатин кин азы)
мозга, а также биосинтеза белка. Именно благодаря этому механизму в
тканях мозга соотношение Г-S H /r-S -S -T поддерживается на очень высоком
уровне — 100/3, обеспечивая защиту нервной системы от свободнорадикаль­
ного окисления, в том числе и при действии тяжелых металлов.
Если для соединений ртути, свинца, мышьяка, марганца нейротоксич­
ность является общепризнанным ведущим механизмом, активно изучаемым
в клинических и экспериментальных исследованиях, то вопросы нейроток­
сичности кадмия остаются недостаточно экспериментально обоснованными.
Поэтому полученная в последние годы информация нуждается в специаль­
ном рассмотрении, тем более что за последние 25 лет значительно возрос
интерес к кадмию как к одному из продуктов радиоактивного распада,
накапливающемуся в организме человека и животных, токсичному элементу
и антиметаболиту ряда химических элементов. Среди кадмиозов человека
четко выделены кадмиевый ринит, кадмиевая нефропатия с типичной проинурией, кадмиевая остеомаляция (болезнь итаи-итаи). Кроме поражения
Рительного аппарата, почек, печени, костной системы, при интоксикации
развивается также нейротоксический синдром [39]. Хотя в механизме
си °Л° ГИЧеского Действия C d основное внимание уделяется его нефротокn04 Hoc™, в литературе имеются указания о его влиянии на Ц Н С [94] и
в веденческие реакции у человека и животных [98]. Все эти виды патологии
актиТ° ГеНеТИЧеСКОМ плане взаимосвязаны с особенностями токсигенной
вности C d в организме, среди которых выделяют следующие:
• отсутствие эффективного механизма гомеостатического контроля;
• материальная кумуляция в организме с необычно долгим периодом
Полувыведения, составляющим у человека в среднем 25 лет;
145
• преимущ ественное накопление в печени и почках, где создаются
депо токсиканта; интенсивное взаимодействие с другими двухва­
лентны м и металлами как в процессе всасывания, так и на тканевом
уровне.
В соответствии с накопленными в литературе данными о действии Cd
на клеточном и биохимическом уровнях установлено:
• стимулирующее действие этого микроэлемента на синтез цАМФ, ак­
тивность анаболических ферментов in vivo и обратный эффект в
опытах in vitro;
• разобщение окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания'
• ингибирующее действие на активность каталазы и карбоангидразы и
в меньшей степени щелочной и кислой фосфатаз;
• снижение активности пищеварительных ферментов — трипсина и в
меньшей степени пепсина;
• уменьшение в малых дозах активности 1,25-дигидрохолекальциферола
(витамина D 3), угнетение секреции инсулина;
• стимуляция активности алкоголь- и глутаматдегидрогеназы, глутатионредуктазы, аденилаткиназы, альдолазы, пируваткарбоксилазы;
• основной, а возможно и единственный путь поступления Cd в клет­
ки — через потенциалзависимые Са-каналы, причем органические
антагонисты Са2+-каналов (нимодипин) защищают клетки от цитотоксического действия Cd [99];
• Cd блокирует Са2+-каналы с IC 50 = 4 мкмоль [101, 141];
• ионы Cd способны связываться с Са-активируемыми К-каналами и
открывать их [120];
• Cd блокирует тетродотоксинустойчивые N a-каналы (в концентрации
3 ммоль на 64,6 %) [100];
• ионы Cd вызывают конформационные изменения кальмодулина и
активируют фосфодиэстеразу [41].
Однако нейротоксическое действие Cd в эксперименте изучено недоста­
точно, что и явилось предпосылкой проведения дополнительных исследо­
ваний в данном направлении. В первой серии опытов изучали токсичность
хлорида кадмия в дозе 0,1 LD 50 (10 мг/кг), вводимого 5 раз в неделю в
течение 4 нед самостоятельно либо на фоне сформировавшегося невроза.
Контролем служили интактные животные, а также невротизированные без
токсического воздействия.
Исследования показали, что естественный процесс нарастания массы
тела у интактных животных при невротизации имел тенденцию к замедле­
нию; более четко это прослеживалось у животных, получавших внутрижелудочно CdCl 2- У затравленных на фоне невротизации животных масса тела
снижалась по отношению к и сходном у уровню. Н а 3—4-й неделе опыта в
двух последних группах отмечался падеж животных. При м орфологическом
исследовании отмечены полнокровие сосудов внутренних органов, д и с тр о
фические и зм ен ен и я в печени, почках, точечные некрозы слизистой обо
лочки желудка и кишечника. В органах и тканях выявлено н а к о п л е н и е
кадмия (табл. 4.1). Как следует из данных табл. 4.1, за время под о стр о ^
затравки отмечено существенное накопление Cd в тканях э к с п е р и м е н т а л ь
ных животных.
146
блица 4.1. Содержание кадмия в тканях внутренних органов белых крыс при
„■ ф етром введении хлорида кадмия в дозе 0,1 LDS0____________________________
'
Группа животных
Интактные
Cd
Интоксикация + невротизация
Интоксикация
Исследуемые органы, содержание Cd, мкг/г сырой ткани
(М±т)
мозг
печень
ПОЧКИ
кишечник
0,11 ±0,02
0,46+0,04
0,59+0,08
0,78±0,03
5,36±0,12
8,26±0,25
1,93±0,07
13,6±0,35
10,7±0,34
0,43±0,03
2,64±0,11
1,58+0,14
Наиболее интенсивно возрастало содержание кадмия в почках, печени
и к и ш е ч н и к е , тогда как в тканях мозга оно было на порядок ниже. На фоне
предварительной невротизации уровень накопления C d в тканях почек и
к и ш е ч н и к е существенно снижался (на 21,3 и 40,2 % соответственно), тогда
как в печени он возрастал на 54,1, а в головном мозге — на 28,3 %.
Поведенческие реакции у лабораторных животных при моделировании
невротических состояний и интоксикации C d существенно изменялись. Так,
изучение двигательной активности у невротизированных крыс в процессе
выработки условного рефлекса одностороннего избегания показало, что уже
при первом обследовании уровень локомоций у них снижался по отнош е­
нию к исходному на 60 %, вертикальный компонент реакции — на 20 %,
грумминг возрастал в 2,6 раза. При этом норковый рефлекс снижался на
67 %. На последующих этапах опыта оба показателя моторной активности
продолжали снижаться, составляя к концу эксперимента 28 и 31 % от
исходного соответственно. Количество болюсов соответствовало исходным
величинам, однако при проведении опыта появились такие эмоциональные
реакции, как повышенная возбудимость и повышение ориентировочной
реакции. При этом норковый рефлекс существенно повышался.
Невротизация вызвала нарушение соотношения горизонтального и вер­
тикального компонентов моторной реактивности животных: если до прове­
дения исследований оно составляло 5,2:1, то в конце опыта — 3,5:1. Затравка
Cd также приводила к изменениям поведенческих реакций у подопытных
животных. Горизонтальный компонент локомоций снижался при первом
обследовании на 36 %, вертикальный — на 26 %, а к концу эксперимента —
на 79 и 76% соответственно. Число болюсов уменьшалось в 3,5 раза,
понижались также показатели норкового рефлекса.
Особенно активными оказались поведенческие реакции у крыс, затрав­
ленных C d на фоне развившегося невроза. Горизонтальный компонент
реакции вырос при первом обследовании в 1,8 раза, вертикальный — в 2,6
раза, эмоциональная активность повысилась на 68 %, количество болюсов
Увеличилось в 3 раза, а норковый рефлекс — в 2,4 раза. При дальнейшем
родолжении опыта моторный компонент реакции резко угнетался, тогда
н^к эмоциональный и грумминг — оставались на достаточно высоком урове. и только к концу эксперимента поведенческие реакции животных имели
енденцию к нормализации.
^
же при первом обследовании затравленных C d животных экскреция
(таб° М? но^ существенно возрастала, тогда как выведение ДОФА снижалось
бь л ' -2)- В последующие сроки исследования выведение НА, ДА и ДОФА
° относительно высоким, тогда как экскреция А падала.
147
Таблица 4.2. Показатели экскреции КА с мочой и содержания их в надпочечниках
у экспериментальных животных при введении Cd и невротизации
Группа животных
Интактные
Невротизированные
Интоксикация Cd
Cd + невротизвция
■■
Интактные
Невротизироввнные
CD + невротизация
Данные литературы
(норма)
Экспозиция,
нед
До опыта
4
До опыта
1
2
3
4
Содержание исследуемых КА в суточной моче, нг/л
А
НА
ДА
ДОФА
622,5±24,4
585,4±31,5
546,45±33,1
465,6±18,7
399,1 ±22,3
402,7+20,8
533,5±22,4
426,9±24,6
396,4±21,8
379,9±26,5
1967+125
1748±109
1794±136
1772±125
1732+118
1718+126
1705±125
15,4+0,28
12,3±0,54
14,3±0,44
14,7±0,36
1.3,9±0,37
13,1±0,24
12.7+0.31
694,5±26,5
766,8±25,2
805,6±31,5
712,5±24,2
До опыта
592,3±43,4 428,8±24,1
1789±132
1
832,4±38,1 573,2±28,3 2231±156
«
2
686,5±39,2 612,3+38,5 2380+146
3
606,4±29,5 698,5±35,4 2265±136
А
4
517,5±24,7 711,3±38,4 2294±142
До опыта 601,5±36,2 417,4±31,2
1805±135
1
715,8±29,4 556,3±28,5
1842±124
2
808,5±27,4 594,6±32,2
1975±125
3
876,4±32,5 644,3±35,9 2128+132
А
4
761,0+29,2 917,9±54,2
1582±144
Содержание КА в тканях надпочечников, мкг/г
524,2±31,6 475,3±22,7 2864±136
Cd
734,5±38,2 428,3±27,1
3216±164
566,4±41,8 872,5±38,6 4163±227
476,9±38,4 992,5+53,8
5028±345
407—865
232—575 2357—4800
14,6±0,25
6,7±0,14
10,4±0,18
15,4±0,22
17,7±0,25
15,1±0,28
15,5±0,36
16,3±0,28
14,2±0,34
12,6±0,18
31,6±2,4
26,2±2,7
21,5±2,8
19,7±2,5
15—73
В группе животных, подвергшихся сочетанному действию химического
фактора на фоне невроза, снижение экскреции А было менее выраженным,
уровень Н А и Д А в первый период возрастал при снижении экскреции
Д О Ф А . К концу эксперим ента выведение Д О Ф А с мочой было на 19%,
А — на 30 % выше, чем в контроле, Н А повышалось в 2,3 раза, тогда как
выведение Д А снижалось.
По окончании эксперимента определяли также содержание К А в тканях
надпочечников. Как видно из п р е д с т а в л е н н ы х в табл. 4.2 данных, у невротизированных животных содержание А в тканях повышалось, а под влия­
нием Cd как на фоне невротизации, так и самостоятельно отмечено по­
вышение уровня Н А по отношению к интактным животным и в с р а в н е н и и
с данными литературы [63]. Таким образом, симпатоадреналовая с и с т е м а
чутко реагировала на невротизирующее и нейротоксическое в о з д е й с т в и е в
модельных опытах на лабораторных животных, о чем с в и д е т е л ь с т в о в а л о
изменение не только экскреции К А и их предшественников с мочой, но и
признаков гормонально-медиаторной диссоциации, относительной н е д о с т а ­
точности резервов, а также их биосинтеза в надпочечных железах. Все это
свидетельствует о глубине происходящих сдвигов и биологической значи­
мости рассматриваемого механизма для данного вида патологии.
В современной токсикологии при оценке действия на нервную т к а н ь
148
и ч н ы х х и м и ч е с к и х веществ все большее внимание уделяется состоянию
^ “ п о м е д и а т о р н ы х систем и протеканию синаптических процессов как ранН
ч у в с т в и т е л ь н ы м и информативным критериям повреждающего дейстНИ^ ’т о к с и к а н т о в [24]. Особенно информативным может стать изучение
вИй о т о к с и ч н о с т и химических веществ при их действии на параметры ф унк­
ц и о н а л ь н о -п р о т и в о п о л о ж н ы х нейромедиаторных систем, таких как ГАМКЦп ги ч е ск ая и система возбуждающих а м и н о к и с л о т [14].
Главная физиологическая функция возбуждающих аминокислот глутаата и аспартата состоит в передаче быстрого возбуждающего сигнала от
м ого н е й р о н а к другому [44]. Избыточный же выброс глутамата или
асп ар тата ведет к усиленному притоку С а в нервные клетки, что является
о дн и м из универсальных механизмов повреждения нервной ткани при ин­
т о к с и к а ц и я х и других неблагоприятных воздействиях [27].
Наоборот, ГАМКергическая система — это основная тормозная система
м озга. Она играет ведущую роль в ограничении повреждающего действия
п р о ц ес са перевозбуждения при неблагоприятных воздействиях [36, 129].
ГАМ К (гамма-аминомасляная кислота) выполняет две основные функции
в н е р в н о й системе: с одной стороны, она является основным медиатором
т о р м о ж е н и я , с другой — одним из промежуточных субстратов ГАМК-шунта,
у ч а ству ю щ и м в компенсации метаболических расстройств в головном мозге.
В ткани мозга ее концентрация довольно высока (2—10 мкмоль/г), причем
60—80 % ГАМ К локализовано в цитозоле клеток, а остальная находится в
связанном состоянии в синаптосомах [54]. Кроме того, сами ГАМКергические клетки мозга обладают высокой электрической активностью и поэтому
легко повреждаются [26]. Процесс поглощения (14-С)-ГАМ К срезами коры
головного мозга крыс при различных экспериментальных условиях был
изучен нами ранее [13]. В развитие этого вопроса в данном разделе иссле­
дования было изучено на переживающих срезах коры головного мозга крыс
в различных экспериментальных условиях поглощения (14-С)-аспартата и
произведено сравнение влияния Cd на системы активного поглощения
(14-С)-ГАМК и (14-С)-аспартата в экспериментах in vitro и in vivo.
Исследования выполнены на белых крысах-самцах линии Вистар массой
120—170 г. Всего использовано 60 животных. В первой серии опытов иссле­
довали зависимость интенсивности поглощения (14-С)-аспартата от времени
инкубации. Поглощение нарастало на 2—3-й и 8 —10-й минутах. На 4—5-й
и 13—15-й минутах отмечалось снижение поглощения, а затем вновь про­
исходит его возрастание к 20-й минуте. Можно предположить, что процесс
поглощения сопровождается метаболизацией аспартата и периодическим
выходом меченых продуктов из клетки. Известно [71], что одной из важных
характеристик синаптического оборота нейромедиаторов является их погло­
щение (обратный захват) пресинаптической терминалью и околосинаптической глией. В ходе этого процесса выделившийся передатчик удаляется
из синаптической щели.
Во второй серии опытов исследовали зависимость интенсивности погло­
щения аспартата от температуры инкубационного раствора и наличия ионов
а ■ Поглощение плавно возрастает от 0 до 25 "С, затем выходит на плато
40Д“рКе немного снижается при 40 °С. Вероятно, при температурах порядка
СИСТема нах°Дится в наиболее стабильном состоянии. В этих экспесТаМентах выявлен № +-независимый компонент поглощения, который совил примерно половину от На+-зависимого.
®Ь1ЛИ проведены опыты по изучению влияния Cd на поглощение
МК. Они свидетельствуют о том, что хлорид кадмия усиливает поглоще­
149
ние ГАМК в двух диапазонах концентраций. В области сверхнизких кон
центраций наблюдалось два пика стимуляции поглощения кадмия —
10~>3 и Ю-10 М. При концентрациях от 10~9 до 10~5 М изменений погло
щения не наблюдалось. В области высоких концентраций также обнаружено
два пика стимуляции поглощения ГАМК при концентрациях кадмия Ю~3
и К Г 1 М. Кроме этого, при концентрациях 10-11 и 10~4 М отмечена
тенденция к снижению поглощения, однако эти данные статистически
недостоверны.
Хлорид кадмия, как и в случае с ГАМК, также существенно влиял на
поглощение (М -С)-аспартата. В диапазоне сверхнизких концентраций эф­
фект Cd наблюдался при 10-15, 10-14, 10-11, 10~9 М. В диапазоне концент­
раций 10- 8—10~4 достоверного влияния не обнаружено. В области высоких
концентраций стимуляция отмечена при Ю-2 М.
При подострой затравке белых крыс Cd поглощение (14-С)-ГАМК и
(14-С)-аспартата существенно изменялось. После затравки крыс внутрижелудочно водным раствором CdCl2 в дозе У 20 от LD 50 (16,45 мг/кг) снижалось
поглощение ГАМК (на 24 %) и более значительно увеличивалось поглоще­
ние аспартата (на 76 %).
Проведенные эксперименты показали, что поглощение (14-С)-аспартата,
как и ранее изученное поглощение (14-С)-ГАМК, является активным, энерго-, температуро- и N a-зависимым процессом. В обоих случаях соотношение
ткань/среда составляло 4,3—4,6, что указывает на хорошую жизнеспособ­
ность срезов. Однако зависимость поглощения аспартата от времени не
подчиняется экспоненциальной зависимости в отличие от поглощения
ГАМК. Вероятно, это свидетельствует о более раннем и активном метабо­
лизме (14-С)-аспартата в срезах. Cd в этих условиях преимущественно
стимулирует поглощение этих нейромедиаторных аминокислот. В обоих
случаях зависимость концентрация — эффект носит нелинейный характер.
Транспорт ГАМК достоверно стимулируется при четырех концентрациях —
при Ю-11, 10- 9 , 10- 6 , 10~2 М. Транспорт аспартата стимулируется также при
четырех концентрациях — при 10-13, Ю-10, 10~5, 10“ 2 М (при 10-4 М от­
личия от контроля недостоверны).
Интересно отметить, что при концентрации кадмия 10~2 М синхронно
активируются транспортные системы обоих нейромедиаторных а м и н о к и с ­
лот. Это свидетельствует, вероятно, о едином механизме влияния Cd при
указанной концентрации. Как показывают опубликованные данные, Cd в
миллимолярной концентрации уменьшает проводимость N a-каналов и вы­
зывает открывание Са-зависимых К-каналов за счет их прямой а к т и в а ц и и
и увеличения сродства к Са [13]. Эти эффекты ионов Cd должны приводить
к нарушению деполяризации нервных клеток, поддержанию их м е м б р а н н о г о
потенциала, а следовательно, и N a-градиента, что создает у л у ч ш е н н ы е по
сравнению с нормальными условия для работы переносчика.
Что касается остальных пиков активации транспорта при нано-, пикои ф е м т о м о л я р н ы х концентрациях, то здесь отмечалась следующая з а к о н о ­
мерность: транспортная система аспартата реагировала на Cd при к о н ц е н т ­
рациях, на 1—2 порядка более низких, чем транспортная система ГАМККроме этого, в большинстве случаев поглощение аспартата с т и м у л и р о в а л о с ь
в 2—3 раза сильнее, чем поглощение ГАМК. Следовательно, в у с л о в и я х >п
vitro транспорт аспартата проявил себя процессом, более ч у в с т в и т е л ь н ы м к
Cd, чем транспорт ГАМК.
В отличие от опытов in vitro, где Cd вызывал однонаправленные изме­
нения транспорта обеих нейромедиаторных аминокислот, в у с л о в и я х под-
го эксперимента in vivo поглощение ГАМК снижалось, а поглощение
° СТРптата стимулировалось. Такой результат представляется вполне законоа° ым В экспериментах in vitro Cd подводили непосредственно к нервным
МСРткам выделенным из организма. При этом эффект токсиканта опреде1016
д е й с т в и е м на молекулу переносчика либо на клеточные системы,
лЯЛ е с т в л я ю щ и е ее метаболический контроль. В этой ситуации однонаправ° Сн н о с т ь эффекта, вероятнее всего, объясняется сходством молекулярной
гтоуктуры и метаболического контроля систем транспорта ГАМК и аспарПА]
татав экспериментах in vivo действие Cd на системы транспорта опосредо­
вано реакцией целого организма, и разнонаправленность этого действия
б ъ я с н я е т с я , вероятно, различной физиологической функцией ГАМК и
а с п ар т ата как нейромедиаторов. В связи с тем что гиперфункция системы
в о зб у ж д аю щ и х аминокислот является одним из универсальных механизмов
п о в р е ж д е н и я нервной ткани при неблагоприятных воздействиях [129], уси­
ление обратного захвата аспартата можно рассматривать как стремление
защитных систем мозга уменьшить его синаптическую концентрацию и
ограничить повреждающее действие. Наоборот, торможение обратного за­
хвата ГАМК, вероятно, направлено на повышение ее внеклеточной кон­
центрации для усиления эффекта торможения, а значит — и защиты мозга
от повреждения.
Проведенные исследования позволяют прийти к заключению, что по­
глощение (14-С)-аспартата срезами коры головного мозга крыс является
активным энергозависимым процессом. Ионы Cd в условиях in vitro пре­
имущественно стимулируют транспорт как (14-С)-ГАМ К, так и (14-С)-аспартата. Стимуляция транспорта нейромедиаторных аминокислот проявля­
ется при целом ряде концентраций Cd, включающем фемтомолярные. Сис­
тема поглощения аспартата более чувствительна к действию Cd, чем система
поглощения ГАМК.
In vivo в условиях подострой затравки Cd оказывает разнонаправленное
действие на изученные транспортные системы. Он стимулирует поглощение
(14-С)-аспартата и ингибирует поглощение (14-С)-ГАМ К.
В целом приведенные в настоящем разделе результаты эксперименталь­
ных исследований убедительно показывают, что Cd в дозах, равных 0,1 и
0,05 LD50, обладает выраженными нейротоксическими свойствами, что яв­
ляется новым элементом в исследовании механизмов токсического действия
этого важного с экологических позиций ксенобиотика. Д анны е об участии
симпатоадреналовых механизмов в реализации его нейротоксичности, так
же как и действие на нейромедиаторные аминокислоты, открывает новую
главу в нейрохимии и токсикологии тяжелых металлов и имеет общетеоре­
тическое значение.
В порядке продолжения работ в указанном направлении определенный
интерес представляют также результаты, полученные при исследовании нейротоксичности 5мс(три-н-бутилолово)оксида (ТБТО), которое широко ис­
пользуется в промышленности, а также является ведущим биоцидом приМеняемых в мировой практике судовых необрастающих красок [133]. Не­
смотря на имеющуюся информацию о нейротоксичности ТБТО, его влияние
на функциональное состояние ГАМКергической системы мозга, специфич­
ность обнаруживаемых нейротоксических эффектов до сего времени не
3Учены. Между тем положительное решение этого принципиального воРоса позволит по-новому представить патогенез интоксикаций не только
р иным, но и другими нейротоксикантами со сходным механизмом биолоческого действия на Ц Н С человека и животных.
В процессе проведения исследований было обращено внимание на оп
ределенное несоответствие между параметрами общей токсичности ТБТО
с одной стороны, и его биологическими эффектами в опытах in vitro в
сверхнизких (пико- и наномолярных) концентрациях — с другой. Известно
[ 1], что такого рода эффекты нередко отражают наличие у исследуемых
веществ избирательной токсичности, причем реакции наиболее поражаемой
функциональной системы, органов-мишеней либо показателей метаболизма
проявляются часто при действующих дозах и концентрациях, которые на
2—3 порядка ниже необходимых для проявления других признаков инток­
сикации. Именно это обстоятельство позволяет постулировать наличие у
ТБТО избирательной нейротоксичности. Такое положение априорно бази­
руется на известных данных литературы о более выраженном по сравнению
с неорганическими представителями центральном нейротоксическом дейст­
вии у металлорганических соединений. Так, открытие нейротоксичности у
метилртути и ее детальное изучение в связи с массовым поражением насе­
ления (болезнь минамату) содействовали выделению нейротоксикологии в
самостоятельную и интенсивно развивающуюся научную дисциплину [62
125]. Это же можно подтвердить данными о нейротоксичности метил- и
этилпроизводных свинца [137], органических соединений марганца [104] и
ряда оловоорганических соединений [3].
Проведенные исследования позволили выявить в опытах in vivo истоще­
ние синаптического пула ГАМК, усиление ее выброса и нарушение погло­
щения, изменение активности ферментов ее метаболизма — глутаматдекарбоксилазы (ГДК, КФ 4.1.1.15) и ГАМ К-трансаминазы (ГАМК-Т). Повыше­
ние уровня суммарного глутамата и ГАМК в гомогенате мозга при острой
интоксикации ТБТО (доза 3 мг/кг), вероятно, связано с ограничениями,
накладываемыми на процессы их метаболизма угнетением трикарбонового
цикла, одного из типичных для специфического действия ТБТО проявлений
нарушения энергетического обмена в клетке. В то же время наблюдается
дозозависимое истощение синаптического пула глутамата и ГАМК с макси­
мумом эффекта через 4—24 ч после воздействия токсикантом. А ктивац ия
ГР и Г- 6 -ФДГ при слабовыраженной активации ПОЛ может быть связана
с накоплением и усилением метаболизма в тканях восстановленных НАДН*
и НАДФН+, ибо для тяжелых металлов характерно повышение соотношений
НАДН/НАД и НАДФН/НАДФ.
Более четко зависимости типа концентрация — эфф ект прослежены в
опытах in vitro, в которых однотипные эффекты отмечаются при дозах и
концентрациях на 3—4 порядка ниже, чем в опытах in vivo [97]. Из пред­
ставленных в табл. 4.3 данных видно, что в поглощении (1 4 -С )-Г А М К
определяется два максимума при концентрациях ТБТО 10- ** и 10-4 М,
которые, вероятно, осуществляются по разным механизмам. Если при низ­
ких концентрациях ответ обусловлен изменением гидрофобной м о л е к у л о й
ТБТО состояния клеточной мембраны и нарушением работы п е р е н о с ч и к а ,
то при высоких концентрациях происходят преимущественно угнетение
энергопродукции за счет специфического блокирования тиоловых групп
ферментов энергетического обмена и снижение пула макроэргов. С тим уляция
высвобождения Г А М К наблюдается уже при концентрациях ТБТО 10“ М,
что свидетельствует о высокоспецифичном взаимодействии т о к с и к а н т а с
системами, ответственными за К +-стимулируемое высвобождение ГАМКВключаясь в работу Г А М К шунта, ТБТО ингибирует максимальную и по­
вышает эндогенную активность Г Д К с одновременной активацией Г А М К -*
в концентрации 10-1 2 М.
152
Таблица 4.3. Влияние ТБТО на показатели ГАМКергической системы мозга крыс
______
Исследуемые пока­
затели
Концентрации ТБТО (М±т)
конт­
роль
ю-14
ю- 12
ю-10
1СГ8
1СГ6
кг4
17,8+
±1,13
4,10±
±0,29
16,4±
±0,92
11,4±
±0,87*
12,2±
±0,64*
5,00±
±0,25
16,4±
±1,35
8,20±
±0,38*
4,90±
±0,24
5,7±
±0,27*
17,7±
±1,26
4,00±
±0,22
7,9±
±0,43*
4,2±
±0,29
1,90±
±0,094
2,30±
±0,19
2,10±
±0,15
1,66±
±0,11
2,60±
±0,17
2,70±
±0,18*
4,50+
±0,26*
269±
±14,5
265±
±11,7
232±
±9,83
182±
±7,65*
271 ±
±12,6
173±
±9,41*
180±
±7,82*
0,082±
±0,0058
0,147±
±0,0083
0,46±
±0,025*
0,41+
±0,017*
ГАМК-Т, мкмоль/
(гмин)
0,168±
±0,011
0,164±
±0,012
0,230±
±0,014*
0,173±
±0,018
0,219±
±0,015*
ДК ВЖК, нмоль/г
ткани
21,3±
±1,26
0,217±
±0,017
22,5±
±1,39
0,51±
±0,028
0,245±
±0,015*
0,151±
±0,0084’
0,39±
±0,031*
0,119±
±0,0085*
0,49±
±0,022
0,072±
±0,0029
0,47±
±0,023*
0,088±
±0,0037
ГДКта * мкмоль/
(г-мин)
0,079±
±0,0041
0,57±
±0,019
24,7±
±1,05*
22,4±
±1,44
23,6±
±1,08*
■ 21,6±
±1,42
21,3±
±1,69
МДА, нмоль/г тка­
ни
250±
±13,8
228±
±12,6
246±
±15,2
223±
±10,9*
245±
±9,85
246±
±13,9
248±
±15,6
ГП, мкмоль/(г-мин)
17,9±
±1,24
16,4±
±2,06
18,2±
±1,32
16,9±
±1,84
17,0±
±1,38
17,9±
±1,22
24,6±
±1,07*
’ |Т ^ю щ ё нив ГАМК,
рмоль/ (мг-мин)
Высвобождение
ГАМК при ^стим у­
лировании, %
Высвобождение
ГАМК спонтанное,
%
Избирательное
связывание,
нмоль/мг белка
ГДК-эндогенный,
мкмоль/(гмин)
р < 0,05.
Активация процессов ПОЛ в тканях мозга рассматривается нами как
неспецифический вторичный процесс, развитие которого может быть инду­
цировано переходом на резервный, недостаточно эффективный в условиях
кислородоемкого метаболизма тканей мозга путь микросомального окисле­
ния, связанный с гипоксией и накоплением жирных кислот вследствие
активации процессов липолиза. Как уже указывалось выше, подавление
активности цитохрома Р-450, дыхания и фосфорилирования в тканях мозга
не создает условий для нерегулируемых реакций свободнорадикального
окисления, а окисление свободных жирных кислот идет на уровне первой
фазы (образования диеновых конъюгатов). Поэтому, вероятно, процесс об­
разования конечного продукта МДА, как и активность ферментов антиоксидантной защиты, не приобрело генерализованных форм.
о
целом проведенные исследования позволили систематизировать соврениННЫе пРедставления о нейротоксических эффектах кадмия и оловооргаческих соединений, дополнив представления о патогенезе нейротоксичкий™ тяжелых металлов такими важными механизмами, как адренергичеспри интоксикации кадмием и ГАМКергический при действии ТБТО.
д о * ” Ым аспектом проблемы является активность соединений в сверхмалых
ром*’ Помня ° таком типичном для тяжелых металлов явлении, как микеркуриализм, микросатурнизм и др. Большинство соединений, активных
153
ых при действии разнообразных химических веществ к категории втоТак, при действии марганца, неорганической ртути, свинца возниРи
п р е и м у щ е с т в е н н о гипертензивные, а этилмеркурхлорида и тетраэтилка ца _ гипотензивные реакции как проявления вегетососудистой дисто° и и и д и с т р о ф и и миокарда, развивающихся на ф оне нейротоксических
н . ф е к т о в и нарушений клеточного метаболизма с превалированием признаов т к а н е в о й гипоксии. Марганец и сурьма, например, влияют на баланс
э л е к т р о л и т о в в миокарде, что может играть важную роль в нарушении
со к р а т и т е л ь н о й ф ункции миокарда [65]. В зависимости от повреждающего
д ей стви я на миокард исследованные металлы расположились в следующем
п оряд ке: кобальт > кадмий > свинец > никель > медь, тогда как по способ­
н о сти с н и ж а т ь содержание сульфгидрильных групп в миокарде — медь >
> свинец > никель > кадмий > кобальт.
В этом обобщающем исследовании авторы также попытались интеграль­
но оценить экстракардиальные пути реализации вредного воздействия хи­
м и ч еск и х веществ. Они рассматривают в качестве основных путей ЦН С —
при воздействии токсических веществ на поясную извилину, миндалевид­
ный комплекс; гиппокамп — основные нейрональные структуры лимбичес­
кой системы; гипоталамическую область — как высший центр регуляции
висцеральных функций, а также гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальную систему, реализующую ответные реакции организма на действие стрес­
соров.
Свинецсодержащие соединения характеризуются выраженным вазоконстрикторным действием, преимущественно проявляющимся в мелких сосу­
дах и капиллярах.
При содержании в питьевой воде 50 мкг/л РЬ в хроническом экспери­
менте у крыс отмечено существенное увеличение АД, особенно скорость
возрастания артериального давления (dP/dtmax).
Одним из наиболее информативных показателей признано исследование
системного АД, т.е. его динамики при нагрузочных пробах с введением
животным вазопрессина на фоне проводимой хронической интоксикации
исследуемым веществом [64]. Данный нагрузочный тест оказался предпо­
чтительным перед пробой с введением питуитрина как более физиологич­
ный, учитывая роль вазопрессина в физиологической регуляции сосудистого
тонуса.
Под действием ацетата свинца в дозах 0,1 LD 50 уже на 15-й секунде
опыта системное АД возрастало на 19,7 мм рт.ст. и не возвращалось к
исходному уровню через 3 мин, как это наблюдалось в контроле.
При морфологическом исследовании тканей миокарда отмечены гипер­
трофия левого желудочка как следствие повышенной гемодинамической
агрузки, утолщение сосудов мышечно-эластичного типа преимущественно
счет средней оболочки, достоверное повышение уровня холестерина в
рови, а у кроликов — атерогенные изменения в аорте и миокарде.
^
равнение результатов хронических и подострых опытов, выполненных
Ло елью изучения кардиотоксического действия свинца, не только послужиТ а ° снованием ДЛЯ вывода ° достаточной инф ормативности этих резульНия В И возможн°сти их использования для гигиенического нормировазанийН?б7И1СП° СОбСТВОВаЛО РазРа^ отке соответствующих методических укаD
сиче *ЗЯДС исследований М .П.Чекунова и соавт. [73, 74] изучили кардиотокТоРЬ1СКИе эФФекты кадмия, кобальта, меди, никеля, свинца и сурьмы. АвУстановили, что в основе наблюдаемых функциональных нарушений
в. сверхмалых дозах, являются эндогенными регуляторами — гормонами и
регуляторными пептидами.
Полученные данные о функциональных изменениях в тканях мозга при
действии сверхнизких концентраций кадмия и ТБТО свидетельствуют об ис­
ключительно высокой чувствительности метаболических систем мозга к дей­
ствию этого класса токсикантов.
Клиническая значимость полученных данных определяется взаимосвя­
зью степени истощения синаптического пула глутамата и ГАМК, с одной
стороны, и развития кататонического синдрома — с другой. Острая инток­
сикация ТБТО сопровождается вестибулярными нарушениями, двигатель­
ными расстройствами, иногда судорогами [145]. В нашей лаборатории впе­
рвые выявлен кататонический синдром при экспериментальной интоксика­
ции ТБТО [130]. В нейрофизиологическом эксперименте установлены
поведенческие проявления кататонии, обнаружена гиперреактивность хвос­
татого ядра, сочетающаяся с развитием судорожных потенциалов в коре
мозга. Однако нарушение ГАМКергических механизмов мозга может и не
быть первичным в нейротоксических эффектах ТБТО, поскольку проявле­
ния кататонии могут быть связаны также с гиперактивностью адренергичес­
ких структур, что также имеет место при отравлении тяжелыми металлами.
Вероятно, следует постулировать наличие дисбаланса в функции различных
нейромедиаторных систем. Множественный характер механизмов нейротоксического действия ТБТО обусловлен мембранотропными эффектами всей
молекулы токсиканта, а также влиянием иона олова после его деалкилирования [105]. Эти аспекты биоактивности и, в частности, токсичности ТБТО
признаются Международным сообществом (ВОЗ, [145]) приоритетами в
перспективных научных исследованиях на ближайшее десятилетие. Они
представляют интерес применительно ко всем видам металлорганических
соединений, ибо патогенетические механизмы при долгосрочном контакте
человека и животных с этими ядами, особенно в сверхмалых концентрациях
(порядка нанограммов в 1 л), остаются дискутабельными.
4.5.2. Кардиотоксичность тиоловых ядов
Проблема кардиотоксичности тяжелых металлов сложна и недостаточно
разработана, хотя в литературе имеется большое число указаний на наличие
изменений сердечно-сосудистой системы (ССС) у лиц, экспонированных
тяжелыми металлами. Для ее успешного решения необходимо со ч е т а н и е
эпидемиологических, клинико-физиологических и экспериментальных ис­
следований [59]. Детальный анализ данных литературы и материалов с о б с т ­
венных исследований позволил прийти к заключению о наибольшей изу­
ченности токсического воздействия на ССС именно тяжелых металлов, что
подтверждается глубиной рассмотрения сложных патогенетических механиз­
мов кардиотоксикозов, данных клинических наблюдений и их эксперимен­
тального подтверждения, что существенно облегчает изложение м а т е р и а л о в
данного раздела.
Поражения химической этиологии сердца и сосудов возникают не изолиро­
ванно, а во взаимосвязи с другими функциональными нарушениями в организме,
что вызывает большие трудности в их диагностике и нозологической диффе'
ренциации.
В реализации кардиотоксических эффектов различают н е п о с р е д с т в е н н о е
воздействие химических веществ на сердце и сосуды, а также опосредован­
ное (экстракардиальное). Е.АЛужников [32] относит большинство наблю154
i
155
лежат биохимические сдвиги, в частности снижение уровня гликогена, уси
ление процессов гликолиза, рост концентрации пировиноградной кислоть
в миокарде, снижение активности ЛДГ, рост активности лизосомальных
гидролаз, фосфорилазы, кислой фосфатазы, нарушение обмена норадреналина (НА) и адреналина (А) уже при однократном воздействии. В подострых
и хронических опытах у подопытных животных отмечено существенное
увеличение активности моноаминоксидазы (МАО), кислой рибонуклеазы и
фосфатазы, фосфорилазы и катепсинов.
Под действием сульфата кобальта (ингаляция 0,005 м г/м 3) отмечены рост
ЧСС в спокойном состоянии и замедление его восстановления после дозиро­
ванной физической нагрузки, изменение зубцов Р и Т на ЭКГ. При хрони­
ческой интоксикации сурьмой выявлены изменение желудочкового комплекса
ЭКГ, рост вольтажа зубцов Р и Т, смещение интервала S T вверх от изолинии
обеднение миокарда НА и обогащение А. Авторы подразделяют исследованные
металлы по механизму патогенетического действия на миокард:
• не обладающие избирательной кардиотоксичностью и характеризую­
щиеся преимущественно тиоловым механизмом действия (свинец и
медь);
• отличающиеся выраженным кардиотоксическим действием по катехоламиновому механизму (кадмий и кобальт).
Подчеркивая компенсаторно-приспособительную основу наблюдаемых
сдвигов, М .П.Чекунова обращает внимание на их фазовый характер (1 —
развитие повреждения и формирований компенсаторно-приспособительных
реакций; 2 — снижение интенсивности проявляющихся морфофункционально-метаболических сдвигов; 3 — выраженные нарушения структуры и
функции сердца, обусловленные истощением адаптационных резервов).
Именно на последней стадии развиваются необратимые изменения в мио­
карде, которые лежат в основе сердечной недостаточности при хроническом
кардиотоксическом действии металлов.
Подобные результаты получены в экспериментальных исследованиях с
введением животным ртути, ее неорганических и органических со е д и н е н и й :
изменение ЧСС и АД, нарушение предсердно-желудочковой проводимости,
сердечного ритма, экстрасистолия, характерные изменения ЭКГ, биохими­
ческие и морфофункциональные сдвиги [8 , 143].
С результатами эксперимента согласуются материалы некоторых клини­
ческих наблюдений. Так, показано д о с т о в е р н о е повышение с и с т о л и ч е с к о г о
АД у контактирующих с кадмием рабочих по отношению к о б с л е д о в а н н ы м
контрольной группы [87]. Отмечена корреляция между уровнем з а г р я з н е н и я
окружающей среды кадмием в ряде префектур Японии, с одной стороны, и
заболеваниями гипертонией среди населения [134], содержанием кадмия в
воздухе городов СШ А и обусловленной гипертонией и сердечными заболе­
ваниями, смертностью населения [106]. Установлена взаимосвязь между
высоким уровнем никеля в крови и инфарктами миокарда и И Б С у р аб очи х,
выплавлявших никель. Эти нарушения развивались на фоне к о р о н а р н о й
вазоконстрикции, хотя другие сердечно-сосудистые заболевания и смерт­
ность от них не отличались от таковых у других контингентов н а с е л е н и я в
данном районе [47]. Характерным синдромом при интоксикациях к о б ал ь то м
является “ кобальтовая миокардиопатия” , протекающая с развитием м и о к а р диодистрофии вследствие метаболических и ишемических и з м е н е н и и ,
также выраженной гипотонии [78]. Именно артериальная гипотония, бРа'
дикардия, нарушение внутрижелудочковой проводимости и м и о к а р д и о д и с ^
трофия являются наиболее типичными сердечно-сосудистыми н а р у ш е н и я
156
регистрируемыми у лиц контактной группы при действии органических
М1е д и н е н и й ртути, что совпадает с результатами экспериментальных иссле­
д о в ан и й [62].
А н а л и з данных, касающихся кардиотоксичности тяжелых металлов, поо л я ет на основе современных представлений о патофизиологических и
3 е т а б о л и ч е с к и х изменениях в функционировании сердечно-сосудистой сис­
темы и ее регуляции построить общую схему включения основных патоге­
н ет и ч е ск и х механизмов в этот процесс.
Первичная рецепция тяжелого металла в дыхательных путях при инга­
ляции либо в желудочно-кишечном тракте реализуется как адаптивная ре­
акция на стрессорное воздействие, которая является по своему характеру
адренергической [45]. Это предполагает коронароспазм, прогрессирующее
пазвитие гипоксии и ишемии миокарда как обязательные атрибуты нейрогуморальных и метаболических сдвигов, лежащих в основе структурно­
функциональных нарушений сердечной мышцы и системы кровообращения
в целом. Не случайно уже на первых этапах интоксикации организма кад­
мием, свинцом, органическими соединениями олова и мышьяка возрастают
концентрация катехоламинов (КА) в крови и уровень их биосинтеза в
надпочечниках [76, 77, 79]. КА способствуют включению двух взаимосвя­
занных между собой механизмов [37]. Первый проявляется ускоренным
вхождением в кардиомиоцит через медленный канал сарколеммы Са2+.
Транспорт Са2+ в клетку регулируется аденилатциклазой, активность кото­
рой при стрессе возрастает. Повышаются уровень цАМФ и содержание
активного кальмодулина (его комплекса с Са*+) — главного активатора ф и­
зиологических функций и процессов энергообразования. Действие кальмо­
дулина через ферменты фосфорилирования (протеинкиназы) приводит к
мобилизации гликолиза, ингибированию синтеза гликогена, активации про­
цессов окислительного фосфорилирования за счет повышенного потребле­
ния 0 2 и расхода АТФ [5].
Второй механизм реализуется на уровне адренергических рецепторов
миокарда и кровеносных сосудов. Установлено [19], что КА в сердце ока­
зывают влияние на проницаемость клеточных мембран, находящихся в
напряжении под влиянием потенциала действия. В частности, под действи­
ем А и НА повышается мембранный потенциал и понижается частота
потенциала действия. Оба эти явления должны уменьшить выход К+, тогда
как ингибиторное действие КА приводит к его росту. Этот эф ф ект опосре­
дован а-адренорецепторами, тогда как (3-рецепторы активируют аденилатциклазный механизм. Последний включается также рядом трансмиттеров, в
том числе дофамином. Можно полагать, что дофаминовые рецепторы также
участвуют в активации цАМФ, ибо вызываемое (3-рецепторами повышение
ее внутриклеточного уровня невелико. В результате цАМ Ф активирует протеинкиназу, которая в свою очередь катализирует фосфорилирование мемранного белка, регулирующего прохождение ионов через мембрану. Не
меньшее значение имеет при этом и изменение концентрации Са2+ у внут­
ренней поверхности клеточной мембраны. Таким образом, как можно легко
тметить при прослеживании путей клеточной и системной регуляции, оба
ханизма достаточно тесно связаны между собой,
^ с т ^ Ц и е й к рассмотренным механизмам кардиотоксичности тяже­
лел Металлов в известной мере могут быть данные, характеризующие опреХикЯемые У контактирующих с Cd рабочих артериальную гипертензию, та0днардию и изменения показателей ЭКГ (у 45 % обследованных) [11, 143].
ако в экспериментальных исследованиях таких изменений прослежено
л ы х
157
% к контролю
160 г
аб
1
аб
2
аб
3
4
аб аб
1
аб
2
Cd
аб аб аб
3 4 1
аб
2
N
аб а
3 4
Cd+N Недели
% к контролю
1
2
3
Cd
4
1
2
3
N
4
1
2
3
4
Cd+N Недели
% к контролю
Рис. 4.1. Динамика показателей ЭКГ при воздействии кадмия,
сочетанного действия этих факторов в течение 4 нед.
н евроти зац и и
и
Cd — кадмий; N — невротизация; Cd+N — сочетанное действие; а — зубец Т; б — расстояние
между зубцами Р н Т на ЭКГ; в — частота сердечных сокращений; г — расстояние меЖДУ
зубцами Р и Q на Э КГ; д — расстояние между зубцами Q и Т на ЭКГ; е — зубец R на ЭК1 •
158
б ы л о . Именно этот аспект требовал проверки в наших эксперименталь­
ное исследованиях.
при введении хлорида кадмия белым крысам в течение 4 нед в дозе 0 ,0 5
п
снижались вольтаж зубцов R и Т, рост отнош ения Р /Т на ЭКГ,
линение интервалов PQ и QT, тенденция к снижению ЧСС (на 28 %),
Колее четко прослеживаемая к концу опыта (рис. 4 .1 ). Невротизация сопрож д ал ась четкими полярными (по отношению к животным, затравленным
C d) сдвигами примерно той же степени выраженности. В частности, обра­
щали на себя внимание рост вольтажа зубца Л на 50 % в первые недели
о п ы та, укорочение интервалов PQ и QT, повышение ЧСС, стабильное в
течен и е всего опыта на уровне 140— 160 % по отношению к контролю.
Весьма сложная картина наблюдалась при сочетанном воздействии кад­
мия и невротизации: для нее было характерно в общем плане преобладание
п о к аза тел е й , идентичных по направленности с невротизированными живот­
ными, на первых двух неделях опыта. Это особенно четко прослеживалось,
например, при анализе значения ЧСС, вольтажа зубца R, интервала QT.
Введение Cd на фоне невротизации после краткого периода активации
с и м п а т и ч е с к о г о звена вызывало существенное угнетение всех учитываемых
п о к аза тел е й при выраженном преобладании парасимпатических влияний
над симпатическими (резкий рост Р/Т). Э т о хорошо согласовывалось и с
данными оценки поведенческих реакций, и с характером динамики выве­
дения КА с мочой у подопытных животных, которые были проанализиро­
ваны при характеристике нейротоксических эффектов кадмия в предыдущем
разделе.
В обычных условиях для компенсирования вышеназванного комплекса
метаболических сдвигов должен срабатывать регуляторный механизм удале­
ния Са2+ из клетки, ингибирования аденилатциклазы и активации фосфодиэстераз, приводящих к инактивации цАМФ. Этого не происходит в усло­
виях продолжающегося процесса интоксикации (за счет кумуляции и по­
вторного поступления ионов металлов-стрессоров), что ведет к дальнейшим
нарушениям ионного баланса (накопление в клетке Са2+ и N a+ при сни­
жении концентрации К +), окислительного фосфорилирования в митохонд­
риях кардиомиоцитов и функционального состояния биомембран. Послед­
нему способствуют липотропные эффекты КА (активация активности липаз,
фосфолипаз и процессов ПОЛ, рост уровня и проявлений детергентного
действия на липиды мембран лизофосфатидов и жирных кислот), а также
гипоксический по своей природе и направленности характер изменений
основных звеньев энергетического обмена (активация анаэробного глико­
лиза, снижение активности ферментов трикарбонового цикла и дыхательной
Цепи, переключение на использование липидов в качестве субстратов энер­
гообмена с активацией процессов свободнорадикального окисления в мио­
карде).
Такого рода неспецифические изменения безусловно доминируют в паогенезе кардиотоксического действия тяжелых металлов. Тем не менее
льзя исключать участия в этих процессах и специфических механизмов,
ределяющих их токсическое действие как тиоловых ядов. Среди них
У словно ведущими являются такие, как снижение активности ферментов
блокГеТИЧеСКОГО обмена (ПВДГ. Г- 6 -ФДГ, а-К Д Г , ИЦДГ, СДГ) вследствие
ния аДЫ ^ ' ^ у п п , нарушение активного транспорта ионов за счет снижеМетялЭНерГеТИЧескоГ° потенЧиала клетки и конкуренции ионов токсичных
бран Л° В С эссенЧиальнь,ми (прежде всего Са2+), возможное прямое мем°токсическое действие на кардиомиоциты.
159
Сопоставление механизмов стрессорного (неспецифического) и избира­
тельного (специфического) действия тиоловых ядов на миокард показывает
что они в большинстве своем носят однонаправленный характер и могут
усиливать-взаимные эффекты. Это, например, может быть прослежено на
примере кардиотоксического действия кобальта [53]. Так, из 413 обследо­
ванных рабочих кобальтовых цехов в возрасте до 40 лет у 19 был установлен
диагноз кобальтовой миокардиопатии: тахикардия, снижение ударного и
минутного объема крови, повышение удельного периферического сопротив­
ления и среднего гемодинамического давления при нормальном систоли­
ческом и диастолическом давлении. На ЭКГ отмечены депрессия сегмента
S — T, сглаженный, двухфазный и отрицательный зубец Т, коронароподобные изменения зубца S, признаки гипертрофии левого желудочка. На поликардиограмме — изменения в фазовой структуре сердечного цикла, сниже­
ние сократительной функции миокарда.
Механизм кардиотоксического действия кобальта связывают с наруше­
нием обмена биогенных аминов, метаболизма миокарда вследствие блоки­
рования SH -групп в системе пируватдегидрогеназы. В то же время отмечены
угнетение активности ЛДГ, СДГ, каталазы и цитохромоксидазы, нарушение
фосфорно-кальциевого обмена [23]. Все это позволяет констатировать, что
кардиотоксический синдром может быть одним из ведущих в клинической
картине отравления тяжелыми металлами.
Компенсаторно-приспособительный характер наблюдаемых изменений
проявляется в согласованной в плане общей концепции адаптационного
процесса взаимосвязанной смене преимущественно катаболической и ана­
болической фаз динамики клеточного метаболизма и его нейрогуморальной
регуляции [49].
Вопросы этиопатогенеза артериальной гипертензии у рабочих, контак­
тирующих со свинцом, а также значимости данного фактора в развитии
сердечно-сосудистой патологии у населения до сего времени остаются в
центре внимания исследователей. Это связано прежде всего с наличием
разноплановой статистики, нашедшей отражение в работах Selevan [132],
Cooper [88], Fanning [92], Neri и др. [116], Moller и Kristensen [114] и других
авторов, которая не позволила подтвердить наличие п р и ч и н н о - с л е д с т в е н н о й
связи между этими показателями. Тем не менее доказанность кардиоток­
сичности тяжелых металлов в токсикологическом эксперименте, сложность
вычленения сопутствующих, зачастую разнонаправленно действующих фак­
торов в клинико-эпидемиологических исследованиях, высокая в а р и а б е л ь ­
ность показателей индивидуальной чувствительности к тиоловым ядам тре­
буют продолжения исследований в указанном направлении, которое оста­
ется одним из актуальных в профилактической и клинической т о к с и к о ­
логии.
4.5.3. Нефротоксичность тиоловых ядов
В симптоматике острых поражений ртутью, свинцом и особенно к а д м и ­
ем важное место занимают поражения почек и м о ч е в ы в о д я щ и х путе 1 •
Н .И .Ш иманко [80] считает, что с различными по выраженности и функи
ональной значимости поражениями почек протекают до 70 % острых экз
генных отравлений. Среди 400 наблюдавшихся указанным автором б о л ь н ь
у 50 человек выявлена острая почечная недостаточность, с в я з а н н а я с во
действием соединений ртути, у 5 — мышьяка, у 7 — других тяжелых мет
лов.
1£П
Лица с о стр о й почечной недостаточностью токсической этиологии совляю т до 20 % среди больных, находящихся на лечении в почечных
СТЗ тоах. Из 11 000 больных, лечившихся в Центре по лечению отравлений
'и с т и т у т а скорой помощи им. Н.В.Склифосовского, за 10 лет нефропатия
з л и ч н о й степени тяжести была обнаружена у 67,9 %, тогда как острая
р3чечная недостаточность — у 8,5 % пострадавших. В то же время среди
П ц и е н т о в с отравлениями соединениями мышьяка и тяжелых металлов
п фропзтия выявлена у 55 % и острая почечная недостаточность — у 32,4 %
б о л ь н ы х . Эти данные позволяют сделать важный вывод о том, что токси­
ческие нефропатии при рассматриваемом виде отравлений встречаются не
чем ПрИ других видах патологии химической этиологии. Кроме того,
они в 3,8 раза чаще осложняются острой почечной недостаточностью.
Острые отравления чаще всего приводят к развитию острой почечной
недостаточности или острой токсической нефропатии (ОТН), под которой
понимают возникновение внезапных нарушений функции почек по обеспечению
водно-электролитного баланса, кислотно-основного состояния, нормотонии,
эритропоэза и выведения продуктов азотистого обмена. Наряду с комплексом
функциональных нарушений имеет место развитие морфологических изменений
в паренхиме почек, чаще всего типа некронефроза.
Тяжелое клиническое течение и высокая летальность при такого рода
осложениях острых отравлений связаны с рядом причин: сочетанным нару­
шением функций почек и печени, сопутствующим поражением ССС,
гемо- и лимф одинам ики в паренхиматозных органах, одновременны м
вовлечением в процесс других органов и систем, прежде всего Ц Н С и
системы крови. Это положение еще раз подчеркивает условность выделе­
ния органных и системных синдромов в патогенезе отравлений тиоловыми ядами, которое несет также специальную нагрузку, позволяя выделять
особенности в действии конкретных ядов в пределах одной группы токсич­
ных веществ.
Для 20 металлов и их солей (барий, бериллий, бор, висмут, вольфрам,
железо, золото, йод, кадмий, молибден, мышьяк, медь, ртуть, свинец, се­
ребро, сурьма, таллий, уран, хром) доказано наличие нефротоксических
эффектов. Их список можно было бы продолжить. При этом в ряде случаев
имеет место специфическое избирательное воздействие (ртуть, мышьяк,
кадмий). Эти вещества оказывают влияние непосредственно на почечную
ткань, что, с одной стороны, объясняется повышенной осмолярностью
почечной ткани и в связи с этим высокой концентрацией токсичного
вещества в почках. При отравлении сулемой, медным купоросом содержание
их в почках во много раз превосходит таковое в других органах. В течение
первых 48 ч после отравления с мочой экскретируется до 80—90 % ртутного
препарата. Именно прямым воздействием на эпителий почечных канальцев
Р Ъясняют некротическое действие выводимых почками тяжелых металлов.
Другой стороны, эти вещества воздействуют на метаболизм почечной
ни, вступая в соединение с тиоловыми группами ф ерментов. Этим
ч£ ем они вызывают деструкцию клеточных структур (митохондрий, ядер),
п ^ ж н т 8 основе наруш ения энергетического и других видов обмена в
ж е
ВиемДНаК° В клиническ°й практике ОТН нередко наблюдается под дейстслуч Химических веществ, не обладающих такого рода тропизмом. В этих
Нал аях Развитие почечной недостаточности может быть связано с преречь!ми поражениями (шок, резкое снижение кровяного давления, умень­
шение объема циркулирующей крови, гемолиз и миолиз), а также аллерген
ными механизмами.
Для отравлений большими дозами тяжелых металлов и мышьяка харак
терно развитие токсического либо (менее вероятно) болевого шока. Имени'
этот синдром лежит в основе нарушений почечного кровообращения и
гемодинамики, которые вначале протекают с явлениями относительной (де­
понирование крови), а потом и абсолютной (нарушение проницаемости
сосудов) гиповолемии, что вместе с истощением нервной регуляции приво­
дит к падению артериального давления, кровотока в почках и нарушению
периферической циркуляции крови. Если общий объем циркулирующей
крови уменьшается в 2 раза, то его протекание через почки уменьшается в
30 раз. Это вы зы вает резкое сниж ение клубочковой ф ильтрации и раз­
витие канальцевой анурической нефропатии. Помимо гемодинамических
расстройств, при образовании шоковой почки важную роль играет повыше­
ние внутрипочечного давления в связи с замедлением и стазом крови, а
также повышением проницаемости сосудов медуллярной и юкстамедуллярной зон. Гипоксия почек возникает не только как результат гипотензии
свойственной торпидной фазе шока, но и вследствие рефлекторного спазма
почечных сосудов, ведущего к дистрофическим и некробиотическим изме­
нениям в почечных канальцах.
Е.М .Тареев [55], указывая на резкое снижение почечной микроциркуля­
ции в результате длительного спазма преартериол и артериовенозного шун­
тирования при затяжном шоке (шоковый статус), считал, что “организм
приносит при этом в жертву в первую очередь почки для сохранения
центральной церебрально-коронарной гемодинамики” . Наличие определен­
ного “ранж ирования” при критическом состоянии физиологических функ­
ций неоднократно рассматривалось позже и другими авторами. Об этом
свидетельствует и наличие рефлекторного спазма артерий коры почек, рас­
крытие артериовенозных анастомозов, позволяющее осуществлять сброс ос­
новной массы крови по юкстамедуллярному пути (шунт Труэта). Механи­
ческая блокада канальцев сочетается с их закупоркой слущивающимся эпи­
телием и пигментными цилиндрами вследствие отека интерстиция в усло­
виях ацидоза, гиповолемии, дегидратации и гипоксии.
Таким образом, в патогенезе ОТН преобладают п ол и эти ол оги чески е
механизмы, включающие локальные почечные и системные эл ем ен ты . В со­
вокупности они формируют и клиническую картину, и синдромы острых
интоксикаций тиоловыми ядами, в том числе и токсической нефропатии.
Острая почечная недостаточность как тяжелая степень нефропатии всег­
да развивается на фоне уже выраженной клинической картины отравления.
Независимо от этиологического фактора в ее клинической картине разли­
чают четыре стадии:
I — начальная шоковая, или фаза агрессии, с преобладанием нервн о­
рефлекторных явлений;
II — олигоанурическая стадия;
III — стадия полиурии или восстановления диуреза;
IV — выздоровление.
Ш оковая стадия проявляется остро ознобом, гиперемией лица, см ен яю ­
щейся цианозом, повышением температуры тела, болью в п о я сн и ц е,
грудиной, кашлем, поверхностным дыханием, тошнотой, рвотой и С° ПР°’
вождается вазоконстрикцией с блокадой почечного кровообращения. Хар
ктерным симптомом являются снижение диуреза, протеинурия, гематури
(лейкоциты и эритроциты в моче). Состояние больного зависит не о
162
ени у р ем и ч е ск о й интоксикации, а от вида токсиканта, дозы, степени
поражения других органов.
С тадия II развивается чаще через 1—2 сут после отравления и характеся резким падением функциональной активности почек. Суточное
^ ичество мочи снижается до 50—100 мл. Это постоянный и доминирую­
щий п р и зн ак острой почечной недостаточности. Стадия может длиться от
Ш скольких часов до нескольких недель. Нарушение азотистого, водноНее к т р о л и т н о г о обмена, кислотно-основного баланса сочетается с синдроЭами п о р аж ен и я ЦН С, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, гемопоэза Классическое течение уремии в настоящее время при активной те­
рапии наблюдается исключительно редко.
Первичные признаки поражения Ц Н С сводятся к астении, головной
боли, редко судорогам и сухожильным подергиваниям. Больные сонливы,
з а т о р м о ж е н ы , при гипогидратации возможны беспокойство, нарушения
психики.
Сердечно-сосудистые осложнения наблюдались у 49 % больных [80].
Возрастание минутного объема сердца, венозная гипертония могут расце­
ниваться как признаки правожелудочковой недостаточности. Но наиболее
опасен синдром по типу легочного сердца, сходный также с эмболией
легочной артерии в олигоанурической фазе ОТН, возникшей в результате
отравления.
Особую опасность в этом периоде острой почечной недостаточности
представляют инфекционные осложнения, причем пневмонии и трахеобронхиты дают до 40 % летальных исходов. Они осложняются развитием
отека легких, который может возникать самостоятельно уже в первые дни
после отравления. Бедность клинических признаков может компенсировать­
ся рентгенологической картиной. В основе такого контраста лежит быстрое
изменение осмотического градиента в тех отделах легких, которые обеспе­
чивают выделительную функцию слизисто-белковых желез бронхиального
дерева. Выпота в альвеолы не происходит, что не создает предпосылок для
возникновения хрипов.
Период олигурии при ОТН сопровождается гипохромной анемией, ко­
торая обусловливается не только внутрисосудистым гемолизом, но и сис­
темными нарушениями гемопоэза в результате специфического поражения
костного мозга, а также действия продуктов азотистого обмена. Развитию
геморрагий способствуют токсический гепатит и уремический гастроэнте­
рит.
Накопление продуктов метаболизма, в частности белкового катаболизма,
лежит в основе гипертермии. Рост содержания мочевины в среднем на
> ~0,7 г/л в сутки при этом чрезвычайно показателен и информативен,
ем не менее при поражении печени степень накопления мочевины может
Ыть и небольшой.
ее б^адерЖка В°Д Ы в организме обусловлена блокадой почечной функции, а
гил ЗЛанс определяется соотношением дегидратации (рвота, понос) и гипер/•Дратации (задержка натрия, клеточный и тканевый катаболизм, введение
ИДкостей с терапевтической целью),
и кал°ЛИ Почки единодушно признаются критическим органом при ртутных
ленн МИСВЫХ о тРавЛен и ях, то большая часть также преимущественно накопз о в а Г в почках неорганического свинца находится в пузырьковых обрафу ”ЯХ’ к°торые выполняют по отношению к этому токсиканту защитную
Чию. Острое ртутное отравление характеризуется триадой симптомов:
в*
163
олигурия, тубулярный некроз, острая сердечная недостаточность. Проявл
ния нефропатии при продолжающемся воздействии малых доз перевол^
патологию в вяло текущий интерстициальный нефрит с прогрессивно н *
растающим фиброзом и гломерулярным склерозом. Протеинурия (низкомо'
лекулярные белки в моче) служит интегральным проявлением вяло текущег'
патологического процесса, который при ртутной интоксикации связан °
явлениями нефроза, а при кадмиевой — нефрита. Из других признаков этого
плана следует указать на глюкозурию, аминоацидурию и гиперкальцийурию
Последнее особенно характерно также для свинцовых отравлений в связи
мобилизацией Са2+ из тканевых депо.
Материалы клинических наблюдений согласуются с данными экспери­
ментальных исследований. Во-первых, в цитированной литературе имеется
множество указаний на преимущественное накопление Hg2+ в тканях почек
(для органических соединений статистика несколько отлична). Так, при
введении крысам повторно CdCl 2 в дозах 2,7 и 200 м г/кг показано, что
кумуляция Cd в печени и почках зависит от времени воздействия [121]
Особенно существенное повышение концентраций иона Cd наблюдалось в
корковом слое почек (по сравнению с мозговым и почечной лоханкой)
независимо от вводимой дозы. Морфологические изменения отмечены так­
же в проксимальных и дистальных мочевых канальцах. Имеются веские
доказательства, что кадмий-металлотионеиновый комплекс в почечной тка­
ни обладает повреждающим действием [86, 121]. Дистрофические явления
в почечной ткани обусловлены в том числе и окислительным стрессом. Уста­
новлено образование Н 2О 2 инкубированными in vitro митохондриями коры
почек крыс в присутствии HgCl2 (12 нмоль/мг белка) до 0,34 нмоль/(мин-мг)
[110]. В присутствии 15 нмоль/мг HgCl2 образование МДА росло при ис­
пользовании в качестве субстрата смеси малата и глутамата (с 7 до 22 нмоль
за 30 мин на 1 мг белка). Полученные данные указывают на важную роль
накопления Н20 2 и стимуляции ПОЛ в нефротоксическом действии Hg2+.
Хроническое воздействие закиси кобальта на крыс (20 мг/кг) вызывало
некроз эпителия извитых канальцев, дегенеративные изменения эпителия
прямых канальцев и его жировую дистрофию [23].
Приведенные в настоящем разделе данные показывают, что нефротичес­
кий синдром занимает важное место в патогенезе острых и хронических
отравлений тяжелыми металлами. Это определяется преимущественной ма­
териальной кумуляцией указанных токсикантов в эпителиальных клетках
мочевыделительной системы, наличием вторичных эффектов со с т о р о н ы
почек типа мочекаменной болезни в связи с нарушением э л е к т р о л и т н о г о
баланса в организме, ухудшением условий для реабсорбции белка в парен­
химе почек и почечных канальцах, где отмечаются дистрофические м о р ф о функциональные сдвиги, а также сопутствующие изменения в печени.
Активный клинико-лабораторный скрининг почек и всей мочевыделит ельнои
системы при подозрении на отравление тяжелыми металлами является обя­
зательным.
Как правило, его симптоматика и клиническое течение в з а и м о с в я з а н ы
и во многом определяются функциональным состоянием и степенью нарУ'
шений, происходящих в сердечно-сосудистой, дыхательной системах, желУ"
дочно-киш ечном тракте и особенно в печени, что необходимо у ч и т ы в а т ь
при определении стратегии и тактики в осуществлении комплекса л е ч е б н ы х
мероприятий.
164
4 5 4 . Гепатотоксичность тиоловых ядов
Наоушение морфофункциональной целости гепатобилиарно-панкреатиого к о м п л ек с а является одним из интегральных патогенетических мечесК ов в токсическом действии тиоловых ядов. Это определяется их
ХЗНИ0бностью связывать сульфгидрильные группы белков, замещать Са
и
cncJ.c2 белках, липидах и других биологически активных соединениях. Не
vwайно в большинстве руководств по клинической токсикологии не тольСЛ подчеркиваются пестрота синдромов и полиорганный характер поражеК°й тяж ел ы м и металлами и мышьяком, но и отводится должное место
НИ ен о ч н о й недостаточности как постоянному симптомокомплексу уже в
пянний период развития интоксикаций [12, 32, 108, 109]. Иногда при остром
отравлении соединениями мышьяка и солями тяжелых металлов клиничес­
кая картина характеризуется преимущественно признаками поражения пе­
чени с типичными проявлениями токсического гепатита. Болезненность в
правом подреберье, набухание печени сочетаются с положительной прямой
реакцией на билирубин и появлением желчных пигментов в моче. В рвотных
массах наблюдаются примеси крови и желчи. При пероральном отравлении
препаратами ртути преобладают атрофические изменения паренхимы пече­
ни, а солями железа (например, сульфат двухвалентного железа) — некроз
печени и печеночная кома. Повышение общего азота и азота мочевины
манифестирует нарушение процессов синтеза белка в печени и нарушение
углеводного обмена: рост сахара, пирувата и лактата в крови. Происходит сдвиг
кислотно-основного состояния (метаболический ацидоз) и развивается водно­
электролитный дисбаланс. Нарушаются также дезинтоксикационная и экскре­
торная функции печени. Особенно тяжело, с крайне неблагоприятным ис­
ходом протекает сочетанная почечно-печеночная недостаточность.
Ионы тяжелых металлов проникают в гепатоциты путем эндоцитоза-экзоцитоза и в меньшей степени в результате диффузии. Будучи преимущест­
венно связанными в кровяном циркуляторном русле с низкомолекулярными
транспортными белками (металлотионеины, трансферрин, ферритин, церулоплазмин), тиоловые яды подвергаются одному из трех видов эндоцитоза:
пиноцитозу, адсорбции либо связыванию рецепторами. Затем эндоцитозные
пузырьки передают свое содержимое лизосомам и аппарату Гольджи, где
они метаболизируются и выделяются в желчь [16].
Углубленные исследования механизмов транспорта тяжелых металлов
через плазматическую мембрану гепатоцитов стали возможны на моделях с
изолированными клетками печени [139]. Стационарная концентрация ксе­
нобиотика в клетке печени определяется соотношением скорости протека­
ния таких процессов, как транспорт ксенобиотика через плазматическую
Мембрану из внеклеточной среды в клетку; метаболические превращения
вещества в клетке; его связывание с мембранными и внутриклеточными
компонентами; экскреция вещества из клетки. Такое многообразие породи­
ло определенные трудности в экспериментальных исследованиях. И только
применение изолированных гепатоцитов позволило, в частности, обнару­
жить несколько систем переноса тяжелых металлов. Одна из них ингибиру­
ется азидом, цианидом и олигомицином, зависит от температуры и харакеризуется насыщением. Другая специализированная система стимулируется
интетическими аналогами стероидных гормонов (дексаметазон), которые в
кярИЧИе от кортизона и гидрокортизона в присутствии инсулина или глюот она осуществляют трансмембранный перенос цинка. Кадмий независимо
т Состояния окислительного фосфорилирования в митохондриях гепатоципоглощается двухфазно: вначале (10—15 мин) идет быстрое, а потом
165
Исходя из этиопатогенетических особенностей тиоловых ядов, наличия
ительно доказанной избирательной токсичности, сочетающейся с обубеДи я окислительного стресса, гипоксии механизмами повреждающего
Ш1-Мтвия, нет необходимости приводить имеющиеся в учебно-методической
С правочной литературе материалы по конкретным, частным лечебно-прол Ф ак ти чески м мероприятиям, а следует лишь указать на принципиальные
зииии в комплексной терапии отравлений, вытекающие из обобщенной
п° „ генетической концепции лечения отравлений мышьяком и тяжелыми
б а л л а м и . Они могут быть приняты за основу таких мероприятий не только
вы раж ен н ы х клинических проявлениях острых и хронических отравле­
ний но и при установлении отдельных симптомов и симптомокомплексов
v лиц, имеющих производственный, бытовой и ли случайный контакт с
такого' рода ядами, а также зафиксированных лабораторно случаях носи­
тельства и его микропризнаках.
Ведущим элементом детоксикации организма служит антидотная тера­
пия, поэтому положительное применение унитиола оказывает лечебный
эффект и одновременно подтверждает клинический диагноз.
Перитонеальный диализ, гемодиализ, ультра- и гемофильтрация, гемои эн тер о со р б ц и я наиболее активны для удаления из организма низкомоле­
кулярных веществ, в том числе и тяжелых металлов. Они хорошо сочетаются
со способами разведения, снижения концентрации яда в биологических
жидкостях организма за счет использования инфузионных средств, плазмо­
замещающих препаратов и переливания крови.
Усиление естественных процессов очищения организма включает про­
мывание желудка, применение рвотных и слабительных средств, электро­
стимуляции кишечника вместе с водно-электролитной нагрузкой, осмоти­
ческим и салуретическим диурезом.
Применение препаратов, подавляющих нерегулируемые очаги возбужде­
ния в коре головного мозга и преобладающие симпатические либо парасим­
патические влияния; регулирующих ферментативные процессы; стимулиру­
ющих защитные метаболические системы, включая применение микроэлементов-антагонистов, витаминов является обязательной составной частью
комплексной терапии отравлений.
Представленная схема добавляется и изменяется симптоматическими
средствами, соответствующими виду и степени изменения различных функ­
ций, выраженности проявлений конкретных симптомов, общему функцио­
нальному состоянию больного.
медленное поглощение. Именно во второй фазе происходит внутриклето
ное связывание кадмия металлотионеинами (предварительная индук и Ч~
этих белков введением животным хлорида цинка приводила к усилени
аккумуляции кадмия в клетках печени), тогда как первая фаза определяете*0
диффузионными процессами [139].
я
Картина поражения печени конкретными металлами характеризуется
рядом особенностей. Так, при отравлении людей цинком и его соединения
ми увеличивается печень, появляются сахар и уробилин в моче, развиваются
гипогликемия, гиперхолестеринемия, нарушаются практически все функции
печени и поджелудочной железы [28].
Кадмий вызывает угнетение ряда ферментных систем печени, нарушение
метаболизма эссенциальных микроэлементов. Для него характерны жировая
инфильтрация гепатоцитов, увеличение, жировая дегенерация печени и под­
желудочной железы. Независимо от формы введения, доз и сроков экспозиции
накопление Cd2+ в почках превосходит его содержание в печени, а проявления
нефротоксичности более значительные, чем гепатотоксичности [10].
Неорганические соединения ртути при острых интоксикациях преиму­
щественно вызывают атрофические изменения печени, тогда как для хро­
нических отравлений характерны дистрофия и очаги некроза в печени
нарушение всех ее метаболических и антитоксической функций [60]. Орга­
нические соединения вызывают дегенеративные изменения в печени [62].
Поражения печени при свинцовых отравлениях протекают с нарушением
пигментной, углеводной, антитоксической, белковообразовательной и жи­
ровой функций. Отмечаются активности аспартат- и аланинаминотрансфераз. Гипербилирубинемия при действии свинца имеет в своей основе нару­
шение активности трансаминаз микросом гепатоцитов, их дистрофические
изменения [102].
Марганец поражает гепатобилиарную систему, вызывает нарушения об­
мена Са, диспротеинемию, вакуольное перерождение гепатоцитов, наруше­
ния витаминного обмена (в первую очередь Вj), нарушение практически
всех функций печени [35].
Указанные особенности в патогенезе отравлений различными тиоловыми
ядами следует учитывать при диагностике и лечении отравлений.
4.6. Общие принципы лечения отравлений
тиоловыми ядами
Клинические формы отравления, интеркуррентные заболевания у людей,
контактирующих на производстве и в быту с тяжелыми металлами, конта­
минация одежды, кожных покровов, рабочих мест и других элементов среды
обитания человека, установление факта носительства по результатам прове­
денных по любому поводу исследований — все это должно служить осн ова­
нием для экстренной врачебной консультации, к л и н и к о -л а б о р а т о р н о г о об­
следования и проведения курса детоксикации организма.
Под детоксикацией обычно понимают прекращение воздействия токси­
ческих веществ и их удаление из организма [12, 32, 34]. Б о л ь ш и н с т в о
методов искусственной детоксикации организма включает разведение, Пиа~
лиз и сорбцию, которые наряду с антидотной терапией и м о б и л и з а ц и е й
защитных систем организма охватывают практически все пути и с п о с о б ы
борьбы с тиоловыми ядами, вызываемыми ими нарушениями в о р г а н и з м е ,
а также с осложнениями и последствиями контакта с ядом и его п р е б ы в а ­
нием в организме.
ЛИТЕРАТУРА
1-
Альберт А. Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии:
Чер. с англ. В 2 томах. — М.: Медицина, 1989. — Т.1. — С. 56—69.
Ангеличи Р.Дж. Устойчивость координационных соединений. — В кн.: Неорга­
ническая биохимия. - М.: Мир, 1978. - Т. 1. - С. 89-132.
Архангельский В.И. Вопросы гигиены труда в промышленной токсикологии
роизводства и применения оловоорганических соединений: Автореф. канд.
Дис. - м ., 1976. - 19 с.
Бабенко Г.А. О взаимодействии микроэлементов в обмене веществ. — В кн.:
икроэлементы в медицине: Материалы 1-й Всесоюзн. научн. конф. — Иваноф Ранковск, 1 9 6 9 .-С . 185-187.
Бухсурина И.М., Панов М.А. Механизмы формирования клеточного ответа на
166
167
А
6.
7.
8
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
168
внешние воздействия. — В кн.: Общие проблемы физико-химической биологи,
(Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР). — М., 1986. — Вып. 3. — 258 с
Букингем Д.А. Структура и стереохимия координационных соединений. — В кн •
Неорганическая биохимия. — М.: Мир, 1978.—Т. 1, — С. 17—88.
Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Худяков И.В. Воздействие химических агентов в
сверхмалых дозах на биологические объекты//Известия АН СССР. Серия био­
логическая. — 1990. — № 2. — С. 184—193.
Верич Г.С. Про кардютоксичну Д1Ю тюлових отрут//Ф1зюл. ж. АН УРСР _
1971. - № 1 . - С. 107-109.
Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических
мембранах. — М.: Наука, 1972. — 252 с.
Воробьева Р.С. Кадмий. — М.: МРПТХВ, 1985. — Вып. 69. — 58 с.
Воробьева Р. С., Еремеева Е.П. Состояние сердечно-сосудистой системы у рабо­
чих, контактйруюших с кадмием//Гиг. и сан. — 1980. — № 10. — С. 22—25.
Ганжара П.С., Новиков А.А. Учебное пособие по клинической токсикологии. М.: Медицина, 1979. — 336 с.
Герасимяк Г. Р. Изучение нейротоксичности 6ыс(три-п-бутилолово)оксида как
основа его гигиенической регламентации: Автореф. канд. дис. — Одесса, 1993. —
17 с.
Герасимяк Г.Р., Розанов В.А., Шафран Л.М. Изучение влияния 6ыс(п-трибутилолова)-оксида на ГАМК-ергическую систему мозга in vitro//YKp. биохим. журн. —
Киев, 1994. - Т. 66. - № 2. - С. 71-79.
Гольдштейн Б.И. Тиоловые группы тканевых белков. Их химические свойства и
биологическое значение. — В кн.: Тиоловые соединения в медицине. Труды
научн. конф. —Киев, 16—19 декабря 1957 г. — Киев: Госмедизд. УССР, 1959. —
С. 49-52.
Гулак П.В., Дудченко А.М., Зайцев В.В. и др. Гепатоцит: функционально-метаболические свойства. — М.: Наука, 1985. — 272 с.
Давлетов Э.Г. О механизме гемолитического действия тяжелых металлов//Цитология. — 1974. — Т. 16, № 5. — С. 648—651.
Давыдовский И.В. Общая патология человека. Патогенез. — М.: Медицина,
1969. - С. 30-37.
Дженкинсон Д.Х., Хейлетт Д. Дж., Комер К. Влияние катехоламинов на ионную
проницаемость клеточных мембран. — В кн.: Рецепторы клеточных мембран для
лекарств и гормонов: междисциплинарный подход/Под ред. Р.У. Штрауба,
Л.Болис. — М.: Медицина, 1983. — 368 с.
Зигель X. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. Предисловие: Пер.
с англ./Под ред. Х.Зигеля, А.Зигель. — М.: Мир, 1993. — С. 7—9.
Ицкова А.И. Никель и его соединения. — М.: МРПТХВ, 1984. — 40 с.
Каган В.Е. Механизмы структурно-функциональной модификации биомембран
при перекисном окислении липидов: Автореф. докт. дис. — М.: 1981. — 48 с.
Каган В.Ю., Петухова Е.В. Кобальт. - М.: МРПТХВ, 1986. - Вып. 100. - 51 сКвитницкий-Рыжов Ю Н. Современные представления о нейротоксичности//
Фармакол. и токсикол. — 1990. — Т. 53, № 4. — С. 77—82.
Керимов Б.Ф., Алиев С.А. Глутатионовая защитная система в различных стрУ*
турах головного мозга при голодании//Укр. биохим. журн. — 1991. — Т. ° '
№ 5. - С. 62-67.
, крптисД.Р. Аминокислотные нейромедиаторы//Фармакол. и токсикол. — 1989. —
26' т 52, № 6 . - С . 4—18.
Козловский В. М. Эндогенные факторы нейродеструкции. Фармакологические
аспекты//Ф армакол. и токсикол. — 1990. — Т. 53, № 5. — С. 7—13.
-10
Коломийцева М.Г., Габович Р Д . Микроэлементы в медицине. — М.: Медицина,
28' 1970. - 288 с.
-о
Кундиев Ю М . Предисловие. — В кн.: Химические факторы производственной
среды и сердечно-сосудистая система/Под ред. И.М.Трахтенберга, Э.А.Бабаяна. —
Ереван: Айастан, 1992. — С. 3—6.
30 Ленинджер А. Основы биохимии. — М.: Мир, 1985. — Т. 2. — С. 498—500.
31
Лобуренко А. П. Обоснование гигиенических регламентов, обеспечивающих без­
опасность применения судовых мышьяксодержащих необрастающих красок:
Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — Киев, 1990. — 23 с.
32. Лужников Е.А. Клиническая токсикология. — М.: Медицина, 1999. — 368 с.
33. Лужников Е.А., Д агаев В.Н. Особенности лечения терминальных состояний при
острых отравлениях. — В кн.: Основы реаниматологии/П од ред. В.А.Неговского. — М.: М едицина, 1966. — С. 329—349.
34. Лужников Е.А., Костомарова Л.Г. Острые отравления: Руководство для врачей. —
М.: Медицина, 2000. — 432 с.
35. Мартин Р. Бионеорганическая химия токсичных ионов металлов. — В кн.: Не­
которые вопросы токсичности ионов металлов: Пер. с англ./П од ред. Х.Зигеля,
А.Зигель. — М.: Мир, 1993. — С. 25—61.
36. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. — М.: Наука, 1981. — 278 с.
37. Меерсон Ф.З. Патогенез и предупреждение стрессорных и иш емических повреж­
дений сердца. — М.: Медицина, 1984. — 272 с.
38. Мецлер Д. Биохимия. — М.: Мир, 1980. — Т. 1—2. — 582 с.
39. Микроэлементозы человека: этиология, к л асси ф и к ац и я, о р ган о п ато л о ги я /
А.П.Авцын, А.А.Жаворонков, М.А.Риш, Л.С.Строчкова; АМН СССР. — М.: М е­
дицина, 1991.- С . 361-385.
40- Милков Л.Е., Думкин В.Н. Профессиональные заболевания с преимущественным
поражением нервной системы: Руководство по профессиональным заболеваниям/Под ред. Н.Ф.Измерова. — М.: Медицина, 1983.— Т. 1. — С. 151—213.
41. Орлов С.Н. Кальмодулин. — В кн.: Итоги науки и техники. Серия: Общие
проблемы физико-химической биологии. — М., 1987. — Т. 8. — 78 с.
42. Пиотровски Е. И спользование кинетики метаболизма и выведения токсичес­
ких веществ в реш ении проблем промы ш ленной токсикологии. — М., 1976. —
I 7J С.
43. Покровский А.А. М ем б р ан о то к си н ы //В естн . АМ Н С С С Р. — 1976. — № 9. —
с - 79—88.
Прихожан А. В. Нейроанатомия и нейрохимия возбуждающей аминокислотной
передачи. — В кн.: Итоги науки и техники. Серия: Ф изиология человека и
животных. - М., 1989. - Т. 36. - С. 6 -2 4 .
Розанов В.А., Шафран Л.М. Основные проявления и механизмы нейротоксичс ОС™ оловоорганических соединений//Н ейрохимия. — 1991. — Т. 10, № 1—2. —
руководство по профессиональным заболеваниям/П од ред. Н.Ф .Измерова. —
Медицина, 1983. - Т. 1 . - 320 с.
169
47. Сенкевич Н.А., Рашевская A.M. Профессиональные заболевания, обусловлены
воздействием некоторых металлов и их соединений: Руководство по профессЫе
ональным заболеваниям. — М.: Медицина, 1983. — Т. 1. — С. 296—310.
И'
48. Сергеев П.В., Шимановский H.JI. Рецепторы физиологически активных веществ
М.: Медицина, 1987. — 400 с.
' ~~
49. Соколов Е.И., Белова Е.В. Эмоции и патология сердца. — М.: Наука 10йо
С. 98-100.
’
б"
50. Соловьев В.Н. Кинетические процессы в биологической системе. — В кн.: Соло
вьев В.Н., Фирсов A.JI., Филов В.А Фармакокинетика. — М.: Медицина 198П
С. 8- 86 .
51. Спозито Г. Распределение потенциально опасных следов металлов. — В кн ■
Некоторые вопросы токсичности ионов металлов: Пер. с англ./Под ред. Х.Зигеля, А.Зигель. — М.: Мир, 1993. — С. 9—24.
52. Справочник по элементарной химии/А.Т.Пилипенко, В.Я.Починок, И.ПСепепа
и др. - Киев, 1977. - С. 27.
' V
53. Суворов К.М. Кобальтовые миокардиопатии в клинике профессиональных заболеваний//Клин. мед. — 1978. — № 10. — С. 58—63.
54. Сытинский И.А. Гамма-аминомасляная кислота — медиатор торможения. —J].:
Наука, 1977. — 139 с.
Трошин А. С. Распределение веществ между клеткой и средой. — J1.: Наука, 1985. —
66- 192 с.
Ускоренная оценка действия химических веществ на сердечно-сосудистую сисtpmv в эксперименте с целью гигиенического нормирования: Методические
указания. - № 4546-87. - М, 1988. - 16 с.
/я
Филов В.А. Токсикокинетика. — В кн.: Соловьев В.Н., Ф ирсов А.А., Ф илов В.А.
фармакокинетика. — М.: Медицина, 1980. — С. 315—396.
до
фримэн Г.К. Комплексы металлов с аминокислотами и пептидами. Н еоргани­
ческая биохимия. — М.: Мир, 1978. — Т. 1. — С. 151—204.
70
Фролова А.Д. Гигиеническое регламентирование металлов на основе механизмов
их повреждающего действия (к проблеме ускоренного и группового регламен­
тирования): Автореф. докт. дис. — Л., 1990. — 42 с.
71
Хухо Ф. Нейрохимия: Основы и принципы. — М.: Мир, 1990. — 384 с.
72
Хэммонд П.Б., Фолке Э .К Токсичность иона металла в организме человека и
животных. — В кн.: Некоторые вопросы токсичности ионов металлов: Пер. с
англ./Под ред. Х.Зигеля, А.Зигель. — М.: Мир, 1993. — С. 131 — 165.
73. Чекунова М.П., Минкина Н.А., Суворов И.М., Чекоданова Н.В. Действие тяжелых
металлов на сердечную м ы ш цу//Гиг. труда и профзабол. — 1983. — № 5. —
С. 22 -2 5 .
55. Тареев Е.М. Острая почечная недостаточность//Сов. мед. — 1973. — № ю —
С. 39-46.
74.
56. Ташмухамедов Б.А., Усманов П.Б. Нейротоксины в исследовании биологических
мембран. — М.: Высшая школа, 1991. — 112 с.
75. Черкес А.И. Тиоловые соединения в антидотной терапии интоксикаций. — В кн.:
Тиоловые соединения в медицине: Труды научн. конф. Киев, 16—19 декабря
1957 г. - Киев: Госмедизд. УССР, 1959. - С. 101-110.
57. Тиунов Л.А. Биохимические механизмы токсичности. — В кн.: Голиков С.Н.,
Саноцкий И.В., Тиунов Л .А. Общие механизмы токсического действия/АМН
СССР. — J1.: Медицина, 1986. — С. 114—204.
58. Торчинский Ю.М. Сера в белках. — М.: Наука, 1977. — 303 с.
59. Трахтенберг И.М. Проблема сердечно-сосудистой патологии химического генеза. — В кн.: Профилактическая токсикология. — М.: ЦМП, ГКНТ, 1984. —
С. 233-244.
60. Трахтенберг И.М. Хроническое воздействие ртути на организм. — Киев: Здоров’я, 19 6 9 .- 392 с.
61. Трахтенберг И.М., Колесников В. С., Луковенко В.П. Тяжелые металлы во внеш­
ней среде: Современные гигиенические и токсикологические аспекты.—
Минск: Навука i тэхшка, 1994. — 285 с.
62. Трахтенберг И.М., Коршун М.Н. Органические соединения ртути. — М..
МРПТХВ, 1989. - Вып. 117. - 69 с.
63. Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В. О. и др. Проблема нормы в т о к с и к о ­
логии (современные представления и методические подходы, основные пара­
метры и константы). — М.: Медицина, 1991. — 208 с.
64. Трахтенберг И.М., Тычинин В.А., Верич Г.Е. Принципы и методы э к с п е р и м е н ­
тальной оценки влияния промышленных ядов на ССС//Гиг. труда. — Киев.
Здоровье, 1978. — Вып. 14. — С. 74—90.
65. Трахтенберг И.М., Тычинин В.А., Верич Г.Е. и др. Э к с п е р и м е н т а л ь н ы е д а н н ы е
о кардиовазотоксическом действии вредных химических веществ. — В
Химические факторы производственной среды и с е р д е ч н о - с о с у д и с т а я сИ!?Х^
ма/Под ред. И.М.Трахтенберга, Э.А.Бабаяна. — Ереван: Айастан, 1992. — С- 38"
137.
170
Чекунова М.П., Фролова А.Д., Минкина Н.А. О прогнозировании кардиотокси­
ческого действия металлов//Гиг. и сан. — 1986. — № 7. — С. 29—30.
76. Шафран Л .М ., Бормусова Э.А., Шафран К Л . Экогигиена и токсикология кадмия
в урбанизированном комплексе. — В кн.: Экология городов и рекреационных
зон: Материалы международной научно-практической конференции. 25—26
июня 1998 г. Одесса. — Одесса: Агропринт, 1998. — С. 180—184.
77. Шафран Л.М ., Нейжмакова Н.А., Розанов В.А. и др. Нормирование олово- и
медьсодержащих биоцидов необрастающих красок для воздуха рабочей зоны. —
В кн.: Актуальные проблемы медицины транспорта: Тез. докладов Украинской
межведомственной научн.-практ. конф. 22—24 сентября 1993 г., Одесса. — Одес­
са, 1993.- Т . I I . - С . 405.
78. Шафран Л.М ., Чумаченко P.M., Юшина Е.Ф., Любимов Ю.Г. Исследование неко­
торых механизмов биологического действия мышьякорганических компонентов
синтетических необрастающих красок. — В кн.: Актуальные вопросы санитар­
ной химии и токсикологии синтетических материалов судостроительного назна­
чения. - Л.: Ц Н И И “ Румб” , 1 9 8 2 .- С . 9 6 -9 7 .
79. Шафран Л.М ., Шафран К Л ., Потапов Е.А. и др. Свинец в проблеме питьевой
°оды и охраны здоровья населения. — В кн.: Вода и здоровье — 98: Материалы
международной научн.-практ. конф. 15—18 сентября 1998 г., Одесса. — Одесса,
‘998. - С. 5 6 -6 0 .
^
IЩиманко И.И. Поражение почек при острых экзогенных отравлениях. — М.:
Медицина, 1977. - 208 с.
Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. — М.: Мир, 1978. — Т. 1. — С. 7—11.
Biochemical and physiological disposition o f glutathione conjugates//Drug.
Metab. Rev. - 1990. - Vol. 22, N 6 - 7 . - P. 637-647.
Mechanisms o f metal transport a c ro s liver cell plasma m em branes//Drug.
Metabol. Rev., 1992. - Vol. 23, N 1 -2 . - P. «3—132.
\A liat,ori
171
84 Biological monitoring of metals/C.-G. Elinder, L.Friberg, T.Kjellstrom et al //WHO
Geneva: IPCS, 1994. - 78 p.
85. Burger J., Gochfeld M. Lead and Neurobehavioral Development in Gulls: a Model f
Understanding Effects in the Laboratory and the Field//Neurotoxicology — 1997 0r
Vol. 18, N 2. - P. 495-506.
86. Cadmium. Environmental Health Criteria 134//WHO. — Geneva. — 1992. — 280 p
87. Carroll R.E. The relationship of cadmium in the air to cardiovasculare disease death
rates/J. Amer. Med. Assoc. - 1966. - Vol. 198, N 3. - P. 267-269.
88 . Cooper W. C. Deaths from chronic renal disease in US battery and lead production
workers//Environ. Health Perspect. — 1988. — Vol. 78. — P. 61—63.
89. Cotgreave Lan A., Moldeus P.M ., Braffsand R. et al. a-(Phenylseleneny)acetophenone
derivatives with glutathione peroxidase-like activity. A comparison with ebselen//Biochem. Pharmacol. — 1992. — Vol. 43, N 4. — P. 793—802.
90. Duhr E.F., Pendergrass C., Kasarskis E., Slevin J., Haley B. Hg^+ induces GTP-tubulin
interactions in rat brain similar to those obsreved in Alzheimer’s disease//FASEB J —
1991.- N 5. - P. 456,
91. Falconer M.M., Vaillant A., Reuhl K.R., Laferriere N. The molecular basis of micro­
tubule stability in neurons//Neurotoxicology. — 1994. — Vol. 74, N 1. — P. 109—122.
92. Fanning D. A mortality study of lead workers, 1926—1985//Arch. Environ. Heath —
1988. - Vol. 43. - P. 247-251.
93. Friberg L., Vahter M. Assesment of exposure to lead and cadmium through biological
monitoring: results of a UNEP/WHO global study//Environ. Res., 1983. — Vol. 30. —
P. 95-128.
,,
r i honnerdal B., Hurley L.S. Manganese//Biochem. Essent. Ultratrace. Elem. —
104- New York, London, 1984. - P. 89-132.
n n S’ Wozzon H. Zinn und Organozinnver bindungen — unter besonderer Beruckl05' chtiguiig von Biotransformations reactionen//Gesamt. Hyg. — 1983. — B. 29. — N 5. —
S 246—249.
1 ch С A., Linden J.V., Hopfer S.M. et al. Nickel concentrations in serum of patients
106. Lea
’ ocardjai infarction or unstable angina pectoris//Clin. Chem.. — 1985. —
Vol 31, N 4. - P. 556-560.
1pWi 4 C.P L. Demedts М., Nemery B. The role o f thiol oxidation in cobalt (II) —
induced toxicity in hamster lung//Biochem. Pharmacol. — 1992. — Vol. 43, N 3. —
p. 519-525.
ms Locket S. Clinical Toxicology. The Clinical Diagnosis and Treatment o f Poisoning. ’ London: Henry Kimpton. — 1957. — 772 p.
ino Ludewie R., Lohs K.H. Acute Fergiftungen. Ratgeber fur toxicologische N otfalle/Fur
’ die medicinische Praxis. - Jena, VEB Gustv Fischer. — Verlag, 1966. - 456 s.
110 Lund B.-O., Miller D.M ., Woods J.S. Mercury-induced H 2O 2 production and lipid
peroxidation in vitro in rat kidney mitochondria//Biochem. Pharmac. — 1991. — Vol. 42,
Suppl. — P- 181-187.
111. Magnani М., Stocchi V , Ninfali P. et al. Action of oxidized and reduced glutathione
on rabbit red blood cell hexokinase//Biochim. Et biophys. Acta. — 1980. — Vol. 615,
N 1. - P. 113-120.
112. Magos L., Berg G.G. Selenium / Clarkson T.W. et al. Biological monitoring of toxic
metals. — New York — London: Plenum Press, 1988. — P. 383—406.
94. Gabbiani G., Baic D., Delziel C. Toxicity of cadmium for the central nervous sys­
tem/Exp. Neurol. — 1967. — Vol. 18. — P. 154—160.
113. Manca D., Ricard A.C., Trottier B., Chevalier G. In vitro and in vivo responses o f rat
tissues to cadmium-induced lipid peroxidation//Bul. Environ. Contam. and Toxicol. —
1991. - Vol. 46, N 6. - P. 929-936.
95. Goering P.L. Lead-protein interactions as basis for lead toxicity//Neurotoxicol. —
1993. - Vol. 14, N 1. - P. 45-60.
114. Moller L., Kristensen T.S. Blood lead as a cardiovascular risk factor//Am er. J. Epi­
demiol. - 1992. - Vol. 136. - P. 1091-1100.
96. Green E„ Juns R.H., Bright J.E. Pyruvate measurement in rabbit tissues as a measure
of arsenic intoxication//Hum. and Exp. Toxicol. — 1991. — Vol. 10, N 1. — P. 81.
115. Nakagawa K. Decreased glutathione-S-transferase activity in mice livers by acute
treatment with lead, independent of alteration in glutathione content//Toxicol. Lett. —
1991. - Vol. 56, N 1 - 2 . - P. 13-17.
97. Harvey A.L. Possible developments in neurotoxicity testing in vitro//Xenobiotica. —
1988. - Vol. 18, N 6 . - P. 625-632.
116. Neri L.C., Hevitt D., Orser B. Blood lead and bloode pressure analysis o f cross-sectional
and longitudinal data from C anada//E nviron. Health Persp. — 1988. — Vol. 78. —
P. 123-126.
98. Heinz G.H., Haseltine S.D., Sileo L. Altered avoidance bihavior of black ducks fed
cadmium//Environ. Toxicol. Chem. — 1983. — N 2. — P. 419—421.
99. Hinkle H.M., Kinsella P.A., Osterhaudt K.S. Cadmium uptake and toxicity via voltagesensitive calcium channels//.!. Biol Chem. — 1987. — Vol. 252, N 34. — P. 1633—
1637.
•17.N ickel. Environm ental Health C riteria//W H O . — Geneva. — 1991. — Vol. 108. —
383 p.
П8. Nomiyama K. The chronic toxicity of cadmium: influence of environmental and other
variables. — Handbook o f experimental pharmacology. — Berlin — Heidelberg — Sprin­
ger - Verlag. - 1986. - Vol. 80. - P. 101-133.
100. Ikeda S.R., Schofield G.G. Tetrodotoxin-resistant sodium current of rat nodose neu­
rones: monovalent cation selectivity and divalent cation block//J. Physiol. — 1987. —
Vol. 389. - P. 255-270.
*
101. Imari K. Camaux. calciques des cellules musculaires lisses//J. Physiol. — 1986. — Vol81, N 3. - P. 168-176.
Nordberg G., Nordberg M. Biological monitoring of cadm ium/Clarkson T.W. ed. — In.:
Bioiogical m onitoring o f toxic metals. — New York — London: Plenum Press. —
1988.- p . 151-168.
*20. Oberhauser A., Alvarez O., Lattore R. Activation by divalent cations of a C a-actiyated К -channel muscle m em brane//J. G en. Physiol. — 1988. — Vol. 92, N I , —
P 67 -8 6 .
102. Inorganic Lead. Environmental Health Criteria. — WHO. — Geneva. — 1995. —Vol.
165. — 300 p.
12j
103. Inoue S., & fCawanishi S. ESR evidence for superoxide, hydroxyl radicals and single
oxygen produced from hydrogen peroxide and nickel (II) complex of glycylglycyl'L'
histidine//Biochem. Biophys. Res. Communal. — 1989. — Vol. 159, N 2. — P 445"
451.
• Ocuba A., Hanafusa М., Imada M. et al. Accumulation of cadmium and morphological
changes of kidney observed by scanning electron microscope: [Pap.] Int. Congr. Anal.
Chiba, 2 5 -3 1 Fug, 1991//A nal. Sci. - 1991. - Vol. 7, N 1. - P. 815-816.
L
173
122. Pendergrass J.C., Haley B.E., Vimy M.J. et al. Mercury Vapor Inhalation Inh kBinding of G TP to Tubulin in Rat Brain: Similarity to Molecular Lesion in Al7h* s
Diseased Brain//N eurotoxicol. - 1997. - Vol. 18, N 2. - P. 315-324.
i,ieiIner
123. Petrauskiene L. Changes of agonistic beheviour in rainbow trout Oncorhynchus mvuexposed to copper//Ekologija. — Vilnius. — 1995. — N 4. — P. 3—7.
y ss
124. Petrauskiene L., Daniulyte G. Lethal and sublethal effects of haevy metals mixture
rainbow trout//Ekologija. — Vilnius. — 1996. — N 1. — P. 7—12.
°n
125. Principles and methods of neurotoxicity associated with exposure to chemicals
Environmental Health Criteria. — WHO. — Geneva. — 1986. — Vol. 60. — 180 p
126. Prognosis o f pesticide combined action/Kagan Y.S., Leonenko O.B., Zminko P n ,
al.//A CES. - 1996. - Vol. 8, N 3 - 4 . - P. 5 7 -6 6 .
et
127. Prohaska J.R., Ganther H.E. Selenium and glutathione peroxidase in developntrm rat
brain//N eurochem . - 1976. - Vol. 27, N 16. - P. 1379-1387.
B
128. Rana S. V.S.; Boora P.R. Antiperoxidative mechanisms offered by selenium against liver
injury caused by cadmium and mercury in rat//Bull. Environ. Contain Toxicol —
1992. - Vol. 48, N 1. - P. 120-124.
129. Roberts E. 3-Aminobutyric acid (GABA): a major inhibitory transmitter in the verte­
brate nervous system //Sci. Essays. Biochem. Biol, and Chem . — Tokyo. — 1981 —
P. 227-233.
130. Rosanov V.A., Gerasimyak G.R., Lobasuk B.A. GABA-ergic mechanisma of bis(tri-nbutyltin)-oxide (TBTO) neurotoxicity/Toxicol. Lett. — 1992. — Suppl. — P. 189.
131. Scortegagna M. and Hanbauer I. The Effect of Lead Exposure and Serum Deprivation
on Mesencephalic Primary Cultures//Neurotoxicol. — 1997. — Vol. 18, N 2. — P 331—
340.
132. Selevan S.G., Landrigan P.J., Stem F.B., Jones J.H. Brief report: lead and hypertansion
in m ortality study o f lead sm elter w orkers//Environ. Health Perspect. — 1988. Vol. 78. - P. 6 5 -6 6 .
133. Shafran L.M. Neurotoxicity problems in Marine Medicine. — In.: 2-nd International
Symposium on M aritime Health. June 2—6, 1993. — Antwerpen: Belgium. — Antwer­
pen. - 1993. - P. 1 2 -1 8 .
134. Shigematsu /., Minowa М., Nagai M. et al. A retrospective mortality study on cadmium-exposea populations in Japan (supplement): mortalitiesby level of pollution in
Toyama Perfecture. — In.: Tne influence of nutritional factors on cadmium adminis­
tered to monkeys. — Tokyo: Japan Environment. Agency. — 1983. — P. 158—174.
135. Shimizu М., Morita S. Effects fasting on cadmium toxicity, glytathione metabolism,
and metallothionein synthesis in rats//Toxicol. and Appl. Pharmacol. — 1990. — Vol.
103, N 1. - P. 2 8 -3 9 .
136. Shivakumar B.R., Ravindranath V. Selective modulation of glutathione in mouse brain
regions and its effect on acrylamide-induced neurotoxicity//Biochem. Pharmacol. —
1992. - Vol. 43, N 2. - P. 263-269.
137. Siedman B.C., Olsen R.W ., Verity M.A. Triethyllead inhibits 3-aminobutyric acid
binding to uptake sytes in synaptosimal membranes//J. Neurochem. — 1987. — Vol. 49,
N 2. - P. 41 5 -4 2 0 .
138. Simons T.J.B. Lead-calcium interactions in cellular lead toxicity//Neurotoxicology-"
1993. - Vol. 14, N 1. - P. 7 7 -8 5 .
139. Stacey N.H., Klaasen C.D. Cadmium uptake by isolated rat hepatocytes//Toxicol. And
Appl. Pharmacol. — 1980. — Vol. 55, N 4. — P. 448—455.
174
,n c, „Herman F.W.Jr. Lipid peroxidation as a mechanism of acute nickel toxicity//T oxil40' col & ° n . Chem- - 1987- - N 15. - P. 59-69.
T„„inr WR Permeation of barium and cadmium through-slowly inactivating calcium
1 channels in cat sensory neurones//J. Physiol. - 1988. - Vol. 407, N 2. - P. 433-452.
.л Tovtn! В lenner P. Inhibitors of cytochrome P-450 and their mechanisms of action//Drug Metabol. Rev. - 1981. - Vol. 12, N 1. - P. 1-117.
j hun M j" Osorio A.M., Schober S. et al. Nephropathy in cadmium workers —
accesment of risk from airborne occupational cadmium exposure//Brit. J. Industr.
Med - 1989. - Vol. 46, N 6. - P. 689-697.
iaa Tiffnni-Castielioni E., Sieira E.M., Wu J.-N., Rowles Т.К. Lead toxicity in neuronal
and glial cells//Neurotoxicity. — 1993. — Vol. 14. — P. 513—536.
145 Tributyltin Compounds. Environmental Health Criteria. —WHO. — Geneva. — 1990. —
Vol. 116. — 273 p.
146 Viarengo A., Nicotera P. Possible role of Ca2+ in heavy metal cytotoxicity//Compar.
Biochem. and Physiol. — 1991. — Vol. 100, N 1—2. — P. 81—84.
кат а л и т и ч ес к о й функции фермента ХЭ во всех органах и структурах,
Глава 5
нИ
Ших холинергическую иннервацию, и прежде всего в нервной системе.
В^связи с этим Ф ОС и карбаматы справедливо относят к нервным или
БЛОКАТОРЫ ХОЛИНЭСТЕРАЗЫ
си н ап ти чески м ядам
С и стем ати ч еско е описание этого механизма в связи с изложенным выше
зм ож н о только после рассмотрения основных положений теории химиВ°ской медиации нервных импульсов и достижений в области строения
,
j
че инэстераз и холинорецепторов, имеющих важнейшее значение в меха­
низме токсического действия этих веществ.
Открытие роли ацетилхолина (АХ) как медиатора нервных импульсов
принадлеж ит О.Леви (1921). В дальнейшем благодаря исследованиям отече­
ственны х физиологов и фармакологов А.Ф.Самойлова (1925), А.В.Кибякова
(1964), А.Г.Гинецинского (1970) [2, 71 и др.], а также зарубежных авторов
[39 77, 85, 88 и др.] была доказана химическая природа передачи нервного
импульса в различных звеньях центральной и вегетативной нервной систе­
мы, а также с двигательных нервов на мышцы.
В настоящее время известно несколько веществ, которые могут рассмат­
риваться как медиаторы нервных импульсов: АХ, норадреналин, серотонин,
у-аминомасляная кислота, субстанция Р.
АХ является медиатором в Ц Н С, при передаче импульсов с двигательных
нервов на мышцы, во всех ганглиях (как парасимпатических, так и симпа­
тических), при переходе возбуждения с постганглионарных симпатических
волокон, иннервирующих потовые железы.
Биохимические системы, воспринимающие эффекты, разделяют на адрено- и холинореактивные. Белки, непосредственно воспринимающие эф ­
фекты медиаторов, называют также холино- и адренорецепторами. Холино­
реактивные системы ганглиев и эффекторных клеток не являются идентич­
ными. Их разделяют на никотиночувствительные (Н-холинореактивные) и
мускариночувствительные (М -холинореактивные). Экспериментальны ми
исследованиями установлено, что Н-холинореактивные системы находятся
в ганглиях симпатической и парасимпатической нервной системы, мозговом
слое надпочечников, каротидных клубочках и поперечнополосатой муску­
латуре. М -холинореактивные системы расположены в гладкомышечных и
секреторных органах, а также в сердце.
Медиатор нервного возбуждения АХ синтезируется в нервных клетках
из холина и уксусной кислоты при участии фермента ХЭ и ацетилкоэнзима А. По последним данным, фермент в нервных клетках содержится не в
клеточных органеллах (митохондриях), а локализуется в цитоплазме преиму­
щественно в растворенном виде. ХЭ обладает высоким сродством к мем­
бранам, которое может играть важную роль в синтезе АХ. Медиатор накап­
ливается в окончаниях нервных волокон, где располагается в синаптических
пузырьках — везикулах. Каждый пузырек содержит около 10 ООО молекул
передатчика.
С помощью электронной микроскопии удалось изучить основные струк­
туры синаптических образований в Ц Н С и нервно-мышечных синапсах,
становлено, что нервное окончание отделено от синаптической щели преинаптической мембраной. Ш ирина синаптической щели — 20—50 нм. За
ею расположена постсинаптическая мембрана. В синаптических образованяхгистохимически обнаружены ферменты ХЭ, гидролизующей АХ.
си
м°жет быть расположена как на пресинаптической, так и на постнаптической мембране. Это внеклеточная ХЭ, играющая основную функональную роль. В естественных условиях биологические мембраны поля-
I
177
5.1. Механизм передачи нервного импульса
и роль в нем холинэстеразы
Вопросы, связанные с изучением холинэстеразы (ХЭ) и антихолинэстеразных веществ, в течение многих лет находятся в центре внимания специ­
алистов различного профиля (энзимологов, нейрохимиков, физиологов
фармакологов и токсикологов). Это обусловлено в первую очередь тем, что
ХЭ относится к числу ферментов, играющих центральную роль в обеспече­
нии специфической функциональной активности нервной системы, в част­
ности синаптической передачи.
Известно огромное количество химических соединений, способных по­
давлять активность ХЭ. Среди них оказались вещества самого различного
химического строения с весьма разнообразными фармакологическими свой­
ствами. Большую часть антихолинэстеразных веществ (в зависимости от той
функциональной химической группы, которая определяет их антихолинэстеразные свойства) можно разделить на 4 основные группы:
• четвертичные аммониевые соединения;
• сложные эфиры карбаминовой кислоты (уретан и карбаматы);
• фосфорорганические соединения (ФОС);
• прочие.
Вместе с тем достаточно отчетливым антихолинэстеразным действием
могут обладать и другие вещества, например наркотики, стрихнин, вещества
курареподобного и местно-раздражающего действия, азотистые иприты и
др. Однако это действие они проявляют только в сравнительно высоких
концентрациях, в связи с чем способность подавлять активность ХЭ не
играет определяющей роли в механизме их биологического действия. К анти­
холинэстеразным препаратам следует относить все х о л и н о п о т е н ц и р у ю щ и е
вещества, способные ингибировать ХЭ не выше 110~6 М.
Большинство антихолинэстеразных соединений обладает выраженной
физиологической активностью, в связи с чем многие из них (эзерин, прозерин, ф о с ф а к о л , армин, пиридостигмин и др.) нашли применение в тера­
певтической, хирургической, невропатологической, о ф т а л ь м о л о г и ч е с к о й и
акушерской практике, в промышленности, а также в качестве вы сокоток­
сичных отравляющих нейропаралитических веществ (табун, зарин, зоман,
V-газы). В настоящее время фосфорорганические пестициды (Ф ОП) и про­
изводные карбаминовой кислоты составляют значительную часть ассорти­
мента препаратов, широко используемых в сельском и лесном хозяйстве,
животноводстве, в качестве активных инсектицидов и акарицидов.
Вопросы токсикологии и механизма д ей с тв и я а н т и х о л и н эст ер азн ы х со
единений различных классов широко и в с е с то р о н н е обобщены в ряде 0
стоятельных монографий [7, 9, 13, 27, 31, 32, 62, 63, 70, 75, 80, 83]. Можн^
считать общ епризнанным, что ведущим звеном в механизме д ей с т в и я эти
веществ на организм человека и теплокровных животных я в л я е т с я наруш
176
ризованы. Величина мембранного потенциала — 50—90 мВ. Когда нервный
импульс, распространяясь вдоль аксона, достигает синаптического оконча­
ния и деполяризует его, в синапсе происходит быстрое и обратимое увели­
чение концентрации ионов кальция. Это приводит к перемещению и сли­
янию части пузырьков с пресинаптической мембраной и в конечном итоге
к процессу экзоцитоза — выбросу медиатора в синаптическую щель. На один
нервный импульс в нервном окончании из пузырьков через синаптическую
мембрану высвобождается синхронно примерно 150 квантов АХ. Молекулы
медиатора быстро достигают постсинаптической мембраны и взаимодейст­
вуют с холинорецептором (ХР), представляющим собой мембранный ком­
плекс белковой природы, прочно встроенный в липопротеидную структуру
мембраны.
В состав активного центра ХР входит отрицательно заряженный анион­
ный центр, который реагирует с катионной “головкой” АХ. Второй участок
активного центра — эстерофильны й — взаимодействует с карбонильной
группой и кислородом эфирной связи молекулы АХ. Конформационные
изменения в специфических белках, возникающие под воздействием ни­
чтожных количеств медиатора, могут приводить к “открытию” или “закры­
тию ” каналов к определенным ионам (натрия, калия, кальция, хлора), в
результате чего возникает деполяризация этой мембраны, которая регистри­
руется как потенциал концевой пластинки (П КП ). Все эти процессы осу­
ществляются в очень короткое время. Для изменения конформации ХР
требуются доли миллисекунды, а для транспорта ионов через мембрану —
нескольких миллисекунд. Столь быстрое прекращение этих процессов свя­
зано со скоростью ферментативного гидролиза АХ. Возможно, что в пре­
кращении действия АХ некоторая роль принадлежит его диффузии из си­
наптической щели и процессам десенситизации — снижению чувствитель­
ности рецептора к субстрату [60]. Возникшее в результате нервного импульса
изменение проницаемости мембраны и перераспределение ионов восстанав­
ливается с помощ ью натрий-калиевого насоса, суть которого состоит в
активном транспорте ионов против их электрохим ических градиентов,
что возм ож но благодаря использованию энергии макроэргических соеди­
нений.
Кванты АХ из отдельных пузырьков могут выделяться спонтанно, без
нервного импульса. В ответ на действие одного кванта медиатора появляется
слабая (0,2—2 мВ), кратковременная (3—4 мс) деполяризация в виде мини­
атюрного потенциала концевой пластинки (М П КП ). Частота М П К П регу­
лируется пресинаптически и составляет один потенциал в секунду [100].
При действии антихолинэстеразных веществ может нарушаться каждое
из перечисленных выше звеньев цепи синаптической передачи возбуждения.
Так, частота выделения квантов существенно возрастает при д е п о л я р и з а ц и и
нервных окончаний, что приводит к учащению М П КП . Амплитуда МПКП
увеличивается под влиянием антихолинэстеразных веществ, з а д е р ж и в а ю щ и х
разрушение АХ вследствие торможения синаптической ХЭ. И с п о л ь з о в а н и е
микроэлектродной техники позволяет регистрировать увеличение амплиту­
ды и длительности М П К П , а также П К П при воздействии т о к с и ч е с к и х доз
ряда ФОП (ДДВФ, афуган, хостаквик) и некоторых карбаматов — карбофУ'
ран, пиримор, диоксикарб (рис. 5.1) [40, 42, 47].
Установление роли АХ в процессах передачи нервного в о з б у ж д е н и
привлекло внимание исследователей к изучению строения и ф у н к ц и и ФеР
ментов, названных холинэстеразами, обеспечивающих быстрый гидроли
АХ.
178
5 1 Потенциалы концевой пластинки с е г м е н т а р н о й латеральной мыш1Ы х воста крысы при раздражении венг оал ьн ого нерва подпороговыми сти­
мулами (А) и спонтанные миниатюр­
к е п о т е н ц и а л ы той же мышцы до (А)
и после (Б) введения ДДВФ (40 мг/кг).
1 __ ПКП до введения ДДВФ, потенциал
покоя мышечного волокна (П П ) — 72 мВ;
2 — ПКП через 20 мин после введения хостаквика в ответ на четыре одиночные сти­
мула, ПП - 67 мВ; 3 - П К П и ПД через
30 мин после введения ДДВФ, ПП — 65 мВ;
4 5 — спонтанные миниатюрные потенциалы сегментарной латеральной мышцы хвос­
та крысы до введения ДДВД (40 мг/кг),
соответственно и после него.
•)
20м В~[
(
10МС
4 |у
И*
мВ
i
10МС
А
5.2. Общие свойства холинэстераз, механизм
их взаимодействия с ацетилхолином
В соответствии с классификацией и номенклатурой ферментов, приня­
той Международным биохимическим союзом, различают три типа ХЭ: ацетилхолинэстеразу (АХЭ), или ацетилхолингидролазу (шифр 3.1.1.7), бутирилхолинэстеразу (БуХЭ), или ацилгидролазу ацилхолинов (3.1.1.8), и бензоилхолинэстеразу (БеХ Э ), или бензоилхолингидролазу (3.1.1.9). Эти
ферменты отличаются друг от друга субстратной специфичностью, различ­
ным отношением к концентрации субстратов, оптимумом pH и различным
отношением к ингибиторам. Ведущая роль в гидролизе АХ принадлежит
АХЭ. Наличие АХЭ в синаптических образованиях подтверждено гистохи­
мическими и электронно-микроскопическими исследованиями. АХЭ легко
расщепляет АХ и ацетил- в метилхолин и практически не гидролизует
бутирилхолин и бензоилхолин. АХЭ отличается от БуХЭ также по локали­
зации. Она содержится в сером веществе мозговой ткани, симпатических
ганглиях, мотонейронах спинного мозга, аксоновой терминали, двигатель­
ных концевых пластинках, мембране ядра, эритроцитах, эндоплазматическом ретикулуме, мышцах. БуХЭ локализуется в плазме крови, оболочке
кишечника, печени и поджелудочной железе. Вместе с тем в большинстве
тсаней можно обнаружить оба фермента, однако в одних более активна
АХЭ, в других — БуХЭ.
В последнее время к одним из наиболее распространенных методов
определения активности ХЭ в токсикологической практике можно отнести
методы Hestrin (1949) и Ellman (1961). Активность ХЭ в различных биосубтратах людей и теплокровных животных представлена в табл. 5.1.
акт настоЯ1Дему времени получено много данных о строении и функции
_ ивных центров ХЭ, ХР и их взаимодействии с АХ. Все эти вопросы
“°Дробно изложены в ряде монографий [7, 13, 27, 62, 72, 74].
ческ. ° современным представлениям, ХЭ осуществляют мощный каталитиани ИИ эФФект благодаря наличию в их молекуле двух активных центров:
Вет ° ННого (соответствующего катионной головке АХ) и эстеразного (сооттвующего сложноэфирной его группировке), обладающих высокой ре179
й
Т а б л и ц а 5.1. А к т и в н о с т ь ХЭ в р а зл и ч н ы х б ио суб стр а та х л ю д е й и те п л о кр о в н ы »
ж и в о т н ы х [К аган Ю.С., Кокш арева Н.В., 1984]
t
Активность ХЭ
Биосубстраты
по методу Hestrin
|
Цельная кровь
300±12,3 (п = 12)
115±9,5 (п = 12)
Люди, ммоль/(ч л)
Крысы, ммоль/(ч л)
Кролики, ммоль/1 мг белка в
час
Кошки, мкг/(мл мин)
~~
по методу Ellman
277±9,2 (п = 25)
105,3±4,5 (п = 25)
0,44±0,07 (п = 10)
Плазма
—
ствия с ХЭ классифицируются на обратимые и необратимые ингибиторы.
Под этим подразумевается, что одни ингибиторы подавляют активность ХЭ
30,0±3,7 (п = 8)
Эритроциты
—
Люди, ммоль/(ч л)
Крысы, ммоль/(ч л)
34,5±2,6 (п = 8)
84,7±2,6 (п = 25)
33,8±3,4 (п = 8)
О
О
II
II
198,5±9,9 (п = 25)
71,5±5,0 (п = 8)
НЕ + RO — С — СН3 — Е — С — СН3 + ROH
180
АХ
Ацетилированный
фермент
обратимо, а другие — необратимо. К обратимым относятся четвертичные
аммониевые соединения и эф иры карбам иновой кислоты , к необрати­
мым —ФОС. Вместе с тем значительное количество антихолинэстеразных
акционной способностью к АХ (один активный центр ХЭ в минуту гидро­
лизует около миллиона молекул АХ). Анионный центр свойствен только ХЭ
и играет ориентировочную роль (притягивает к себе катионную часть моле­
кулы АХ). Эстеразный центр, расположенный на расстоянии 4—5 А от
анионного, выполняет гидролизующую функцию. Он имеет реакционноспо­
собную нуклеофильную группу, могущую взаимодействовать с имеющим
некоторый недостаток электронов (электрофильным) атомом карбонильной
группы субстрата. Важная роль в реакции гидролиза АХ холинэстеразой
отводится гидроксиду серина и азоту имидазольного кольца гистидина.
Установлено, что вокруг анионного и эстеразного центров ХЭ имеются
гидрофобные участки, играющие важную роль в реакциях, протекающих на
поверхности фермента.
В общем виде реакцию АХ под действием АХЭ можно представить в
виде последовательного процесса: активный фермент обратимо реагирует с
АХ, в результате чего образует комплекс субстрат — фермент. В этом ком­
плексе связь между ферментом и субстратом осуществляется не только за
счет взаимодействия эстеразного центра с углеродом карбамильной группы
АХ, но также за счет притяжения катионной головки АХ к анионному
центру и взаимодействия неполярных групп субстрата с гидрофобными
участками активного центра. Распад комплекса фермент — субстрат с обра­
зованием продуктов реакции происходит в два этапа. На первом этапе
ацетильный остаток субстрата присоединяется к ферменту, замещая содер­
жащийся в нем протон, а остаток холина отщепляется в виде свободного
холина. Далее следует деацетилирование эстеразного участка фермента с
восстановлением его первоначальной структуры и образованием у к с у с н о й
кислоты. Схематически это выглядит следующим образом:
Фермент
5.3. Классификация антихолинэстеразных веществ
Антихолинэстеразные вещества на основе особенностей их взаимодей­
96,2±1,8 (п = 10)
Люди, ммоль/(ч л)
Крысы, ммоль/(ч л)
вероятность взаимодействия между ХЭ и АХ достигается блая конформационным изменениям молекул субстрата и фермента в
Г°Дмент реакции. В результате этого создается высокая каталитическая эф ­
ф е к т и в н о с т ь реакции ХЭ с АХ и синапс готов к приему новых импульсов,
и является условием нормального функционирования нервной системы.
ЧТ°АХ может реагировать в организме не только с ХЭ, но и с ХР.
В ы сокая
Холин
веществ, в частности карбаматы, хотя и вызывают временное, обратимое
торможение ХЭ, но являются необратимыми реагентами. Они разрушаются
на поверхности фермента. В.И.Розенгарт (1965) предложил именовать ин­
гибиторы, меняющиеся в процессе реакции, ингибиторами, вступающими
с ХЭ в ковалентную связь (ФОС, карбаматы), и противопоставлять их
ингибиторам, не вступающим в ковалентную связь (четвертичные аммоние­
вые соединения). Ингибиторы, не устанавливающие ковалентной связи,
вступают с ХЭ в слабое электростатическое взаимодействие. Образующийся
при этом комплекс непрочен, а потому вещества такого типа являются
обратимыми ингибиторами. Характерной особенностью веществ этой груп­
пы является большая скорость установления равновесия:
Е+ I =
EI,
где Е — фермент; I — ингибитор; EI — неактивный комплекс фермент —
ингибитор. Особенностью реакций ингибиторов, образующих ковалентную
связь (ФОС, карбаматы) с ХЭ, является наличие двух стадий реакции [5,
76]. В первую стадию реакция осуществляется по типу обратимой конку­
рентной, а во вторую, в результате установления ковалентной связи инги­
битора с серином ХЭ в эстератическом центре, становится необратимой:
Е + I = El + R = E + I + R.
От ингибитора отщепляется радикал R, в результате чего ингибитор,
входящий в комплекс с ферментом, отличается от своей первоначальной
формы. Если в результате последующего гидролиза ингибитор высвобожда­
ется из комплекса, то его первоначальная структура не восстанавливается,
у г типа соединения во многом зависит прочность образования связи. НаиЛ ж легко гиДролизуется карбомилированный фермент, наиболее трудно —
ряд РИЛИ1Э0ВаННЫ^ ’ П0СК0ЛЬКУ прочность связи возрастает в следующем
C - 0 < S - 0 < P — О.
Внутри каждой группы прочность связи зависит от радикалов при аквном атоме. Некоторые вещества обладают способностью утрачивать часть
адикалов уже после того, как они вступили в реакцию. Скорость восстасооЛеНИЯ исходн°й активности ХЭ, ингибированной Ф ОС, определяется
раяГветственно скоростью гидролиза фосфорилированного фермента, котозависит от строения ФОС. В результате деалкилирования прочность
181
Изучение механизма действия ФОС начато в Германии с 1938 г. Паралпроводились в Англии Эдрианом, ФельдСоюзе — А.Г.Генецинским [71, 8 6 ] .
Поскольку первые созданные ФОС оказались чрезвычайно токсичными
оп асн ы м и для теплокровных животных и человека, это побудило к изыс­
канию новых соединений с избирательной токсичностью и исследованию
их м ехан и зм а токсического и селективного действия, метаболизма, изыска­
нию средств антидотной терапии.
Из многих тысяч синтезированных в последнее время ФОС большая
часть синтезирована в Советском Союзе в лабораториях А.Е.Арбузова и
Б.В.А рбузова (октаметил, дитио, хлорофос и др.), М .И .К абачника (М-74,
М-81, Р-2 и др.), Н.Н .М ельникова (меркаптофос, метилмеркаптофос, тиофос, метафос, карбофос, фосфамид и др.). Существенный вклад в изучение
механизма биологической активности ФОС, закономерностей антихолинэстеразной активности внесен М .И.Кабачником и его сотрудниками. Систе­
матическое и плодотворное изучение вопросов токсикологии и механизма
токсического действия ФОС проводится в лабораториях М.Я.М ихельсона,
К.С.Шадурского, С.Н.Голикова, В.И.Розенгарта, Ю .С.Кагана, Ю .И.Кундиева и др.
Полученные в последние годы основные закономерности биологическо­
го действия ФОС в зависимости от их структуры будут рассмотрены ниже.
Химическая структура и номенклатура ФОС подробно освещены О’Брайном [63], для ФОП — в Материалах ВОЗ [81].
Химическое строение большинства ФОС может быть выражено общей
схематической формулой:
связи с ХЭ резко возрастает, т.е. происходит старение ком плекса инги
битор — фермент. Комплекс АХЭ с метилфторфосфорилгомохолином ста'
реет практически мгновенно. Комплекс с зоманом (pH 7,0, и 30) стареет
наполовину за 30 с, с зарином (pH 8,37) — за 3,9 ч [60].
Изложенное выше позволяет относить (согласно принятой классифика­
ции) ФОС к необратимым, а четвертичные соединения и карбаматы — ^
обратимым ингибиторам [8].
е л ь н о аналогичные исследования
fieD roM , Килби и др., в Советском
5.4. Фосфорорганические соединения
5.4.1. Краткая история, строение и физико-химические
свойства ФОС
Впервые синтез ФОС был осуществлен при помощи реакции этерификации спиртов фосфорными кислотами в 1820 г. [63]. Уже в 1847 г. фран­
цузским ученым Тенардом были синтезированы многие фосфины [86]. Од­
нако интенсивному развитию исследований по химии ФОС послужили
работы М ихаэлиса и А.Е.Арбузова.
В 1903 и 1915 гг. Михаэлис опубликовал фундаментальные работы по
синтезу амидированных производных фосфорной, фосфиновой и тиофосфорной кислот. Открытая реакция Михаэлиса — Беккера дала возможность
получать эфиры алкилфосфоновых кислот из галоидалкилов и диалкилфосфитов.
А.Е.Арбузов открыл новый путь получения соединений пятивалентного
фосфора из эфиров кислот трехвалентного фосфора, который получил на­
звание “ перегруппировки Арбузова”. Способ синтеза эфиров фосфорной
кислоты был опубликован А.Е.Арбузовым в 1906 г. Это легло в основу химии
органических соединений и послужило широкому синтезу многих высоко­
активных ингибиторов ХЭ, которые нашли широкое применение в качестве
пластификаторов для пластмасс и резины, экстрагирующих веществ, анти­
оксидантов для смазочных масел, флотоагентов в горнорудной промышлен­
ности, лекарственных средств. Наибольшее применение органические со­
единения фосфора различной структуры находят в сельском хозяйстве в
качестве инсектицидов, акарицидов, фунгицидов и регуляторов роста рас­
тений.
Развитие исследований токсических свойств и биологической активнос­
ти ФОС начато с 30-х годов XX столетия. В этом направлении исследован ий
большую роль сыграли работы немецких ученых В.Ланге и Г.Крюгера (1932),
которые синтезировали фторпроизводные фосфорной кислоты — диметили диэтилфторфосфаты и установили их высокую физиологическую актив­
ность. В конце 30-х годов большое количество ФОС получил Г.Шрадер,
который обнаружил у некоторых из них инсектицидные свойства. В 1937 г.
он запатентовал общую формулу контактных инсектицидов, согласно кото­
рой были синтезированы многие вещества, нашедшие применение в сель­
ском хозяйстве в качестве инсектицидов (ТЭПФ, паратион, параоксон ,
шрадан и др.), а также зарин, табун, зоман, которые были взяты на воорУ’
жение Германией в качестве боевых отравляющих веществ.
Открытие Г.Ш радером и его сотрудниками амидоэфира ц и а н з а м е ш е н ной фосфорной кислоты под названием “табун” , а также других в ы с о к о т о к ­
сичных ядов (ДФ Ф ), способных необратимо ингибировать ХЭ, п о с л у ж и л
причиной интенсификации исследований механизма а н т и х о л и н э с т е р а з н о г о
действия ФОС [30, 71].
182
R\
/
<S)
/\
где R 1 и R2 — одинаковые или различные алкильные, алкоксильные, алкиламинные, арильные или арилокси группы.
Группы R 1 и R2 могут быть непосредственно присоединены к фосфору
(в фосфинатах) или связаны через кислород или серу (в фосфатах). В фосфонатах R 1 может иметь непосредственную связь с фосфором, a R2 связан
с фосфором через кислород или серу. В фосфороамидатах углеродный атом
фуппы R соединен с фосфором через N H -группу. В качестве группы X
может быть остаток неорганической или органической кислоты, соединен­
ных непосредственно с фосфором, либо различные замещенные и развет­
вленные алифатические, ароматические или гетероциклические группы, со­
единенные с фосфором обычно через кислород или серу. Группа X рассмат­
ривается как отходящая или отщепляемая группа, так как при взаимодейст<Ь “ и? ^ 0На отщ епляется! а остаток соединяется с молекулой фермента,
фосфорилируя его. Атомом с двойной связью может быть кислород или
оти3’ И соответствУюЩие соединения именуются фосфатами или фосфорвпо°аТами (названия “тиоф осф аты ” или “тионоф осфаты ” в настоящее
Р мя используются реже).
ные а Х1^ ичес„Кому строению ФОП можно разделить на 5 групп: производ­
и т , Ф°сФ°Рной, тиофосфорной, дитиофосфорной, пирофосфорной и фос^иновых кислот.
зависимости от различия в фосфорной группе ФОП выделяют 3
J
183
основные группы соединений: фосфаты (без атома серы), фосфоротиоаты
(с одним атомом серы) и фосфородитиоаты (с двумя атомами серы).
Форма Р = 0 сложного эфира тиоата может рассматриваться как оксон и
часто включается в тривиальное наименование. Например, паратион явля­
ется исходящим P=S соединением параоксона. ФОС формы P=S обладают
большей внутренней стабильностью, чем Р = 0 , поэтому многие пестициды
производятся в форме P=S, которая в тканях организма превращается в
биологически активный оксон. Механизм этого превращения обсуждается
ниже.
В настоящее время известны десятки тысяч отдельных Ф ОС, их число
возрастает с каждым днем и дать их полный перечень не представляется
возможным. Химическое строение, физико-химические и токсические свой­
ства многих Ф О С отражены в работах [30, 31, 67, 68, 86 и др.]. Подробную
информацию и легальный файл для большинства ФОС можно получить в
Международном регистре потенциально токсичных химических веществ.
ФОС могут находиться в различном агрегатном состоянии. Большинство
из них представляют собой маслянистую жидкость либо кристаллический
порошок, нерастворимы либо плохо растворимы в воде, хорошо растворимы
в органических растворителях. Многие из них имеют неприятный специфи­
ческий запах. Плотность ФОС находится в пределах 1,1—1,7.
Среди ФОС имеются вещества с различной степенью летучести. К ве­
ществам, обладающим очень высокой летучестью (насыщающая концентра­
ция больше 10 м г/м 3), относятся димефокс, ДДВФ, фосдрин, тионовый
изомер метилмеркаптофоса, тимет, зарин, ронелл и др. Летучесть в данном
ряду Ф ОС составляет 925; 145; 27; 23,3; 12,4; 12; И м г/м 3 соответственно.
К веществам с относительно высокой летучестью (1—10 м г/м 3) относятся
зоман, октаметил, табун, тиоловый изомер меркаптофоса, препарат М-81,
меркаптофос, ТЭ П Ф , карбофос, диазинон и др. Летучесть их составляет 10;
9,5; 6; 4,5; 4; 3,67; 2,5; 2,26; 1,39 м г/м 3 соответственно. ФОС со средней
летучестью (0,1—1 м г/м 3) являются метилнитрофос, байтекс, параоксон,
фосфамидон, метафос, хлорофос, фосфамид и др., их летучесть составляет
0,82; 0,46; 0,41; 0,18; 0,14; 0,11; 0,11 м г/м 3 соответственно. Низкой степенью
летучести (менее 0,1 м г/м 3) обладают паратион, хлортион, дикаптон, тритион, гузатион, фенкаптон и др., их летучесть — 0,09; 0,07; 0,05; 0,0057;
0,0042; 0,00085 м г/м 3 соответственно. Следует отметить, что с возрастанием
температуры летучесть Ф ОС значительно увеличивается.
ФОС достаточно стабильны при нейтральной pH, легко гидролизуются
в щелочных растворах (pH 8,0 и выше), в меньшей степени в кислых
растворах (при pH 2,0 и ниже). Фосфороамидаты гидролизуются в ходе
катализируемой кислотой реакции даже при pH 4,0—5,0 и после образования
кислоты разложение ускоряется из-за автокатализа. На скорость гидролиза
оказывают влияние такие факторы, как характер заместителей в молекуле
ФОС, катализаторы (азотсодержащие соединения, гидроксамовые кислоты,
хлор, медь и др.), растворители, изменение температуры и pH. М еханизм и
скорость гидролиза ФОС описаны у О’Брайна [63].
При хранении, нагревании и перегонке некоторые Ф О С с п о с о б н ы к
изомеризации. Наиболее обычной является изомеризация ф о с ф о р о т и о а т о в
(тионфосфатов) типа (RO)2P(S)OX, где R — алкильная группа, X — м ож ет
иметь различное строение. В результате изомеризации образуются п р о д у к ты
типа (R 0 )(R X )P (0 )0 X или (RO)2P(0)SX, которые более токсичны, чем
исходное вещество.
В лабораторных условиях процесс изомеризации катализируется диме184
(Ьормамидом [97]. Для обеспечения полной изомеризации необходимо
тИ^ вание до 160 °С в течение нескольких часов.
Н3 При хранении алкилфосфоротиоатов в теплых и влажных климатических
ловиях также наблюдается изомеризация, но протекает этот процесс медУс ней. Изомеризация Ф ОС ускоряется под влиянием тепла и света, а также
под воздействием растворителей.
П р о ц есс, типы изомеризации и другие неферментативные превращения
фОС описаны О’Брайном, У.Дотерманом, Фукуто и др. [18, 63, 99].
Одним из первых препаратов, для которого показано в условиях in vitro
повы ш ение антихолинэстеразного действия под влиянием ультрафиолетово­
го излучения (УФИ) и солнечного света, был паратион. Наряду с неизвест­
ными продуктами превращения паратиона идентифицированы параоксон,
S-этиловый и S-фен иловый изомеры паратиона [18].
Под воздействием УФИ окисление EPN приводило к образованию его
кислородного аналога и р-нитрофенола, что свидетельствует о разрыве связи
р=0-арил. При изучении фората, дисульфотона и тиометона в качестве
продуктов воздействия УФИ обнаружены соответствующие сульфоксиды и
сульфоны. Влияние УФИ или солнечного света на хлорпирифос приводит
к гидролизу с выделением 3,5,6-трихлор-2-пиридинола, который затем под­
вергается полному фотодехлорированию с образованием диолов, триолов и
тетраолов.
Гидролиз и окисление некоторых ФОП в объектах окружающей среды
под влиянием физических и химических факторов подробно освещены
Н.Н.Мельниковым и соавт. [60].
5.4.2. Взаимодействие ФОС с холинэстеразой
и холинорецепторами
Механизм взаимодействия антихолинэстеразных соединений детально
изучен. Подробное описание этого механизма можно найти в монографиях
[7, 13, 27, 62].
ФОС проявляют свое токсическое действие в результате того, что имеют
определенное сходство в строении с естественным субстратом Х Э — А Х (как
стериохимически, так и по реакционной способности). При достижении ак­
тивного участка ХЭ их взаимодействие с ферментом сводится к фосфорилированию (или карбамилированию) гидроксила серина.
Различие во взаимодействии ХЭ с АХ и ФОС заключается в том, что в
первом случае образуется ацетилированный фермент — весьма непрочное
соединение, быстро подвергающееся гидролизу, в результате чего активные
^ освобождаются для новых реакций с АХ. При взаимодействии
ф ОС с ХЭ эстеразный центр прочно связывается с остатком фосфорной
кислоты, что приводит к образованию чрезвычайно устойчивого к гидролизу
фосфорилированного фермента, неспособного реагировать с молекулами АХ
потому утратившему свою основную каталитическую функцию. Блокироание ХЭ ФОС осуществляется в две фазы. В первой фазе подавление
фермента обратимо. И только через определенный промежуток времени
ступает вторая фаза. Первая фаза начинается сразу после контакта ингиnDT0Pa с Ферментом. Переход от обратимого ингибирования к необратимому
„ - с х о д и т постепенно и зависит от температуры, строения и концентрации
св 5 >°сф°Рилирующая способность ФОС зависит от прочности эфирной
и Фосфора с кислотным остатком и от дефицита электронов вокруг
185
атома фосфора. Важное значение имеют стерические факторы и гидрОфО0
ные взаимодействия. Гидролиз фосфорилированной ХЭ происходит очень
медленно. При этом устойчивость фосфорилированной ХЭ к гидролизу
зависит от характера алкоксигрупп, связанных с фосфором. Легче всего
происходит гидролиз в случае угнетения ХЭ диметиловыми эфирами кислот
фосфора, значительно труднее — после воздействия диэтиловых, которые
практически необратимо угнетают ХЭ диизопропиловые эфиры.
В связи с тем что ХЭ и ХР имеют в своем строении много общего в
механизме действия антихолинэстеразных соединений определенное значе­
ние может иметь их взаимодействие не только с ферментом, но и с ХР. При
этом некоторые Ф О С (фосфакол, ДФФ, паратион, армин и др.) могут
проявлять как возбуждающее, так и блокирующее действие на ХР [3 11 ifi
66].
’ ’ ’
Для взаимодействия ФОС с ХР необязательно наличие в них катионной
группы, определяющей возможность реакции с анионным пунктом рецеп­
тора. Блокирующее действие на ХР таких веществ, как диизопропилфторфосфат, армин, фосфакол, связано, по-видимому, с их взаимодействием с
эстерофильным участком ХР [73]. Влияние на Н-холинореактивные систе­
мы проявляется главным образом в случае введения больших доз этих пре­
паратов.
Армин в концентрации 2 1 0 -4 М нарушает проведение высокочастотных
импульсов с двигательного нерва на изолированную портняжную мышцу
лягушки. В то же время на одиночные раздражения мышца отвечает сокра­
щением. Это характерно для антихолинэстеразного действия ФОС. При
более высоких концентрациях армина (5-10-4 М) уменьшаются, а затем
исчезают ответы не только на высокочастотные, но и на одиночные им­
пульсы, но сохраняется ответ на прямое раздражение мышцы электрическим
током. Этот эфф ект свидетельствует уже о прямом блокирующем действии
ФОС на ХР.
При введении крысам ФОП ДДВФ в низких концентрациях наблюдалось
блокирование высокочастотных импульсов (100—30 Гц). В токсических до­
зах (40 мг/кг) возникает блок проведения одиночных импульсов при сохра­
нении прямого ответа скелетной мышцы на раздражение [41]. Этот опыт
подтверждает возможность прямого взаимодействия ф о сф о р о р ган и ч ески х
инсектицидов с ХР. Поскольку ДДВФ не имеет в своей структуре групп,
позволяющих допустить возможность его взаимодействия с анионным пунк­
том ХР, по-видимому, речь идет о взаимодействии с его эстероф и льны м
участком. Более подробно вопрос о влиянии химической структуры ФОС
на их взаимодействие с ХР рассмотрен М .И.Кабачником и соавт. (1965).
Одним из аргументов в пользу прямого блокирующего действия ФОС на
нервно-мышечное соединение в опытах на целом животном является также
восстановление функции органа при наличии глубокой ингибиции фермента.
Вместе с тем практически у всех антихолинэстеразных средств антихолинэстеразное действие сопровождается другими вариантами ф а р м ак о л о ги ­
ческих реакций [73].
Данные, полученные при отведении процессов непосредственно от кон­
цевой пластинки, позволили установить, что под влиянием т о к с и ч е ск и х до3
Ф ОИ и карбаматов происходит облегчение спонтанного выброса к в а н т о в
АХ нервным окончанием [41, 45].
Представления о сенсибилизирующем, облегчающем, м и м и ти ч е ск о м И
литическом действии ингибиторов ХЭ обобщены в м о н о г р а ф и и [66 ].
186
5 4.3. А нтихол ин эсте ра зн ая а ктивн ость ФОС in vitro
В з а и м о д е й с т в и е ФОС с ХЭ представляет собой реакцию фосфорилиро­
вания которую можно изобразить схематически:
EH + (R0)2P(0)X = (R0)2P(0)E + хн,
где
_ активная холинэстераза (механизм взаимодействия ХЭ и ФОС
описан выше).
В Н . Олдридж показал, что процесс взаимодействия Ф ОС с ХЭ подчиня­
ется кинетическим уравнениям простой бимолекулярной реакции, когда
яин из компонентов (ингибитор) находится в избытке, и может быть
описан кинетическим уравнением первого порядка. Скорость реакции пря­
мо пропорциональна концентрации ингибитора [89]. Реакция протекает во
времени, чем дольше ингибитор контактирует с ХЭ, тем больше торможение
активности фермента. Степень ингибирования ХЭ определяется по моляр­
ной концентрации ингибитора, вызывающей торможение фермента на 50 %
/] ), а величина р 150 является отрицательным десятичным логарифмом I 50.
Оба параметра изменяются во времени. Поэтому они могут быть определены
только при условии, если продолжительность инкубации известна. Более
достоверным параметром для определения “силы” ингибитора (т.е. сродства
с активным центром ХЭ) является бимолекулярная константа скорости К 2
при определенных температуре и pH.
Уравнение первого порядка справедливо, когда отношение ингибитора
к ферменту не меньше чем 25:1. Если это условие не соблюдается, то для
описания зависимости степени торможения от времени и концентрации
используют кинетическое уравнение второго порядка [63]. Взаимодействие
ФОС и ХЭ является химической реакцией, поэтому скорость этого процесса
повышается с возрастанием температуры.
Описан целый ряд примеров, когда реакция ФОС и ХЭ не подчиняется
кинетическим уравнениям первого порядка. Это может быть связано с тем,
что исследуемое соединение имеет примеси, обладающие антихолинэстеразным действием; источник ХЭ недостаточно чист и содержит реакционно­
способные ферменты или вещества, которые в реакции с ФОС конкурируют
с активным центром ХЭ; молярная концентрация сильного ингибитора
незначительно превышает концентрацию активных центров ХЭ либо иссле­
дуемое соединение является слабым ингибитором ХЭ; фосфорилированная
ХЭ может восстанавливать свою активность благодаря спонтанной реакти­
вации; ингибитор может быть неустойчивым в воде или гидролизоваться
ферментами, содержащимися в препарате [63].
Установлено, что в условиях in vitro с увеличением времени инкубации
ингибиторов с ХЭ степень угнетения активности ХЭ нарастает. Значительное угнетение активности фермента отмечается в первые 15 мин инкубации,
при более длительном контакте ФОС с ХЭ нарастание степени угнетения
фермента выражено менее резко. Оптимальное время инкубации для достиения выраженности угнетения ХЭ составляет 30—60 мин.
Антихолинэстеразная активность ФОС представлена в табл. 5.2 и 5 .3 ,
имствованных из работ D.Grob и Ю .С.Кагана [30, 72].
Ве,
табл. 5.2 видно, что наиболее токсичный в рассматриваемой группе
Д ф 1 с т в зарин значительно превосходит по антихолинэстеразной активности
акти Та^ н и паратион. При действии зарина и табуна ингибирование
ст ВносТи ХЭ в различных биосубстратах выражено примерно в равной
степени' ТЕП Ф , Д ф ф и паратион угнетают активность ХЭ в большей
ени в плазме, чем в эритроцитах, мозге и мышцах.
187
5.2. Чувствительность ХЭ плазмы, эритроцитов, коры мозга и мыши
человека к антихолинэстеразным веществам в опытах in vitro, по данным D.Grot»
буЮ антихолинэстеразную активность in vitro, однако обладают высокой
Т а б л и ц а
ных животных они метаболизируются в более сильные антихолинэстеразные
иешества.
С о п о с т а в л е н и е данных об антихолинэстеразной активности Ф ОС in vitro
их токсичностью и антихолинэстеразными свойствами in vivo показывает,
что между этими свойствами не всегда имеется прямая зависимость. Это
к а с а е т с я в первую очередь тиофосфатов (фосфоротиоатов). Например, такие
тиофосфаты, как тиофос, карбофос, ЭПН , не вызывают угнетение холинэс­
теразы in vitro, однако эти соединения отличаются выраженными антихо­
л и н э с т е р а з н ы м и свойствами in vivo и высокой токсичностью.
ХЭ
Веществе
о
IО
>О
со
о
-JI
I
сл
СП
о о
ОIО ОIО
3.6 1( Г 9
1
3,2-Ю-8
мышц
О
3,3 1о-9
|
ОО
3-1о-9
СП СП
мозга
CNJ
1,3-Ю-8
5-Ю-9
9,5 10-9
|
3,5-10'®
2.5 10~7
ю
I
о
со
4,2-Ю~9
эритроцитов
Г-.
I
о
Зарин
Табун
I
со
плазмы
ТЕПФ
ДФФ
Паратион
СЛкси чн осты о. Этот факт можно объяснить тем, что в организме теплокров­
1,5 10~ 5
О
1-1СГ6
* Приведены молярные концентрации ингибиторов, вызывающих угнетение ХЭ на 50 %.
Указанные соединения обладают выраженным антихолинэстеразным дей­
ствием и в условиях in vivo. При поступлении в кровь даже малых количеств
ФОС происходит угнетение активности ХЭ эритроцитов и плазмы. Одно­
кратное воздействие зарина в дозе 0,02 м г/кг вызывает у человека выражен­
ное снижение активности ХЭ плазмы и эритроцитов, при этом отмечаются
симптомы острой интоксикации.
Т а б л и ц а 5.3. Антихолинэстеразная активность и токсичность некоторых ФОИ, по
данным Ю.С.Кагана*
-JI
изомер меркаптофоса
о
иоловы й
Тионовый изомер меркаптофоса
СП
ОО
псевдохолинэстераза
лошадиной
сыворотки
Т
о
ю
о
I5Q, моль
Препараты
холинэстераза мозга крыс
в мг/кг
в моль/кг
3,1-Ю-7
6,6
12,5
2,17-1СГ6
48,5-Ю-6
М-74
2,9-Ю -6
1.5-1СГ4
6,1-Ю-6
—
М-81
1,4-10-4
1,3-Ю-4
4,6
36
16,8-1СГ6
14610-6
2 .0 -Ю-5
2,85 -Ю-5
6,0-Ю-5
—
1,7
7,6
6 ,5-1СГ6
32,8-10_6
—
—
14,5
33,4
50-10-6
127-10_6
—
13,5
47-10-6
Л-11-6
Л-метильный
Метафос (технический)
Октаметил (технический)
1,2-Ю-3
I
О
V»
5.5-1СГ6
О
Тиофос (технический)
,
* I50 определено путем интерполирования данных, полученных в опытах in vitro, LD50—" в
опытах на мышах методом пробит-анализа.
Из табл. 5.3 следует, что между антихолинэстеразным действием ФОС и
их токсичностью не всегда наблюдается паралеллизм. Так, препарат М -/4
по токсичности примерно равен тиоловому изомеру меркаптофоса, а его
антихолинэстеразная активность по отношению к ХЭ лошадиной сыворотки
слабее в 258 раз. Препарат J1-11-6 имеет наибольшую токсичность из всех
изученных веществ, а по антихолинэстеразной активности уступает т и о л о ­
вому изомеру меркаптофоса — по отношению к ХЭ лошадиной сыворотк
в 35 раз, ХЭ мозга крыс — в 194 раза. Октаметил менее т о к с и ч е н , чем
тиоловый изомер меркаптофоса, всего в 2,4 раза, а обладает более с л а б ы м
действием на ХЭ лошадиной сыворотки в 3200 раз. Тиоловый изомер мер­
каптофоса, препараты М-74, М -82, JI-метиловый, тиофос, метафос имею
188
5.4.4. Антихолинэстеразные свойства ФОС при остром
и хроническом воздействии в зависимости от пути
поступления в организм
Внутривенный путь поступления является наиболее адекватным для изу­
чения антихолинэстеразных свойств, токсикодинамики и токсикокинетики
ФОС, поскольку исключает влияние на токсикодинамические и токсикокинетические параметры такого важного фактора, как всасывание из Ж К Т
через кожу или дыхательные пути.
D.F.Heath проанализировал большое число данных литературы, касаю­
щихся токсичности и антихолинэстеразной активности многих Ф ОС при
внутривенном поступлении в организм, и установил четкую корреляцию
между токсичностью и угнетением активности ацетилхолинэстеразы [102].
При внутривенном введении ФОС быстро достигают мишени, и антихолинэстеразное действие проявляется сразу после введения вещества. Осо­
бенность антихолинэстеразного действия некоторых Ф ОП достаточно хоро­
шо демонстрируют опыты, представленные в монографии Ю .С.Кагана [30].
При однократном внутривенном введении кролику тиолового изомера мер­
каптофоса в дозе 1 м г/кг уже через 1 ч развилась интоксикация, и животное
вскоре погибло. Тионовый изомер меркаптофоса даже в дозе 5 м г/кг не
вызывал видимых признаков интоксикации, хотя степень ингибирования
активности АХЭ и ХЭ крови была около 90 %. М аксимальное ингибирова­
ние активности АХЭ и ХЭ крови наблюдалось в первый день опыта как при
воздействии тиолового, так и тионового изомера меркаптофоса.
Выявлено значительное расхождение между дозой вещества, степенью
ингибирования активности фермента и клиническими признаками инток­
сикации. Выраженность антихолинэстеразного эффекта в зависимости от
введенной дозы была больше при воздействии тиолового, чем тионового,
изомера меркаптофоса.
При воздействии тиолового изомера в дозе 0,1 мг/кг и тионового — 1 мг/кг
восстановление активности фермента происходило уже на 2-й день. С увечивадИеМ Д03ы веществ время восстановления активности фермента увеликл ^ ^ о г и ч н ы е данные были получены и при исследовании других ФОС.
д , М-81, Л - 11-6, Л-метильного.
250
олинэстеРазная активность исследованных веществ in vitro в 20—
О оо!^3 меньше> чем У тиолового изомера меркаптофоса, и составляет от
н'ост Д°
СД' его активности- Относительная антихолинэстеразная актив0 4] Ь Этих пРепаРатов в опытах in vivo повышается и составляет от 0,07 до
активности тиолового изомера меркаптофоса.
189
Относительная токсичность всех исследуемых препаратов была выще
чем следовало бы предположить на основании данных об антихолинэстеразной активности in vitro и in vivo. Отсутствие строгой зависимости между
антихолинэстеразным действием in vitro и токсичностью свидетельствует о
том, что в организме они превращаются в более активные антихолинэстеразные вещества.
При пероральном однократном воздействии на организм крыс ряда
фосфорорганических инсектоакарицидов (табл. 5.4) в дозах, соответствую­
щих '/г LD 50, была выявлена такая же закономерность изменений антихолинэстеразной активности, как и в опыте с внутривенным введением ФОП
(см. выше).
Т а б л и ц а 5.4. Ингибирование активности ХЭ эритроцитов крыс при однократном
пероральном воздействии некоторых ФОП в дозе, соответствующей 1/2 LD50 (по
данным П.Г.Жминько, 1997)
Наименование вещества
Гетерофос
Этафос
ЕШ-7
Тиоловый изомер
лосЬоса
ц и к-
Сроки и степень ингибирования ХЭ, %
L D 50'
м г /к г
33
375
95
240
Зч
1 сут
3 сут
7 сут
15 сут
86,1
95,1
100
91,8
81
91
70
83
56,9
61,9
39,1
58,8
16,7
67
22,7
11,9
3,7
22,8
6,9
3,1
Как видно из табл. 5.4, наиболее выраженное угнетение АЗЭ эритроци­
тов крыс отмечается через 3 ч после введения препаратов. В этот период
наблюдалась наибольшая выраженность холинергических симптомов инток­
сикации. Через сутки после введения гетерофоса, этафоса, ЕШ -7 и тиолового изомера циклофоса произошло восстановление активности АХЭ эрит­
роцитов на 6; 4,3; 30 и 9,6 % соответственно. Через 3 сут клинических
симптомов интоксикации не отмечалось, восстановление активности фер­
мента составляло 38—61 % и на 15-е сутки исследований активность ХЭ не
отличалась от контрольных животных, за исключением этафоса. В условиях
in vitro изученные Ф ОС являются умеренными ингибиторами холинэстеразы, in vivo они оказывают выраженный антихолинэстеразный эффект.
Показано, что антихолинэстеразное действие изученных ФОП значи­
тельно повышается при индукции монооксигеназной системы, что свиде­
тельствует о превращении их в организме в вещества с более выраженными
антихолинэстеразными свойствами. Различия в выраженности и с т о й к о с т и
антихолинэстеразного эффекта данных веществ зависят от состояния метаболизирующей системы, скорости и направленности их метаболизма и дрУ*
гих процессов химического гомеостаза [20, 34].
При дермальном пути поступления ФОС, как и при пероральном, мак­
симальное снижение активности ХЭ проявляется в первые сутки. О д н а к о
угнетение фермента нарастает медленнее, а активность энзима н а ч и н а е т
восстанавливаться и достигает нормы несколько позже, чем при п е р о р а л ь ­
ном поступлении. Наблюдаемое более продолжительное изменение а к т и в ­
ности ХЭ при дермальном пути поступления связано с депонированием
вещества в липоидах кожи и постепенным высвобождением из “депо’ •
Однако для некоторых соединений, например дифоса (абат), т о к с и ч е с к о е
действие препарата больше выражено при дермальном пути п о с т у п л е н и я ,
чем пероральном. Это связано с тем, что дифос легко всасывается ч ер ез
190
о в р е ж д е н н у ю кожу. Эта закономерность характерна и при субхроничес“ом в о з д е й с т в и и д и ф о с а [15]
Для н е к о т о р ы х соединении, например фталофоса и трихлорметафоса-3
(ТХМФ-3), антихолинэстеразное действие не зависит от пути поступления
r организм.
По данным Л.П.Даниленко (1969), фталофос при однократном перораль­
ном п о ст у п л ен и и в организм крыс в токсических дозах (100 и 125 мг/кг), при
п о с т у п л е н и и через кожу крыс и кроликов в дозах 1060, 1200 и 1325 мг/кг.
и н г а л я ц и о н н о м воздействии (крысы, кошки) в концентрациях 31—65 м г/м 3
нехал активность ХЭ крови и внутренних органов на 45—98 %. Снижение
а к т и в н о с т и ХЭ отмечалось уже через 1—3 ч и достигало максимума через
94 ч Восстановление фермента до исходного уровня наблюдалось в течение
12 дней.
ТХМФ-3 в токсичных дозах при однократном пероральном и дермаль­
ном воздействии на организм крыс в дозах соответственно 63 и 100 мг/кг,
а также при ингаляционном влиянии на организм кошек (0,017—0,022 м г/м 3,
э к с п о з и ц и я 4 ч) вызывал ингибирование активности ХЭ крови и внутренних
органов на 48—98 %. М аксимальная степень угнетения ХЭ отмечалась через
24 ч после воздействия. При пероральном и дермальном пути поступления
в организм крыс максимальное снижение активности ХЭ отмечалось в
сердце и печени (89—98 %), минимальное — в больших полушариях голов­
ного мозга (48,1—57,1 %). Активность ХЭ сыворотки крови, цельной крови,
селезенки, почек, продолговатого мозга и мозжечка по степени угнетения
занимала промежуточное место (63,2—81 %).
В большинстве случаев токсичность при ингаляционном поступлении
ФОП в организм выше, чем при введении этой же дозы перорально.
Несмотря на количественные различия эффектов ингаляционного и перорального действия, часто наблюдается их качественная однонаправлен­
ность, выражающаяся в сходстве изменений органов и биохимических по­
казателей подопытных животных.
На высоких уровнях воздействия любая зависимость доза — эфф ект мо­
жет быть представлена экспоненциальной кривой. В динамике эффективных
Доз более низкого уровня наблюдаются различные вариации, которые, од­
нако, всегда сводятся к S-образным либо экспоненциальным кривым.
При пероральном поступлении ФОС более обоснованной является S-об­
разная зависимость доза — эффект, так как форма этой кривой отражает
эффективную детоксикацию яда в печени при воздействии малых доз. При
ингаляционном пути поступления более оправданной будет экспоненциаль­
ная зависимость, так как препарат попадает непосредственно в кровь, по­
этому даже малые дозы вызывают заметное угнетение ХЭ и АХЭ [8].
При однократном воздействии независимо от пути поступления в орга­
низм существует зависимость доза — эффект. Чем выше доза антихолинэс^еРазного вещества, тем больше степень ингибирования АХЭ нервной ткани
®ыРаженности интоксикации. Ингибирование АХЭ эритроцитов при возИн CrBhh одн°й и той же дозы вещества может существенно изменяться от
опг
аНИЯ
неРвной ткани. Влияние на ХЭ плазмы и внутренних
ОднН° В (печень> почки, селезенка, сердце, мышцы) также зависит от дозы.
« ° между степенью ингибирования активности холинэстеразы в разчите ЫХ ^иосубстратах существует диспропорция, в некоторых случаях знаби_ ЛьНая- Для отдельных веществ ХЭ плазмы более чувствительна к ингиВИс^ анию- чем АХЭ эритроцитов, однако чаще наблюдается обратная за191
Степень ингибирования активности ХЭ плазмы не всегда соотносится с
тяжестью интоксикации. Типичная холинергическая интоксикация отмеча­
ется только при значительном ингибировании АХЭ нервной ткани.
Некоторые фосфорорганические инсектициды оказывают ингибирующее
действие на карбоксилэстеразы тканей (например, малатион) в дозах, кото­
рые ниже уровней, влияющих на АХЭ и ХЭ. В связи с этим первичное
ингибирование карбоксиэстераз может потенцировать токсичность веществ
для теплокровных животных, детоксикация которых обычно осуществляется
эстеразами тканей.
Признаки интоксикации ФОС могут развиваться сразу или спустя несколь­
ко часов после воздействия. Д ля более липофильных соединений, которые тре­
буют метаболической активации, симптомы интоксикации развиваются мед­
ленно и могут сохраняться несколько суток. Клиника острой интоксикации
ФОС включает мускариноподобные и никотиноподобные нарушения, изменения
со стороны центральной нервной системы и дыхания.
В зависимости от структуры вещества, скорости и направленности ме­
таболизма может изменяться выраженность тех либо других нарушений
центральной нервной системы.
Первые признаки холинергических симптомов в большинстве случаев
появляются тогда, когда активность АХЭ в крови снижается до 50 %. Об­
щепризнано, что ингибирование активности АХЭ и ХЭ крови для человека
на 75 % является индикатором опасности и требует принятия срочных мер
по устранению воздействия вещества. Ингибирование активности АХЭ на
25—30 % является пороговым эффектом, при котором отсутствуют какиелибо вредные последствия для здоровья. Активность ХЭ крови восстанав­
ливается медленно и зависит от величины дозы и пути поступления. Однако
такая зависимость между степенью ингибирования АХЭ и клиническими
симптомами интоксикации наблюдается не всегда.
При отравлении человека Д Ф Ф в дозе 3 м г/кг первые симптомы
интоксикации появляю тся после угнетения ХЭ эритроцитов на 30 %,
падение активности ниже 40 % уже сопровождается тяж елыми симптом а­
ми [63].
Общим в действии многих ФОС как в остром, так и хроническом опытах
является зависимость доза — эффект.
С увеличением дозы вводимого вещества усиливается эф ф ект независи­
мо от пути поступления в организм. С нарастанием эффекта в антихолинэстеразные механизмы вовлекается все большее количество физиологичес­
ких систем. Степень выраженности ингибирования при введении одних и
тех же доз зависит от видовой чувствительности животных. Вещества с
большим антихолинэстеразным эффектом in vitro проявляют т о к с и ч е с к о е
действие в первые часы после введения вещества. Для веществ с мене
выраженными антихолинэстеразны ми свойствами in vitro, а также ве^
ществ, требующих предварительной активации (тионофосфаты), токсичес
кое действие и антихолинэстеразный эффект проявляются в более поздн
сроки.
^
Ду
При субхроническом и хроническом действии ФОС зависимость ме ^
степенью ингибирования активности ХЭ крови и тяжестью интоксикац
может не сохраняться.
.у д
В некоторых случаях при повторном воздействии ФОС активность а а
эритроцитов угнетена почти на 100 % без появления признаков и н т о к с и
ции или без какой-либо связи с имеющимися симптомами, в° з никШ^ иИ
после получения первой дозы вещества. Одной из причин такой реак
192
ХЭ эр и тр о ц и т о в на повторное воздействие ингибитора ХЭ является чрез­
низкая скорость восстановления ее активности [30].
ВЬ При хроническом воздействии многих ФОС не отмечается корреляции
ежду уровнем ХЭ крови и тканей. В различных тканях может наблюдаться
м н е н ап р а в л е н н ы й эф ф ект (снижение или повышение активности ХЭ). В
н е к о т о р ы х случаях наблюдаются фазовые изменения активности ХЭ крови
и тканей. В восстановительном периоде иногда активность ХЭ в исследуе­
мых биосубстратах подопытных животных выше, чем в контроле.
Выявленные особенности антихолинэстеразного действия при субхрони­
ческом и хроническом влиянии ФОС можно продемонстрировать данными
многих экспериментальных исследований.
Х ро н и ч еско е пероральное воздействие офунака вызывает выраженное
угнетение активности ХЭ эритроцитов, плазмы и печени крыс. Значительно
м еньш ий антихолинэстеразный эфф ект проявлялся в сером и белом веще­
стве головного мозга, а также в спинном мозге, наименьший — в мозжечке.
Угнетение активности ХЭ в различных биосубстратах зависело от воздейст­
вующей дозы вещества [52].
Фозолон при многократном воздействии на организм крыс и кошек в
низких дозе и концентрации (1,04 м г/кг — крысы, 0,27 м г/л — кош ки) не
оказывал антихолинэстеразного и токсического действия на организм. В
дозе и концентрации в 2 раза выше вызывал фазовые изменения активности
ХЭ крови и внутренних органов. Степень ингибирования колебалась от 29
до 67,6 %.
С увеличением дозы и концентрации (5,2 м г/кг и 2 мг/л соответственно)
возрастал антихолинэстеразный эфф ект и поражалось все больше органов
и систем. Такая же зависимость сохранялась и при дермальном воздействии.
Фозолон оказывал более выраженное токсическое действие на организм
кошек, чем крыс.
При хроническом ингаляционном воздействии афоса на организм крыс
и морских свинок в концентрации 4 м г/м 3 не выявлено различий в угнете­
нии активности ХЭ в сыворотке, эритроцитах, печени, мозге. Наибольший
антихолинэстеразный эф ф ект отмечался через 2 нед опыта. Снижение ак­
тивности ХЭ в хвостатом ядре полосатого тела и нервно-мышечных синап­
сах выявлено только у морских свинок.
Амидофос и ТХМ Ф-3 при хроническом воздействии на организм кро­
ликов в дозах, соответствующих 0,02, 0,01 и 0,002 LD 50, в первые 2 мес
затравки ингибировали активность ХЭ крови только на 30—40 %. На этом
Уровне активность фермента сохранялась в течение 3—5 мес исследований.
ерез 6 мес активность фермента восстанавливалась до уровня контроля.
Амид°ф°с оказывал большее ингибирующее влияние на АХЭ, ТХМФ-3 —
а БуХЭ. При воздействии амидофоса и ТХМФ-3 не выявлено корреляции
зап т^ Уровнем ХЭ крови и тканей. Через 2 мес пероральной ежедневной
ва? авки к л и к о в в дозах, соответствующих 0,02 LD 50, оба вещества вызыи повышение активности фермента в миокарде. Активность ХЭ в мыПочн°й ткани повышалась только при воздействии ТХМ Ф-3. В печени и
зна*КаХ НС на®людалось изменений активности ХЭ. Через 6 мес отмечалось
чительное повышение ХЭ в почках и мышцах при действии обоих
печени активность ХЭ незначительно снижалась под воздейстэфсЬе
и повышалась под влиянием амидофоса. Разнонаправленный
быть
и амидофоса на активность ХЭ органов и тканей может
обусловлен различиями в химическом строении пестицидов (связь Р = 0
в ы
ч а й н о
7-7127
193
Таблица 5.5. Зависимость токсичности и антихолинэстеразной активности от
строения радикалов в некоторых алкилмеркаптоалкиловых эфирах тиофосфорной и тиофосфиновой кислот [30]
С2Н5 ° ч ^
х, S
Лаборатор­
ный шифр
LDsq,
мг/кг
Относи­
тельная
токсич­
ность, %
М-74
4,6
100
ГД-15
1,7
270
2 • 10-4
75
Меркаптофос
тиоловый
5,6
100
5,8- 10-7
100
Гд-54
9,8
57
150, моль
1
Формула
Относи­
тельная
антихолинэстераэная актив­
ность, %
100
Р
CzH^
^ зе Н гС Н гЗ С гН з
СНЗ\ /
С2Н5( / ^ S C H o C H jS C jH c
С2Н50^
/
Р\
о
\/
1
SCH2CH2S C,H 5
<c 2h 5 )2 n
О
С2Н5 °
со
со'
Успехи в области изучения механизма действия ФОС послужили основ­
ной предпосылкой для более глубокого понимания проблемы связи их
эффектов со строением. Вначале была установлена роль отдельных хими­
ческих группировок в молекуле соединений типа (RO b(S)X , где R=CH 3,
С 2Н 5,
X — кислотный остаток. Было показано [30], что наибольшей
токсичностью обладают соединения, в которых фосфор связан с двумя
этоксильными группами. М етоксильные аналоги оказались менее токсич­
ными, чем этоксильные, в 4 — 12 раз. Токсичность веществ, в которы х
фосфор связан с двумя пропилокси- и изопропилоксигруппами, зн а ч и т е л ь н о
снижается по отношению к токсичности веществ, в структуре которы х
имеются метокси- или этоксигруппы.
В условиях in vitro антихолинэстеразная активность диметиловых эф и р о в
находилась на уровне диэтиловых эфиров либо была несколько м ен ьш ей .
Замена этоксильных групп на изопропилоксильные либо не изменяла ан ти холинэстеразную активность вещества, либо повышала ее.
В организме животных антихолинэстеразная активность д и э т и л о в ы х
эфиров значительно выше, чем метиловых. Различия в а н т и х о л и н э с т е р а з н о й
активности и токсичности диметиловых и диэтиловых эфиров кислот фос­
фора связаны с неодинаковой стойкостью их фосфорилированного э н зи м а
в организме животных. Связь диэтилфосфорила с энзимом оказалась более
прочной, чем диметилфосфорила, что и обусловило большую а н т и х о л и н э с теразную активность и токсичность этиловых эфиров, чем м е т и л о в ы х .
Таким образом, следует полагать, что скорость гидролиза д и а л к и л ф ° с'
форилированной Х Э в организме является одним из ведущих ф а к т о р о в .
аЛК ты в эфиры фосфиновой кислоты, приводит к значительному увелиКИнию токсичности. Антихолинэстеразная активность in vitro при этом сни­
м ется незначительно. Замена алкоксильной группы на диалкиламидную,
П о б о р о т , приводит к снижению токсичности и сильному понижению антих о л и н э с т ё р а з н о й активности.
Замена этилоксигруппы на изопропилоксигруппу в молекуле тиофторфос(Ьонатов вызывает небольшое понижение токсичности, а замена на фенилоксигруппу снижает токсичность в несколько раз. Введение фенилоксигруппы в
молекулу тиофторфосфонатов вместо парахлорфенильной группы приводит к
резкому снижению токсичности.
Так, величина токсичности LD 50 препарата К 4 , имеющего в своей струк­
туре этилоксигруппу, составляет 6,4 мг/кг, препарата К[ (с изопропилоксигруппой) — 9,6 м г/кг, препарата K.2 v(c фенилоксигруппой) — 44 м г/кг, пре­
парата К 5 (с пара-хлорфенильной группой) — 2400 мг/кг. Изменение анти­
холинэстеразной активности у данных соединений in vitro происходило в
противоположном направлении. Антихолинэстеразная активность препарата
К-5 была в 7,2 раза выше, чем у препаратов К 4 и К.2-
о
5.4.5. Зависимость токсичности и антихолинэстеразной
активности ФОС от их химической структуры
в л и в а ю щ и х большую токсичность для теплокровных животных диСо вы х эфиров кислот фосфора по сравнению с диметиловыми.
3THR табл. 5.5 представлены данные о влиянии на токсичность белых мышей
ы а л к о к с и л ь н о г о радикала алкильным и диалкиламидогруппой. Замена
заМ с и л ь н о й группы на алкильную, т.е. превращение эфиров фосфорной
сл
в амидофосе и связь P=S в ТХМФ-3) и характером метаболических реакций
в этих органах и тканях.
При хроническом ингаляционном воздействии ТХМ Ф-3 в течение 4 ме
в концентрации 0,0006 мг/л (жидкий аэрозоль) видимые признаки инток­
сикации отсутствовали. Угнетение активности ХЭ в цельной крови состав­
ляло 5 4 ,6 % , в легких — 26,8 %, в сердце — 10,3 %, в продолговатом
мозге —19,8 %. В остальных органах и сыворотке крови изменений не
выявлено.
Для некоторых Ф ОС, особенно тиоэфиров (тиофос, метафос, малатион
и др.), уровень токсичности не соответствовал степени угнетения ХЭ. При
воздействии на организм животных, помимо их антихолинэстеразного дей­
ствия, в патологический процесс вовлекаются ряд важнейших физиологи­
ческих систем, что и определяет их токсикодинамику.
В условиях применения Ф О С в сельском хозяйстве характерен преры­
вистый режим воздействия их на организм рабочих. Выяснение особеннос­
тей антихолинэстеразного действия ряда Ф О С (афоса, циклофоса, рицида-П
гетерофоса и др.) при монотонном и прерывистом режимах воздействия
показало, что при прерывистом влиянии независимо от пути поступления
в организм исследованные препараты оказывают менее выраженный антихолинэстеразный эффект, чем при монотонном. Гистоморфологические и
патобиохимические изменения во внутренних органах и головном мозге
были выражены в меньшей степени, а восстановление активности холинэстеразы и нарушенных физиологических функций организма происходило
быстрее при прерывистом воздействии, чем при монотонном [23, 69].
0,57
\ C H 2CH2SC2H5
194
I*
195
По данным Н.Н.Годовикова [9], ингибирующее действие О-этил-S-R
бутилметилтиофосфонатов типа C H 3(R 0 )P( 0 )SC4H 9 по отношению к бути
рилхолинэстеразе значительно увеличивается (в 18 ООО раз) при удлинени'
О-алкильного радикала от метильного до гептильного.
и
Повышение значений константы скорости взаимодействия К2 происхо
дило неравномерно. При взаимодействии с АХЭ удлинение О-алкильного
радикала данного типа соединений сопровождалось увеличением К 2 лищь
при переходе от метильного к бутильному производному. При дальнейшее
увеличении R -антихолинэстеразная активность несколько уменьшалась и
колебалась в незначительных пределах. Поскольку электрофильная фосфорилирующая активность (рКа) практически одинакова, полагают, что изме­
нения К.2 связаны с изменением способности ФОС к образованию ферментсубстратного комплекса. В связи с этим можно считать, что антихолинэстеразная способность ФОС связана с гидрофобной сорбцией и зависит от
длины О-алкильного радикала. Поскольку гидрофобная сорбция ФОС на
АХЭ менее выражена, чем на БуХЭ, то и ингибирующая способность в
отношении АХЭ наблюдается в меньшей степени.
Таким образом, способность ФОС ингибировать ХЭ зависит в значительной
степени от характера группировок, связанных с атомом фосфора, которые не
отщепляются в процессе фосфорилирования фермента. Величина и степень
разветвленности алкоксильных, алкильных, диалкиламидо- и других группировок
сильно влияют на способность к образованию ферментингибиторного комплек­
са и антихолинэстеразную активность ФОС.
Вторая группа закономерностей касается влияния на токсичность ФОС
в зависимости от строения групп Х-кислотного остатка и Y -(P= 0(S)).
Интересные закономерности выявлены при изучении зависимости ток­
сичности алкилмеркаптоэтиловых эфиров тиофосфорных кислот — общей
формулы ( R O ^ P S S C ^ C ^ S R ; от строения алкила (Ri).
Показано, что с увеличением длины углеродной цепочки в составе ра­
дикала Ri токсичность веществ уменьшается. Наиболее токсичными оказа­
лись метилмеркаптоэтиловые соединения, менее токсичными — этилмеркаптоэтиловые и наименее токсичными — пропилмеркаптоэтиловые и бутилмеркаптоэтиловые.
На токсичность алкилмеркаптоалкиловых эфиров дитиофосфорной кис­
лоты сущ ественное влияние оказывают также количество метиленовых
групп между двумя атомами серы и наличие в боковой цепи атомов серы.
С увеличением количества метиленовых групп между атомами серы от одной
до двух в алкилмеркаптоалкиловых эфирах токсичность соединений снижа­
ется в несколько раз.
Иная зависимость антихолинэстеразных свойств ФОС от строения ал­
кильного радикала получена Е.В.Розенгартом (1964) при изучении О-этилS-алкил-метилтиофосфинатов типа C 2 H 5 0 (C H 3)P( 0 )SR.
В ряду соединений с нормальным алкильным радикалом а н т и х о л и н э с теразное действие по отношению к БуХЭ и АХЭ резко возрастало с удли­
нением цепи вплоть до гексильного производного (R = nC 6 H [ 3), а затем
практически не менялось. В ряду соединений, содержащих С (С Н з)з*Ф У пПУ
в тиоалкильном радикале [R = (C H 2)nC (C H 3)3], при постепенном о т д а л е н и и
этой группы от атома фосфора антихолинэстеразная активность сначала сни­
жалась (минимум при п = 2), а затем возрастала вплоть до с о е д и н е н и я с
п = 4 и в дальнейшем оставалась неизменной. Наиболее сильным а н т и х о л и н эстеразным действием обладали вещества с п = 4, 5 и 6. По э ф ф е к т и в н о с т и
они приближ ались к известному ингибитору холинэстеразы армину.
196
к к видно, различия в антихолинэстеразной активности исследованных
тв о п р ед ел я ю тс я пространственной конфигурацией их молекулы, ковешес^ значительной степени зависит от характера и величины индукционт,°™Яэ(Ьфекта.
от характера индукционного влияния все заместители
но разд ел и ть на 2 группы и расположить по силе их индукционного
эф ф екта следующим образом.
^
З а м е с т и т е л и , оказывающие отрицательным индукционныи эффект.
R зави си м о сти
F > О > CI > Вг > ОСН3 > С6Н5.
З ам ести тел и , оказывающие положительный индукционный эффект:
СН3 < С2н 5 < СН(СН3)2 < С3н7 < С(СН3)3.
И н д у к ц и о н н ы й эфф ект водорода равен 0.
И с сл ед о в ан и я м и , проведенными И.А.Франковым [82], показано, что
ан ти х о л и н эстер азн ая активность некоторых Ф О С , относящихся к амидам,
д и ал к и л ф о сф о р н ы м кислотам, пирофосфатам и соединениям, построенных
по типу п и р о ф о с ф а т о в , но содержащих в качестве связи между атомами
ф осф ора не кислород, а атом азота и ли более сложные группировки, повы­
шается при введении:
• в амидную группу заместителей, проявляющих отрицательный индук­
ционный эффект;
• в оксиалкильные радикалы заместителей, проявляющих положитель­
ный индукционный эффект.
Антихолинэстеразная активность ФОС снижается при замещении:
• любого водородного атома амидной группы заместителями, оказыва­
ющими положительный индукционный эффект;
• любого водородного атома оксиалкильных радикалов заместителями,
оказывающими отрицательный индукционный эффект.
Чем больше индукционное влияние вводимого заместителя, тем сильнее
проявляются антихолинэстеразные свойства веществ. Однако возможность
усиления антихолинэстеразных свойств Ф О С путем повыш ения положи­
тельного индукционного влияния алкильных радикалов, идущего за счет
удлинения углеводородной цепи последних, ограничена, так как при этом
резко снижается растворимость исследуемых веществ.
Многочисленными работами Н.Н.Годовикова и соавт. показано, что
антихолинэстеразная активность эфиров монотиокислот фосфора в значи­
тельной степени зависит от положительного заряда на атоме сульфидиола
серы (в этилтиоалкильной группе), увеличения расстояния между атомами
г и атомом сульфониевой серы (в метилсульфометилатах), изменений усло­
вий сорбции ФОС на активной поверхности фермента, индукционного
Сияния положительного заряда, изменяющего электрофильную фосфори^Ирующую способность, от длины и степени разветвленности алкильных,
коксильных и алкотиольных радикалов, от природы заместителя [7].
У ФОС, построенных по типу эфиров и тиоэфиров, токсичность и
нтихолинэстеразная активность существенно зависят от характера связей
фосфора с кислородом и серой.
Наибольшей токсичностью и антихолинэстеразной активностью облада­
197
ют соединения, где фосфор связан с атомом кислорода (Р = 0 ), чем с атомом
серы (P —S). Более высокая токсичность веществ со связью Р = 0 характеразуется не только меньшими величинами летальных доз, но и более быстрым
развитием их токсического действия.
Так, если после введения летальных доз ФОИ со связью Р = 0 (М-96
фосфакола) гибель белых мышей наблюдалась в первые 5—10 мин, то при
введении веществ со связью P=S (М-93, М-98) животные погибали в течение
2—3 сут. Это свидетельствует о том, что тиофосфаты и дитиофосфаты
постепенно превращаются в организме в антихолинэстеразные агенты.
Изложенные в данном разделе частные закономерности находят единое
объяснение благодаря раскрытию основных механизмов действия ФОС на
АХЭ, ХЭ и холинорецепторы.
В результате поляризации сложноэфирной группировки ФОС, а также
вследствие того, что р-электроны двойной связи оттянуты от фосфора в
сторону кислорода (в эфирах фосфорной кислоты), на фосфоре создается
дефицит электронов, что облегчает его взаимодействие с нуклеофильной
группой эстераз. Исходя из этого, легко объяснить, почему тионовые эфиры
в отличие от тиоловых являются слабыми ингибиторами ХЭ. Атом серы,
связанный двойной связью с фосфором, оттягивает электроны от фосфора
во много раз слабее, чем кислород, и тем самым уменьшает реакционную
способность молекулы Ф ОС и ее способность фосфорилировать фермент.
Введение электрофильных атомов в группу X благодаря индукционному
эффекту приводит к созданию на атоме фосфора электронного облака
меньшей плотности, что способствует взаимодействию группы X с гидрок­
силом серина активного центра ХЭ. Индукционный эф ф ект электрофиль­
ных атомов вследствие перераспределения электронной плотности в моле­
куле способствует ее поляризации. Полярность молекулы обусловливает
характер ее распределения в различных растворителях, способность проник­
новения через биологические мембраны. Введение в молекулу электрофиль­
ных атомов отражается на степени ионизации молекулы, т.е. на величине
рКа. Эта величина показывает значение pH, при котором 50 % кислоты
ионизировано. Электрофильные атомы F, Cl, N 0 2, О понижают величину
рКа, т.е. увеличивают кислотные свойства молекулы.
На взаимодействие ФОС с ХЭ электронные факторы оказывают значи­
тельное влияние. П оказана высокая взаимосвязь между степенью угнетения
ХЭ ФОС, имеющих в структуре ароматическое ядро, и характером замести­
теля в бензольном кольце. Мерой влияния заместителя в а р о м а т и ч е с к о м
ядре на реакционную способность соединений является константа Гам м ета
[28]. В алифатических соединениях такой мерой служит константа Тафта d
[83]. T.Fucuto и соавт. (1972) выявлена высокая корреляционная в з а и м о с в я з ь
между константой Тафта различных радикалов в алкильных группах и их
токсичностью по отношению к комнатной мухе и способностью к ги д р о л и зу
д л я ФОС следующего строения:
С2Н50
о
V
*
о-
Для этил-р-нитрофенилалкилфосфонатов C.Hansch и E.W.Deutsch усы­
новили высокую корреляционную взаимосвязь между константой Тафта Es,
198
р и з у ю щ е й СТереоспецифичность заместителя, и константой ингибихар3ния АХЭ мозга комнатных мух ке, что доказывает важную роль стериР °ва
ф а к т о р о в в антихолинэстеразном действии Ф ОС [100]. Стерические
ЧбСКооы о п р е д е л я ю т пространственное взаимоотношение атомов в молекуле
^ о б л е г ч а ю т или, наоборот, затрудняют взаимодействие одних молекул с
^ Р а з л и ч а ю т три вида стереоизомерии — оптическую, геометрическую и
ф о р м а ц и о н н у ю [12]. Оптическая изомерия связана с наличием в молеК°ле асимметричного атома, соединенного с четырьмя различными замест е л я м и . В молекуле ФОС асимметричными могут быть атомы ф осф ора
ТИугЛерода. О птическая изомерия за счет асимметричного атома ф осф ора
м о ж е т проявляться у многих фосфонатов, у которых ф осф ор связан с
одним алкильным остатком через кислород, а другим непосредственно
(С-Р-связь).
Примером такого соединения служит хлорофос. За счет асимметрии при
углеродном атоме оптически активным может быть карбофос. Препарат под
ш и ф р о м Ш-142 (синтезирован в лаборатории М .И.Кабачника) имеет два
ас и м м е т р и ч н ы х центра — на атоме фосфора и атоме углерода.
Оптически активные Ф ОС проявляют различную антихолинэстеразную
активность. В токсичности и антихолинэстеразной активности оптических
изомеров важную роль также имеют особенности строения активного центра
ХЭ.
В составе активного центра ХЭ имеются 1-аминокислоты, которые могут
определять неодинаковую реакционную способность при взаимодействии с
ними двух энантиомеров.
Геометрическая или цис-транс-изомерия свойственна соединениям,
имеющим двойную связь между атомами углерода или полиметиленовую
цепочку. Свободное вращение вокруг углеродных связей невозможно, поэ­
тому молекулы таких соединений обладают определенной степенью жест­
кости и различное расположение атомов в них приводит к образованию
геометрических изомеров. В цис-изомерах заместители расположены с од­
ной стороны от двойной связи, в транс-изомерах — с разных сторон.
Геометрические изомеры, так же как и оптические, проявляют разную
антихолинэстеразную активность. Так, цис-изомер мевинфоса имеет в 10
раз более высокую константу скорости угнетения АХЭ мозга мух, чем
транс-изомер. Высокая антихолинэстеразная активность и токсичность цисизомера мевинфоса может быть объяснена тем, что у него расстояние между
фосфором и карбэтоксильной группой приблизительно соответствует рас­
стоянию между анионны м и эстеразны м центрами АХЭ (0,475 нмоль).
у транс-изомера мевинфоса это расстояние равно 0,33 нмоль, что, вероятно,
затрудняет его взаимодействие с АХЭ. Однако Фукуто [83] полагает, что
более высокая скорость угнетения АХЭ цис-изомером мевинфоса может
сыть объяснена более выгодным энергетическим переходным состоянием,
кинетический анализ с определением констант сродства цис- и транс-изо­
меров мевинфоса к АХЭ и констант фосфорилирования показал, что их
Различная антихолинэстеразная активность зависит в большей степени от
Реакционной способности, чем от стерических факторов.
Н а р я д у с оптической и геометрической изомерией в реакции Ф ОС с
может иметь значение также конф орм ационная изомерия. Среди
зликчных полож ений, которые молекулы могут приним ать в пространИме
одаРя способности вращения их атомов вокруг простых связей,
Ются отдельные предпочтительные устойчивые конформации. Конфор199
мационные углы в молекулах ингибиторов и субстратов могут влиять на и
реакции с АХЭ.
х
В настоящее время можно считать доказанным, что реакционная спо
собность Ф ОС определяется тремя типами факторов: электронными, степи'
ческими и гидрофобными. В данном разделе рассмотрены только некоторы'
общие положения о связи действия ФОС с их химическим строением в
отдельных случаях эта зависимость определяется рядом других факторов
которые играют важнейшую роль в токсичности ФОС. В частности, это
способность Ф ОС проникать через биологические мембраны и тканевые
барьеры и роль стереоспецифической регуляции биологических мембран в
проникновении молекул веществ внутрь клеток и организма. Частные и
общие положения теории зависимости биологического действия ФОС от их
структуры отражены в многочисленных работах и обзорах [7, 9, 24 25 31
56, 72, 75, 8 2 -8 4 , 96, 98, 102, 103, 106].
. ’ ’
5.5. Токсикокинетика ФОС
Большинство Ф ОС не ионизируются и обладают значительными липофильными свойствами. В связи с этим при поступлении в организм через желудок
легкие, кожу они легко всасываются.
Всасывание через Ж К Т большинства ФОС протекает относительно бы­
стро и эффективно. М аксимальная концентрация в крови для различных
ФОС наблюдается от нескольких часов до суток после введения яда и
зависит от особенностей строения ФОС, дозы, вида животного и других
факторов. Распределение ФОС между различными органами происходит
неравномерно. При пероральном введении радиоактивно меченных ФОС
вначале отмечается максимальный уровень в печени и легких, затем в крови
и несколько позже в других органах.
Всасывание Ф ОС через легкие происходит быстро и для многих веществ
может считаться полным. Рассчитаны коэффициенты поглощенной дозы
для некоторых Ф О С в зависимости от воздействующей концентрации. По­
казано, что при воздействии бутифоса, метилмеркаптофоса, хлорофоса, фосфамида в концентрациях от 0,01 до 0,09 мг/м^ наблюдается полное погло­
щение их паровой фазы в дыхательных путях животных. Коэффициент
поглощения (Kv) равен 1,0. При повышении концентраций от 0,1 до 0,69 мг/м
поглощается не все количество вещества, содержащееся в воздухе. В этом
случае Kv для различных веществ составлял 0,53—0,83 [55].
При дермальном пути поступления степень поглощения вещества зави­
сит от дозы, концентрации, площади, целостности и состояния кожи, гид­
рофобное™ вещества, присутствия растворителей и эмульгаторов, которые
могут способствовать всасыванию. Концентрация вещества в крови нарас­
тает плавно, максимальный подъем определяется спустя несколько дней [30,
54, 81]. Для высоколипофильных веществ, не проходящих стадию первичны х
метаболических превращений в печени (DEF, ЕРМ ), всасывание через кожу
очень значительное, и их токсичность может быть такой же, как и при
пероральном поступлении.
Наиболее опасный путь поступления ФОС — внутривенный. При внут­
ривенном введении сразу создается высокая концентрация вводимого вещ е­
ства в крови, что приводит к выраженному токсическому эффекту. О днако
высокий уровень вещества сохраняется недолго. По данным J.E.Casida и ДР ’
дихлофос в дозе 1 м г/кг при внутривенном введении коровам снижал
200
ость холинэстераз на одну треть. Та же доза дихлофоса, введенная
перорально, была неэффективной [92]. П оказано, что при
п0Д ^ в е н н о м введении легкие являются своеобразным депо для ФОС,
внутр
СОрбируются на поверхности легочных капилляров. При этом концентрэиия ФОС в легких в 20—30 раз превышает уровень равномерного
актив
I
I
I
^
Ра
с
мости от введенной дозы, пути поступления, липофильности
й>ОС и зм е н яю тс я их распределение и накопление в различных органах и
анях. При дробном введении некоторых веществ может проявляться боль­
ший то к си ч е ск и й эф ф ект, чем от той же дозы, введенной одномоментно,
расп р ед ел ен и е Ф О С в различных органах и тканях организма также
ависит от способности проникать через мембраны и гистогематические
барьеры и неспециф ической сорбции на мембранах, с белками и липопротеидами.
. . _
Больш ие к о н ц е н т р а ц и и ФОС о б н ар у ж и ваю тся в п е ч е н и и л егк и х к а к
первых органах на пути поступления веществ в организм и могут значитель­
но превышать их содержание в крови в ранние сроки после введения.
Высокие концентрации ФОС также отмечаются в почках. Более низкие
кон центраци и обнаруживаются в жировой клетчатке, коже, мышцах, сердце,
мозге, костях, в стенке желудка и составляют величины, в 2—3 раза мень­
шие, чем в крови.
Однако вещества с выраженными липофильными свойствами, содержа­
щие циклическую структуру (абат, корал, дурсбан, циклофос и др.), способ­
ны накапливаться в жировой ткани в неизменном виде и их содержание
может составлять до 43 % введенной дозы.
Независимо от способа введения концентрации многих Ф ОС в мозге зна­
чительно меньше, чем в других тканях. Это связано с тем, что гематоэнцефалический барьер наиболее трудно проницаем для ФОС.
Значительное влияние на проницаемость ФОС через гематоэнцефалический барьер оказывают липофильность молекулы ингибитора и наличие
в ней заряда. Чем выше липофильность вещества, тем больше оно проникает
в мозг. ФОС, имеющие положительный заряд, практически не способны
I проникать в мозг. С увеличением дозы снижается роль гистогематических
барьеров в распределении ФОС в организме и их распределение между
органами приближается к равномерному [61].
Исследованиями на экспериментальных животных показано, что боль­
шая часть меченной радиоактивными изотопами дозы ФОС выводится с
мочой и меньшая с воздухом и экскрементами. Некоторые соединения
выделяются также с молоком.
Большинство Ф О С быстро метаболизируются и выводятся из организма;
скорость выведения обычно достигает пика за 2 дня, затем быстро снижается, однако не достигает нуля из-за накопления в жировой ткани и связы1 Вания с различными белковыми структурами.
) ^ С увеличением гидрофобное™ ФОС неспецифическая сорбция на мемРанах эритроцитов, белках сыворотки крови (альбуминах), липопротеидах
озрастает и носит обратимый характер. Постепенное высвобождение ФОС из
«занног° состояния может поддерживать свободную концентрацию их в
Рови, в связи с чем отмечается пролонгирование токсического эффекта.
ацтИСаН слУчай отравления человека фенитротионом [95], когда после отмены
I
п окт0™0^ теРапии (атропина и оксимного реактиватора) возобновлялись
|
РНое ингибирование АХЭ и клинические симптомы интоксикации
а
щнота, диарея), что связывают с периодами мобилизации жировой ткани.
I
201
5.6. Метаболизм ФОС
а. (i - СэН70)2 Р
Ф ОС в организме теплокровных животных и человека могут подвергать
ся различным химическим превращениям. В результате метаболизма обпа"
зуются продукты распада, имеющие большую полярность и гидрофильное/
по сравнению с исходным веществом, что обеспечивает их быстрое выве*”
дение почками.
Метаболизм ФОС может протекать по двум направлениям: детоксикации
когда образуются метаболиты, менее токсичные, чем исходное соединение и
активации, когда в ходе метаболических превращений возникают высокоток­
сичные метаболиты. На самом деле метаболизм ФОС — это сложный биоло­
гический процесс, включающий многообразие путей превращения с участием
различных ферментных систем организма и направленный на поддержание
химического гомеостаза. Детально информация о биологическом превращении
Ф ОС изложена в работах разных авторов [18, 31, 61, 71, 96, 106].
Ниже представлены основные типы превращений ФОС в организме
животных и человека.
Гидролиз. Гидролитическое расщепление представляет собой наиболее
часто встречающийся путь ферментативного превращения Ф ОС и в боль­
шинстве случаев приводит к детоксикации.
Гидролиз ФОС осуществляется ферментами-гидролазами, широко пред­
ставленными в тканях млекопитающих (печень, плазма, киш ечник и др.).
В зависимости от места гидролиза в молекуле ФОС выделяют фосфатазы —
ферменты, расщепляющие связи при атоме фосфора; карбоксилэстеразы,
действующие на сложноэфирные связи; карбоксиламидазы, осуществляю­
щие гидролиз карбоксиламидной связи.
В результате ферментативного гидролиза образуются ионизированные
продукты, обладающие большей гидрофильностью и лиш енные антихолин­
эстеразных свойств. Более подробно изучен гидролиз ангидрид но-кислотной
эфирной связи триэфиров (рис. 5.2) и гидролиз эфирных связей карбоновых
кислот и карбоксиламидных связей ФОС (рис. 5.3).
Метаболизм Ф ОС, содержащих галоидангидридную связь (ДФФ, табун,
зарин, зоман и др.), осуществляется путем гидролиза ангидридной связи при
помощи ферментов, известных как А-эстеразы или фосфорилфосфатазы.
Образующиеся диалкилфосф(он)аты чаще всего не подвергаются дальней­
шим превращениям и выводятся в основном с мочой.
Гидролиз эфирных связей карбоновых кислот и карбоксиламидных свя­
зей в ФОС может катализироваться карбоксилэстеразами (В -эстеразам и).
Наиболее изучен гидролиз подобным путем у малатиона. В аж н о сть э т о г о
пути метаболизма подтверждается тем фактом, что при и н г и б и р о в а н и и
карбоксилэстераз тканей токсичность малатиона повышается в 100 раз.
Трансферазные реакции. Трансферазы локализованы в п е ч е н и и некото­
рых других тканях, участвуют в отщеплении в молекуле Ф О С а л к и л ь н ы х и
арильных радикалов с последующей конъюгацией их с глутатионом или
серной кислотой. Реакции конъюгации способствуют выведению первичны х
продуктов метаболизма, которые обычно не обладают а н т и х о л и н э с т е р а з н о И
активностью и менее токсичны. Однако при накоплении в о р г а н и зм е они
могут вызывать различные токсические эффекты. Глутатионзависимое деалкилирование характерно для ряда диметиловых эфиров ф о с ф о р н о й и тионфосфорной кислот (метафос, метилнитрофос, бромофос, базудин, с у м и т и о Н ,
фосдрин и др.). В результате трансферазных реакций образуются S-алкиЛ
или S-арилглутатион и О-деалкилпроизводное ФОС.
202
(i - С,Н70 )2 Р ОН + F’
F
Диизопропилфторфосфат
с 2н 5о
б.
CjHsO
.О
О
#
Р ОН +CN
\
y -C N
(C H j ) j N
v
(C H j ) j N
/
Табун
О
В. (C,HsO)j Р О - о
-
NOj
(С2Н50 ) 2 РОН +
no2
Параоксон
с н ,о
C H jO
О
Г,
СНзО
\
//
Р— О С Н =С С 12
\
/
о
#
Р —ОСН=СС12
он/
Дихлорвос
Деметилироввнный дихлорвос
Рис. 5.2. Гидролиз триэфиров [18].
Биологическое окисление. Большую роль в биологическом окислении
играют ферментные системы, локализованные в эндоплазматическом ретикулуме печени и других органов и имеющие общее название — оксидазы
смешанных функций. Реакции окисления чужеродных соединений протека­
ют с участием кофермента — восстановленного никотинадениндинуклеотида (НАДФ ■Н 2), иногда НАД Н 2, молекулярного кислорода, цитохромов Ь5 и
Р-450.
1.
Окислительная десульфурация — это реакция отщепления серы, свя­
занной с атомом фосфора, и замена ее кислородом. В результате окисли­
тельной десульфурации тио- и дитиофосфаты, не обладающие или имеющие
слабую антихолинэстеразную активность, превращаются в кислородные ана­
логи с выраженными антихолинэстеразными свойствами. Окислительная
десульфурация доказана для метафоса, карбофоса, фосфамида, метилнитрофоса, ЕГ-20 и др. Большая скорость этой реакции наблюдается у насекомых,
о
о
а. (CH,0)2 Р S СН СОСгН5
Карбоксилэстераза
(CH,0)2 Р S СН С ОН
СН2СОС2Н5
CHjCOCjH5
II
II
О
О
а-Монокислота
Малатион
S
S
О
б- (CHjO)j ^ S СН2 И NHCH,
Амилаза
Диметоат
II
(СНзО)2 Р S
О
II
сн 2с он
Кислый диметоат
^Ис 5.3. Гидролиз функциональных групп [18].
203
с чем, вероятно, связана избирательность действия тиофосфатов по отн
шению к насекомым [64].
°*
2. Окислительное N -деалкилирование — отщепление алкильных радика
лов, связанных с атомом азота. Окислительному N -деалкилированию пол'
вергаются диалкиламидопроизводные кислот фосфора. Реакция протекает
поэтапно. Вначале гидроксилируется метильная или этильная ф уппа по
а-углеродному атому. Затем следует отщепление алкоксильной ф уппы в виле
альдегида. Окислительное N -деалкилирование характерно для дикротофоса
нувакрона, фосфамида, октаметила.
3. Окислительное О-деалкилирование — реакция отщепления алкила
связанного с фосфором через кислород. В результате О-деалкилирования
триэфиры преобразуются в диэфиры, обладающие меньшей антихолинэстеразной активностью и токсичностью. В связи с этим процесс превращения
ФОС рассматривают как детоксикацию. О-деалкилирование показано для
хлорфенвинфоса и гордоны.
4. О-деарилирование — тип окислительного превращения ФОС, пред­
ставляющий собой отщепление ароматического радикала, связанного с фос­
фором через кислород. В отличие от О-деалкилирования, которое характер­
но для фосфатов, эта реакция протекает только с фосфоротиоатами (тионатами). О-деарилирование доказано для тиофоса и базудина. О б ы ч н о эта
реакция протекает одновременно с окислительной десульфурацией. В отли­
чие от последней в результате О-деарилирования образуются продукты,
лишенные антихолинэстеразных свойств и обладающие меньшей токсич­
ностью.
5. Окисление тиоэфиров. Для алкилмеркаптоалкильных производных
кислот фосфора (меркаптофоса, метилмеркаптофоса, тимета, байтекса, дисульфотона и др.) важное значение в их метаболизме имеет окисление
сульфидного атома серы в фосфор-серо-углеродной части молекулы. В ре­
зультате окисления образуются сульфоксиды и сульфоны, являющиеся более
активными ингибиторами АХЭ, чем исходное соединение.
6. Окисление алкильных групп. Окисление алкильной ф уппы впервые
было установлено для триортокрезилфосфата. Образование циклического
соединения идет через стадию гидроксилирования метильной фуппы с
последующей циклизацией. Циклический продукт обладает более выражен­
ной антихолинэстеразной активностью и токсичностью. Окисление замес­
тителей в алифатическом ядре характерно для диазинона, ТП ЭФ , ф е н и тр о тиона, метилпаратиона. Этот процесс протекает ступенчато с о к и с л е н и е м
простых алкильных ф упп до уровня гидрокси-, окси- или карбоксипроизводных.
Другие виды ферментативных превращений Ф ОС. Определенную роль в
метаболизме ФОС и ф аю т также реакции восстановления и д е г и д р о х л о р И рования.
Реакции восстановления протекают при участии редуктаз, в п р и с у т с т в и и
кофермента НАДФ. Известны реакции восстановления нитрофуппы в а м и н о фуппу и альдегидной фуппы в спиртовую. Примером реакции в о с с т а н о в л е н и я
является восстановление нитрофенольной фуппы тиофоса в а м и н о ф е н о л ь н у ю Эту реакцию рассматривают как детоксикацию тиофоса, поскольку а м и н о ф уппа обладает электронодонорными свойствами и в силу и н д у к ц и о н н о г о
эффекта снижает величину положительного заряда на атоме фосфора, что
делает невозможным взаимодействие аминопроизводного тиофоса с э с т е р а з '
ным центром фермента. Восстановление альдегидной ф уппы антио приводи1,
к образованию фосфамида (диметоата) — более токсичного, чем антио.
204
Р еакции
дегидрохлорирования могут протекать в живом организме. Од-
д о к а з а т е л ь с т в ферментативного характера этого процесса пока не именаК ° П о данным С.С.М ихайлова и И.Г.Щ ербак [57], реакция дегидрохлоеТ° Я в а н и я в организме животных может осуществляться спонтанно. В ре-
РиР °а Те дегидрохлорирования хлорофоса образуется более токсичны й
дДВФ (дихлофос).
5.7. Избирательное действие ФОС
П роблем а избирательной токсичности является одной из наиболее важ­
ных и трудных теоретических проблем современной биологии и медицины.
По А А льберту [2], избирательность вещества — это его способность воздей­
ствовать на клетки только одного определенного типа и не влиять на другие,
паже находящиеся в контакте с первым. Известно большое количество
избирательны х веществ. В медицине и ветеринарии они называются лекар­
ственны м и препаратами, тогда как средства для уничтожения сорняков,
насекомых и ф и б о в — пестицидами.
Принципы, лежащие в основе избирательного действия всех этих соеди­
нений, одинаковы. Выделяют три основных фактора, определяющих воз­
можность проявления избирательной токсичности биологически активными
веществами.
Первый фактор, обусловливающий избирательность, — это способность
вещества накапливаться во вредных клетках, которая может быть вызвана
морфологическими особенностями; например, сильная опушенность сорня­
ков по сравнению с культурными злаками или относительно большая (в
расчете на единицу массы) уязвимая поверхность тела насекомых по срав­
нению с млекопитающими, что приводит к большей площади контакта
вещества с вредным видом. В большинстве случаев избирательное накопле­
ние осуществляется по более сложным механизмам и связано с различиями
во всасывании, распределении и выведении вещества. Важное значение в
процессах распределения и накопления имеет проницаемость природных
мембран.
Второй фактор, который обусловливает избирательность, связан с био­
химическими различиями. Несмотря на универсальность и фундаменталь­
ность биохимической основы организмов, известно множество различий в
биохимических процессах различных клеток и тканей (как у одного и того
же вида, так и разных видов), что позволяет с успехом использовать этот
фактор для поиска избирательно действующих веществ. Примером могут
служить особенности в строении Д Н К и РН К, количественные и качест­
венные различия ферментов; отличия путей метаболизма как естественных
веществ, так и ксенобиотиков; наличие специфических гормонов и т.д.
Третий фактор — это цитологические различия, которые весьма значиельны у растений, насекомых и животных. Кроме того, различаются между
°оой и клетки разных тканей одного и того же организма.
Наиболее фундаментальные исследования по вопросу избирательной
возСИЧН° СТИ
были проведены Р Д .О ’Брайном [63]. Им рассмотрены
с МоЖные механизмы избирательной токсичности ФОС и предложена
ма различных видов избирательности (схема 5.1).
эколаЗЛИЧают избирательность экологическую и физиологическую. Под
ОГИческой избирательностью понимают особенности поведения и место
метианИя насекомых. Например, системные внутрирастительные ФОС —
лмеркаптофос, нитратион, фосфамид — вызывают гибель прежде всего
205
Схема
5.1.
Р АЗЛ ИЧ НЫ Е ВИДЫ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ПО Р .Д.О ’БРАЙНУ
тех насекомых, которые питаются соками растений, содержащих эти веще­
ства.
Ф изиологическая избирательность связана либо с различиями во всасы­
вании веществ, либо с разной судьбой его внутри организма различных
видов (внутренняя избирательность). Применительно к пестицидам харак­
терна чаще всего внутренняя избирательность, возникающая уже после
всасывания яда в организм, хотя для ионизированных соединений, а также
веществ, имеющих достаточно поляризованные молекулы, факторы, связан­
ные с проникновением веществ в кровоток (всасывание из Ж КТ, кожи,
слизистых оболочек), имеют немаловажное значение.
Все же в основе механизмов избирательной токсичности ФОС лежат
особенности их метаболизма в различных организмах и влияния на фермен­
ты и рецепторы, ответственные за развитие токсического процесса.
Избирательность, связанная с особенностями проникновения (всасыва­
ния) ФОС, определяется, во-первых, различиями анатомического с т р о е н и я
и химического состава между наружными покровами насекомых и млеко­
питающих; во-вторых, тем, что величина отношения поверхности тела к его
объему у насекомых значительно выше, чем у млекопитающих. Вероятно,
эти два обстоятельства и определяют тот факт, что у млекопитающих раз­
личия в токсичности при инъекции инсектицида и его местном н а н е с е н и и
выражены гораздо больше, чем у насекомых. Так, LD 50 малатиона при
инъекции и местном нанесении для американского таракана составляет 8,4
и 23,6 м кг/кг, для крыс — 50 и более 4000 мг/кг.
Кроме того, у насекомых проницаемость интегумента более высокая, чем
кожи у теплокровных. Скорость всасывания через наружные покровы зави­
сит от полярности молекулы ФОС, природы растворителя, места а п п л и к а ­
ции, дозы вещества, наличия и степени активности детоксицирующих ■фер­
ментов и других факторов.
Как известно, точкой приложения действия всех контактных ФОС слу­
жит АХЭ центральной нервной цепочки насекомых. Обязательным у с л о в и е м
206
проявления специфического действия является проникновение инсекДлЯида в эту область организма насекомого. Нервная система насекомых
тии ыта жесткой гомогенной оболочкой и надежно защ ищ ена от проникП° ения ионизированных соединений. Поскольку у насекомых нервно-мыН°чные синапсы носят не холинергический характер (нейромедиатором
Ших синапсов служит глутамат),что в отличие от млекопитающих при
йствии неионизированных Ф ОС гибель насекомых связана только с центными эффектами. Ионизированные соединения не способны проникать
н е р в н у ю цепочку насекомых и, следовательно, лиш ены токсичности для
того класса животных.
У млекопитающих соединения антихолинэстеразного действия, если они
и не проникают в центральную нервную систему, могут оказывать выражен­
ный периферический эффект, подавляя АХЭ нервно-мышечных синапсов
и н а р у ш а я тем самым нервно-мышечную передачу. Поскольку у млекопи­
т а ю щ и х токсический эффект и смерть могут развиваться в результате как
ц е н т р а л ь н о г о , так и периферического действия Ф ОС (остановка дыхания в
р е з у л ь т а т е нервно-мышечного блока и паралича дыхательной мускулатуры,
наличия бронхоспазма и т.д.), ионизированные соединения для них столь
же опасны, как и неионизированные.
Выраженная непроницаемость барьеров Ц Н С для ионов характерна не
для всех членистоногих. Некоторые червецы тли, насекомые из отряда
полужесткокрылых, а также клещи, подобно млекопитающим, весьма чув­
ствительны к ионизированным ФОС.
В связи с этим всех животных можно разделить на две группы. Одна из
них охватывает млекопитающих, клещей и тлей, другая — остальных живот­
ных. Первые могут быть убиты как ионизированным или способным к
ионизации соединением, так и неионизированным. Вторые чувствительны
только к неионизированным соединениям.
Различия в распределении и накоплении ФОС в определенных структу­
рах организма насекомых и млекопитающих также могут обусловливать
различия в их токсичности для этих классов животных.
Распределение Ф ОС в организме теплокровных животных рассмотрено
выше. У насекомых оно изучено весьма неполно, и исследования проведены
преимущественно на американском таракане. Выявлены следующие зако­
номерности: наибольшее накопление ФОС, таких как параоксон, ТЭП Ф ,
систокс, димефокс и др., наблюдается в передней кишке (орган выделения
ФОС). В нервной системе обнаруживается чрезвычайно низкая концентра­
ция веществ. Следовательно, эффективная концентрация Ф О С в нервной
цепочке насекомых, так же как и в мозге млекопитающих, составляет
небольшую часть от общего содержания ФОС. В крови соединения нахо­
дятся в течение длительного времени. У некоторых видов насекомых местом
значительного депонирования могут быть наружные покровы.
Одним из факторов, влияющих на распределение, является гидрофобность ФОС. М ожно предполагать, что отсутствие у насекомых анатомичес­
ких образований, аналогичных эндотелию капилляров млекопитающих, ис­
ключает возможность такого механизма снижения токсичности гидрофобФОС, как сорбционные потери. На примере ряда Ф ОС строения
U(CH 3)P(0)SC 6H i8 показана возможность получения Ф ОС избирательного
еиствия путем придания соединениям необходимой гидрофобности. Начия с пропильного производного, токсичность соединений данного ряда для
рыс существенно снижается, что хорошо коррелирует с гидрофобностью.
оксичность для членистоногих изменялась мало, а в некоторых случаях
207
при повышении гидрофобности веществ повышалась. Например, при пере­
ходе от метильного к гексильному производному токсичность для тлей
возрастала почти в 10 раз, для крыс снижалась в 11 раз.
Поскольку основным в механизме токсического действия Ф ОС является
антихолинэстеразный эффект, то избирательность, связанная с природой
холинэстеразы, представляет определенный интерес. Известно, что АХЭ
Ц Н С по чувствительности к ФОС может различаться у разных видов жи­
вотных. АХЭ мозга морских свинок в -12 раз более чувствительна к зарину
чем АХЭ мозга мыши. Выявлены отчетливые видовые различия в чувстви­
тельности АХЭ мозга и эритроцитов разных видов животных к тиофосфонатам, в частности к препаратам ЛГ-56 и ЛГ-63. Для этих веществ различия
могут быть 15—30-кратными.
Примеры выраженных различий в чувствительности АХЭ разных насе­
комых приведены в работе И.Л.Брик и соавт. [91]. Показано, что чувстви­
тельность А ^Э разных насекомых может отличаться на несколько порядков.
В частности, чувствительность АХЭ тли и саранчи к веществу Гд-7 отлича­
ется почти на 3 порядка.
Избирательность основана на различиях в чувствительности АХЭ к ФОС
и показана для многих веществ: паратиона, его диизопропильного гомолога,
фоксима, фенитротиона, диметоксона, ДДВФ, Ш-140 и др. Так, при дейст­
вии паратиона ингибирование активности АХЭ мух было выражено в боль­
шей степени, чем пчел, и он оказался в 250 раз токсичнее для мух, чем для
пчел. Избирательность действия кислородного аналога фенитротиона, а
также некоторых близких по структуре фосфатов связана с более выражен­
ным действием на АХЭ мух, чем на АХЭ эритроцитов теплокровных жи­
вотных. Показано, что токсичность фенитротиона и некоторых эфиров
тиофосфорной кислоты при введении метальной группы в положение 3 фенильного кольца резко снижает токсичность для млекопитающих. По срав­
нению с метилпаратионом токсичность фенитротиона для мышей снизилась
в 50 раз. Этот факт позволяет предположить, что алкильный радикал в
положении 3 повышает сродство ФОС к участку АХЭ мух, расположенному
в районе анионного центра, тогда как в АХЭ эритроцитов и, по-видимому,
вообще млекопитающих имеются стерические препятствия при сорбции
веществ, содержащих такой радикал [71].
Различия в скорости ингибирования ФОС АХЭ мозга насекомых и мозга
млекопитающих могут варьировать в широких пределах. Для ДДВФ кон­
станта скорости угнетения (К ц ) АХЭ гомогената мозга мух с о с т а в л я е т
1,4106, АХЭ гомогената мозга крыс — 4,4103, для АХЭ тли — 5,410 , АХЭ
мозга б ы к а — 1 ,Ы 0 4/м оль-1 -мин-1 . Константа скорости взаимодействия с
АХЭ клещей Tetranuchus urticae, чувствительных к диазоксону, с о с т а в л я е т
3106, а резистентных — 2-104/м оль-1 -мин- 1 . Для параоксона эти различия
были выражены в большей степени, что соответствовало более в ы р а ж е н н о й
устойчивости клещей к паратиону, чем к диазинону. Роль различий чувст­
вительности АХЭ к Ф ОИ в механизме резистентности показана и для дрУгИХ
членистоногих. На примере Ф О С (ометоат, параоксон, м алаоксон, тетрахлорвинфос и др.) было установлено, что бимолекулярные кон ст^ н^о
скорости торм ож ения АХЭ чувствительных к этим Ф ОС мух были в 4—
раз выше, чем резистентных. Снижение активности ряда Ф О С по о™0.,
шению к АХЭ резистентны х мух зависит как от уменьшения суммарно^
константы торможения (К ц ), так и от уменьшения сродства ингибиторов
АХЭ (Kd).
дХЭ
Как видно из представленных данных, различия в ч у в с т в и т е л ь н о с т и
208
гут определять и межвидовую и внутривидовую (особенно чувствительных
М рези стен тн ы х штаммов) избирательность.
И О д н ако необходимо учитывать особенности избирательного влияния
фОС на весь спектр эстераз теплокровных и насекомых, а также различную
ф ун кц и он ал ьн ую роль этих ферментов в живых организмах. В механизме
ействия ФОС у насекомых существенную роль играют как АХЭ, так и
али эстераза
и арилэстераза. Весь комплекс эстераз образует как бы ступен­
чатую защиту. Первой подвергается ингибирующему действию Ф О С АХЭ,
расп ол ож ен н ая в периферических областях нейропиля. Затем во взаимодей­
ствие с ними вступают функционально-резервные эстеразы — алиэстераза и
арилэстераза, локализующиеся в центральных структурах нейропиля гангли­
ев. В заи м од ей стви е ФОС с эстер а за м и осуществляется в синаптических
соеди нени ях, вначале в рецепторных и эффекторных терминалях перифе­
рической нервной системы, а затем и в ЦНС, что приводит к гибели
насекомых. Полагают [64, 65], что алиэстераза играет роль детоксицирую­
щего ФОС фермента и что участие арил- и алиэстераз является решающим
в механизме токсического действия ФОС на насекомых. В механизме дей­
ствия ФОС на теплокровных ингибирование холинэстераз играет более
важную роль по сравнению с другими эстеразами. Учитывая возможную
функциональную роль различных эстераз у насекомых, выраженное их
ингибирование Ф О С может быть одной из причин избирательной токсич­
ности.
Среди факторов, от которых зависит избирательное действие ФОС, м е­
таболическим превращениям принадлежит главное место. Ф ОС относятся к
веществам с очень высокой реакционной способностью и легко вовлекаются в
обменные процессы.
Разнообразие их структуры предопределяет множественность и разно­
типность наблюдаемых метаболических превращений. Классификация ме­
таболических превращений ФОС и характеристика метаболических процес­
сов подробно освещены в литературе [31, 61, 63, 71, 106].
И.Г.Щ ербаком (1974) показано, что скорость ферментативного гидроли­
за О-алкил-8-алкилметилтиофосфонатов не зависит от длины алкильного
радикала и резко возрастает при переходе от О-этильного к О-метильному
радикалу. В гомогенатах печени и крови ферменты детоксикации О-алкилS-алкилметилфосфонатов весьма не стабильны, а в гомогенатах мозга и
почек они сохраняют активность не менее 6 ч при 37 °С и pH 7,5. Уста­
новлено также, что ферментативная детоксикация дихлофоса достаточно
эффективна лишь в печени и почках и в меньшей степени в стенке кишки
и сыворотке крови. Эти процессы могут оказывать влияние на степень
ингибирования ХЭ — в тканях с низкой активностью ферментов детоксика­
ции создаются условия (в том числе и в нервной ткани) для более сильного
ее торможения.
Приведенные данные свидетельствуют не только о наличии значитель­
ных видовых различий в способности гидролизовать Ф ОС, но и о различном
^держ ании гидролизующих ферментов в тканях одного и того же вида.
-видимому, активность и распределение в соответствующих организмах
o6vMeHT° B’ ГИДР°ЛИЗУЮЩИХ ФОС, является одним из ведущих факторов,
Условливающих их избирательную токсичность,
нап
пРимере ряда карбоксиэфирных производных Ф ОС показано, что
токгДУ С их ФеРментативным гидролизом для проявления избирательной
акТиИЧНости важное значение имеет соотношение процессов окислительной
вации и ферментативного гидролиза. Более эффективный гидролиз
209
отмечается у тех ФОС, которые в организме теплокровных медленнее под­
вергаются окислительной активации. Различная активность оксидаз сме­
шанной функции у чувствительных и резистентных к Ф ОС организмов
может играть основную роль в избирательной токсичности. Так, диизопропиловый аналог тиофоса малотоксичен для медоносных пчел и высокоток­
сичен для комнатных мух. Оксидаза смешанной формы у мух сильнее
активирует это соединение, в результате чего у них происходило накопление
кислородного аналога, с которым связано возникновение токсического эф­
фекта.
Основным различием метаболизма паратиона у насекомых и млекопи­
тающих является наличие в организме последних ферментов, обеспечиваю­
щих его О-деалкилирование, что приводит к детоксикации. Таким образом
одним из направлений изыскания избирательных Ф ОС может быть исполь­
зование возможности их более быстрой окислительной активации в орга­
низме насекомых.
Существует еще несколько аспектов проявления избирательности ФОС.
К ним относятся особенности возрастной, половой и индивидуальной чув-*
ствительности организма к токсичным веществам. Очевидно, как видовую,
так и возрастную, половую избирательность и индивидуальную чувствитель­
ность следует отнести к физиологической, поскольку они обусловлены фи­
зиологическими и биохимическими особенностями организма.
Как правило, новорожденные и молодые животные более чувствительны
к воздействию Ф ОС, чем половозрелые. Однодневные крысята оказались в
9 раз более чувствительны к малатиону, чем 17-дневные особи [109]. По
мере развития крыс с момента рождения токсичность метилпаратиона и
паратиона снижалась [90]. Понижение токсичности коррелировало с возрас­
тающей способностью животных метаболизировать аналоги как окислитель­
ным, так и гидролитическим путем.
Различия в возрастной чувствительности можно объяснить разной ак­
тивностью монооксигеназной и других ферментных систем, участвующих в
метаболизме ксенобиотиков, поскольку в неонатальном периоде детоксици­
рующая система менее совершенна, чем во взрослом организме. Отмечается
повышение чувствительности и у стареющих животных. В период старения
снижается активность монооксигеназной и иммунной систем, отмечается
перестройка гормональной активности, что ведет к повышению чувствитель­
ности к ксенобиотикам.
Из всех исследованных химических групп пестицидов (хлорорган ич еские, фосфорорганические, нитроаминосоединения и др.) только к фосфорорганическим веществам выявлены половые различия [53]. Как правило,
более чувствительны самки, чем самцы. Выраженная ч у встви тел ьн о сть к
Ф ОС в зависимости от пола установлена, в частности, для паратиона. Его
токсичность для крыс самцов была в 6 раз ниже, чем для самок. Самки
крыс также более чувствительны к меркаптофосу, Э П Н , ТЭ П Ф , потазану,
ДФФ. Для самцов характерна повышенная чувствительность к октаметилу
и карбофосу. Кастрация изменяет чувствительность крыс к тиофосу и октаметилу в сторону противоположного пола. Такого эффекта можно д о с т и ч ь
введением самцам эстрогена, а самкам тестостерона.
Выявленные особенности половой чувствительности можно о б ъ я с н и т ь
прежде всего различиями гормонального статуса животных и с о с т о я н и е м
монооксигеназной системы. У самцов активность ферментов м о н о о к с и г е назной системы значительно выше, чем у самок, что обеспечивает более
быструю детоксикацию ксенобиотиков.
210
чувствительность может зависеть от ряда факторов —
здоровья, генетических особенностей, питания, пищевого рацио°° и ДР- Острая токсичность диазинона в 2 раза выше для крыс, потребля­
л а корм с очень низким (4 %) и с очень высоким (81 %) содержанием
по сравнению с кормовым рационом, имеющим стандартное содер­
жание (29 %) [6].
С и н тези р о в ан ряд ФОС, обладающих выраженной избирательностью по
о т н о ш е н и ю к насекомым — абат, йодфенфос, бромофос, валексон, цианокс,
гардона, фосфамид и др. У всех этих веществ коэффициенты избиратель­
ности (отношение величины LD 50 в м г/кг для теплокровных животных к
LD50 в м г/кг для насекомых) значительно выше 100 , и хотя многие из них
получены эмпирическим путем, изучение особенностей их поведения и
метаболизма в соответствующих организмах — перспективный путь созда­
ния теоретических основ избирательной токсичности.
Ю .С.Каганом [31] сформулированы основные принципы, которые могут
быть использованы при изыскании новых ФОС, обладающих избирательной
токсичностью.
1. Использование более эффективной детоксикации Ф ОС у теплокров­
ных по сравнению с насекомыми. Наличие у теплокровных более активных
ферментов детоксикации — карбоксилэстераз, пептидаз, микросомальных
ОСФ — дает основание полагать, что введение в молекулу Ф ОС детоксици­
рующих групп — карбоксиэфирных, карбоксиамидных, создание препара­
тов, которые при участии микросомальных ферментов преимущественно
подвергаются детоксикации, должны привести к увеличению избиратель­
ности. Возможно введение в молекулу более чем одной детоксицирующей
группы.
2 . Сочетание введения в молекулу детоксикационных групп с введением
групп, обеспечивающих постепенную окислительную активацию. Время,
необходимое для активации Ф ОС в организме теплокровных, эффективно
используется для еще более быстро протекающего процесса детоксикации.
Препараты, обладающие способностью к окислительной десульфурации (со­
держание P=S связь), будут более избирательными для насекомых, микросомальные ферменты которых эффективно активируют их.
3. Устранение стерических препятствий к детоксикации обеспечивает
более быструю детоксикацию у теплокровных, так как у них более высокая
активность карбоксилэстераз и пептидаз.
4. Учет степени ионизации молекулы ФОС. Степень ионизации оказы­
вает существенное влияние на процессы всасывания, распределения, про­
никновения через клеточные мембраны, гематоэнцефалический барьер, ме­
таболизм и выделение.
5. Выбор препаратов с более выраженной избирательностью по отноше­
нию к эстеразам насекомых по сравнению с ацетилхолинэстеразами тепло­
кровных.
6 . Использование синергистов, ускоряющих процессы биологической
ктивации ФОС у насекомых или замедляющих их детоксикацию в орга­
змах, подлежащих уничтожению и не мешающих детоксикации в орга­
низме теплокровных.
^ • Предпочтение должно отдаваться тем ФОС, которые распадаются на
тественные метаболиты. В этом случае меньше оснований ожидать неблапРиятных отдаленных последствий их действия.
И ндивидуальная
стояния
211
5.8. Патогенез отравлений ФОС
Под патогенезом отравлений понимают механизм развития целого ком­
плекса патологических процессов, возникающих в организме после поступ­
ления яда, начиная от первичного взаимодействия токсичного агента с
молекулами рецептора, изменений в отдельных органах и системах и закан­
чивая реакцией всего организма.
Поскольку Ф ОС избирательно блокируют ХЭ во всех холинергических
структурах (М - и Н-холинорецептивные системы), в патологический про­
цесс могут вовлекаться практически все физиологические системы и органы
При этом изменения деятельности центральной и периферической нервной
системы, а также как следствие нарушения дыхания и сердечной деятель­
ности оказывают решающее влияние на исход отравления. В связи с этим
для понимания патогенеза антихолинэстеразных веществ необходимо кратко
рассмотреть их влияние на основные жизненно важные органы и системы
организма.
5.8.1. Влияние ФОС на центральную нервную систему
и нервно-мышечные синапсы
Определяющим в физиологическом механизме действия антихолинэстераз­
ных соединений является их вмешательство в процесс проведения нервных
импульсов, поэтому их справедливо относят к нервным или синаптическим
ядам.
В клинической картине отравления ФОС симптомы поражения ЦНС
(изменение психики, тремор, периодические клонико-тонические судороги
и др.) играют ведущую роль. Нарушения функционального состояния раз­
личных отделов Ц Н С (головной и спинной мозг) под влиянием ФОС
связаны с угнетением активности ХЭ мозга и накоплением медиатора в
центральных синапсах. Поэтому для понимания центральных эффектов
ФОС представляется важным изучение их способности преодолевать гематоэнцефалический барьер. Следует учитывать, что проницаемость гематоэнцефалического барьера в различных отделах ЦН С неодинакова, в связи с
чем одно и то же вещество в неодинаковой степени угнетает ХЭ в различных
структурах мозга. Наряду с фактором избирательной проницаемости различ­
ных участков гематоэнцефалического барьера и неодинаковым распределе­
нием ХЭ в мозге нельзя не учитывать и избирательность в действии самих
ФОС, которые могут проявлять большую активность по отношению к ка­
кой-то определенной структуре мозга.
Экспериментальным путем установлено, что различные по своему стро­
ению Ф ОС могут существенно отличаться друг от друга степенью проник­
новения из крови в мозг. Наиболее отчетливые различия были обнаружены
между третичными и четвертичными соединениями.
Такие яды, как Д Ф Ф , зарин, зоман, которые хорошо растворяю тся в
липоидах и легко проникаю т в мозг, оказывают выраженное ц е н т р а л ь н о е
действие. Так, при внутривенном введении Д Ф Ф в дозе 1 м г/кг АХЭ
ингибируется в различных отделах мозга неодинаково: в среднем мозге —
на 70 %, продолговатом — на 35 % и в коре — только на 21 %. Вместе с
тем октам етилпироф осф ат, имеющий низкий коэф ф ициент р а с п р е д ел е ­
ния в системе масло — вода, практически не проникает в ЦН С и не
угнетает ХЭ мозга. В клинической картине отравления этим Ф ОС п р е о б л а 212
ают п е р и ф е р и ч е с к и е мускарино- и никотиноподобные симптомы интоксИкациИь|та| на курах было показано, что фунгицид афос при введении в
кСических дозах ингибирует активность фермента преимущественно в
10 ной крови и седалищном нерве и, практически не вызывает угнетения
АХЭ в различных отделах головного и спинного мозга [35].
На модели отравления крыс и кроликов ДДВФ, хостаквиком, этафосом
карб оф осом (в дозе LD 5o) показано, что Ф ОИ , не содержащие заряда,
х о р о ш о проникают через гематоэнцефалический барьер и вызывают почти
полное (на 68—80 %) угнетение АХЭ в тех отделах головного мозга^ где в
условиях нормы активность фермента особенно велика: продолговатый мозг,
верхние и нижние холмики крыши среднего мозга, морской конек, подбугорная область, хвостатое ядро [42].
Данные, полученные путем сочетания электронно-микроскопических и
гистохимических исследований, показали, что при остром отравлении
ДДВФ степень угнетения ХЭ в различных отделах мозга значительно варьи­
рует. Наиболее выраженное угнетение отмечено в ядрах моста мозга (варолиева моста), наименьшее — в передних рогах спинного мозга. Существен­
ные изменения обнаруживаются в синаптических образованиях (число ве­
зикул уменьшается, затем возникают патологические изменения в мито­
хондриях аксональных окончаний и дендритов) [17].
Для изучения функционального состояния ЦН С в эксперименте широко
используются методы электроэнцефалографии (ЭЭГ), а также методы ис­
следования поведенческой деятельности животных.
В результате всестороннего изучения влияния различных антихолинэс­
теразных веществ (в том числе и ФОС) на электрическую активность мозга
различают три фазы изменений ЭЭГ: 1) предсудорожную фазу, которая на
ЭЭГ регистрируется как реакция активации; 2) фазу генерализованных су­
дорожных разрядов; 3 ) фазу затухания электрической активности мозга.
Практически все ФОС при введении в малых дозах вызывают изменения
биоэлектрической активности головного мозга по типу “реакции пробужде­
ния”, которая характеризуется низкоамплитудной быстрой активностью.
Применение препаратов в токсических дозах сопровождается более зна­
чительными и качественно иными изменениями. Так, при отравлении крыс
ДДВФ в дозе 40 м г/кг (LD 50) на ЭЭГ регистрируются генерализованная
реакция десинхронизации, появление судорожных разрядов, а затем резкое
угнетение биопотенциалов, что подтверждает центральное действие пре­
парата [31, 58].
Подобные изменения биоэлектрической активности описаны при дей­
ствии карбофоса, хлорофоса, фозалона, фосфакола в токсических дозах [31,
5°]. а также при введении курам триортокрезилфосфата (ТОКФ ) [22].
При хроническом отравлении меркаптофосом на ЭЭГ наблюдается по­
явление патологических (i-волн [79].
У кошек после внутримышечного введения тиофоса (50—100 мг/кг) в
отведениях от коры мозга появляются p-волны, а также судорожная актив­
ность. Атропин препятствует развитию описанных изменений ЭЭГ только
в начальной стадии отравления. При нанесении тиофоса непосредственно
На КОРУ головного мозга кроликов возникает судорожный синдром.
Л сьтаиб0лее хаРактеРным Для таких высокотоксичных Ф ОС, как зарин,
в паРатион> является возникновение судорожных разрядов [72].
В.Н.Александровский [1] проанализировал изменения ЭЭГ у больных,
х°Дившихся в коматозном состоянии в результате отравления ФОС. Он
213
отметил, что у этих больных ЭЭГ характеризуется высокочастотными рит­
мами (20—26 колебаний в секунду) нередко веретенообразной формы, низ­
кой амплитуды.
В опытах М .И .Н икиф орова (1971) фосфакол и армин в дозах от 5 д0
30 мкг при непосредственном нанесении на кору мозга или при субарахноидальном введении вызывали локальную активацию р- и g-ритмов, что
свидетельствует о прямом влиянии ФОС на кору больших полушарий. По
мере резорбции ядов развивалась генерализованная активация высокочас­
тотных ритмов с одновременным исчезновением р-активности и возникно­
вением стандартных g-ритмов.
Механизм действия ФОС на биоэлектрическую активность мозга изучен
недостаточно. Показано [5], что в первую очередь поражаются те отделы
мозга, в которых холинергическая передача имеет особое значение (ретику­
лярная формация среднего мозга).
Большие возможности в изучении действия ФОС на ЦН С открывает
использование методов условных и безусловных рефлексов. Поскольку ХЭ
мозга высокочувствительна к действию ФОС, изменения высшей нервной
деятельности могут быть одним из ранних признаков воздействия этих ядов
на организм (ВОЗ).
Как правило, ФОС обладают двухфазным действием на высшую нервную
деятельность в зависимости от дозы. В малых дозах (от 0,01 до 0,1 LD50)
они усиливают дифференцировочное и угасательное торможение, а в боль­
ших (от 0,3 LD 50 и выше) угнетают условные рефлексы по типу наркоти­
ческой фазы [94].
И зменения условнорефлекторной деятельности кошек наблюдались при
введении тиофоса, карбофоса и метилмеркаптофоса в дозах, которые не
вызывали видимых признаков интоксикации и слабо (на 15—40 %) ингиби­
ровали активность ХЭ. При угнетении активности фермента на 45 % и более
наступали отчетливые изменения условных рефлексов (удлинение времени
латентного периода реакции на положительные условные сигналы) [31].
Хлортион в малых и средних дозах усиливает, а в больших, наоборот,
ослабляет процессы возбуждения в коре головного мозга крыс. При дли­
тельном введении малых доз яда имели место обратимые нарушения услов­
норефлекторной деятельности, что расценивается как развитие процесса
адаптации [37].
П р и введении кошкам меркаптофоса в пороговых дозах (0,25 мг/кг)
улучшались показатели выработки условных рефлексов. Увеличение дозы
препарата до 1 м г/кг приводило к постепенному снижению активности ХЭ
(до 20 %) в крови, что коррелировало с нарушением у с л о в н о р е ф л е к т о р н о и
деятельности.
Нарушения условных рефлексов возникали при снижении ХЭ на 40—60 %
и были резко выражены при угнетении фермента на 80—90 % [30]. Однако
изменения условнорефлекторной деятельности не всегда ко р р ел и р о в а л и с
изменением активности ХЭ в крови. Так, если степень торможения актив­
ности фермента зависела только от величины вводимой дозы или ко н ц ен т­
рации ФОС, то изменение условных рефлексов у животных с у щ е с т в е н н о
зависело от типа его высшей деятельности. В опытах на кошках с о тн оси ­
тельной слабостью тормозного процесса условнорефлекторная д е я т е л ь н о с т ь
нарушалась при небольшом снижении активности ХЭ. У кошек с сильным
тормозным процессом при снижении активности ХЭ эритроцитов на 90 5®
условные реакции снижались только на свет и зуммер; реакции восстан ав­
ливались на 3-й день опыта.
214
При хроническом воздействии ФОС (меркаптофос, фосфамид, фозалон)
концентрациях, вызывающих прогрессирующее понижение активности
-ХЭ эритроцитов и ХЭ сыворотки крови, сначала отмечалось нарушение
Условных рефлексов по типу наркотической фазы, а затем в ходе экспери­
мента происходила их нормализация, несмотря на продолжавшееся воздей­
ствие ядов. П о всей вероятности, наблюдаемый эфф ект объясняется при­
вы канием нервных клеток к избыточному количеству АХ, так как актив­
ность ХЭ в крови оставалась на достаточно низком уровне.
И зм е н е н и е условных рефлексов связано непосредственно с влиянием
фОС на головной мозг. Так, препараты, которые плохо проникают в ЦНС
(октам етил), способны изменять условные рефлексы только при введении
в то кси ч ески х дозах незадолго до гибели животных [31].
Такие яды, как зарин, зоман, дихлорвос, паратион и др., при введении
даже в небольших дозах — от 0,1 до 0,3 LD 50 — оказывают влияние на регу­
лярность и воспроизводимость непроизвольных врожденных реакций (воспри­
ятие слуховых и зрительных стимулов, потребление воды и пищи) [94].
Клонико-тонический характер судорог при остром отравлении ФОС
(фосфакол, Д Ф Ф , зарин, табун, паратион, ДДВФ, хостаквик и др.) свиде­
тельствует о вовлечении в патологический процесс спинного мозга.
Механизм действия ФОС на рефлексы спинного мозга связывают с их
влиянием на холинергический синапс, расположенный между коллатераль­
ным ответвлением двигательного аксона и тормозным вставочным нейроном
Реншоу, а также на ретикулярную формацию, которая регулирует функци­
ональный уровень спинномозговых рефлексов.
Показано, что АХ и антихолинэстеразные вещества вызывают возбужде­
ние в синапсе клеток Реншоу. Вместе с тем отсутствует прямая зависимость
между степенью угнетения ХЭ и выраженностью соответствующего эффекта.
Так, ДФФ в дозах, вызывающих угнетение ХЭ мозга на 90 %, не влияет на
рефлекторную деятельность спинного мозга, в то время как пирофос при
таком же уровне ингибирования фермента существенно нарушает рефлек­
торную деятельность спинного мозга, что свидетельствует о возможности
ФОС в больших дозах оказывать прямое влияние на спинной мозг [13].
Определенное представление о влиянии ФОС на нейроны спинного
мозга можно получить по изменениям в моносинаптической рефлекторной
Дуге. При введении токсических доз ДДВФ резко повышается возбудимость
мотонейронов поясничного отдела спинного мозга крыс, что, по всей веро­
ятности, обусловлено угнетением АХЭ в клетках Реншоу, от которых посту­
пают тормозные влияния на мотонейроны [42, 49]. Использование метода
электронной микроскопии обнаружило непосредственное влияние яда на
нервные волокна спинного мозга: дезорганизацию ультраструктур в нейроЦитах (деструкцию митохондрий, изменения эндоплазматического ретикулума, маргинальную конденсацию хроматина), а также патологические изенения в миелинизированных волокнах спинного мозга (“разрыхление”
миелиновых мембран, отсутствие миелина на отдельных участках, появление
редних вакуолей и др.). Аналогичные изменения ультраструктуры спинного
°зга наблюдаются также при введении крысам токсических доз хлорофоса.
Наряду с влиянием на ЦНС в патогенезе ФОС важную роль играет действие
веществ на нервно-мышечные синапсы. Блокирующее действие ФОС на
рвно-мышечные синапсы включает в себя три основных момента:
вы
антихолинэстеразный механизм, нарушающий проведение в синапсе
сокочастотных импульсов; 2) непосредственное воздействие на ХР, наруЩее проведение одиночных импульсов (при сохранении ответов мышцы
215
птпт
ж
1
Рис. 5.5. Фрагменты осциллограмм частоты и амплитуды миниатюрных потенциалов
концевой пластинки скелетной мышцы.
2
Рис. 5.4. Потенциалы действия икроножной мышцы крысы при непрямом раздра­
жении после введения хостаквика (1) и хостаквика совместно с реактиватором ХЭ
диэтиксимом (2).
А —до введения ДДВФ и метафоса; Б—В — через 30 мин после введения ДДВФ (40 мг/кг) и
метафоса (14 мг/кг) соответственно.
а — на одиночное и ритмическое (100 Гц) раздражение нерва до введения хостаквика (155 мг/кг);
б — через 10 мин после введения; в — на одиночное и ритмическое раздражение (20 Гц) через
20 мин после инъекции хостаквика; г — на одиночное раздражение через 40 мин после введе­
ния; д — через 60 мин на одиночное и ритмическое (100 Гц) раздражение после введения
хостаквика (155 мг/кг) и реактиватора ХЭ диэтиксима (20 мг/кг); е, ж — то же на ритмическое
раздражение нерва (70 и 30 Гц соответственно).
Наиболее важное патогенетическое значение при нарушении нервномышечной передачи имеет антихолинэстеразный механизм. Реактиваторы
ХЭ обладают способностью устранять развитие нервно-мышечного блока.
Это показано при использовании дипироксима или диэтиксима (рис. 5.4).
Внутриклеточное отведение М П К П латеральной мышцы крыс позволило
выявить в первой стадии острого отравления ФОС резкое увеличение, а
затем уменьш ение их амплитуды. П овыш ение амплитуды М П К П (на 50—
280 %) и их длительности (на 100—170 %) связано с антихолинэстеразным
действием Ф О С и стабилизацией АХ в мионевральных синапсах, сниже­
ние— с их курареподобным действием. Учащение частоты М ПКП (в 1,4—4,5
раза) свидетельствует об облегчении высвобождения квантов АХ нервным окон­
чанием под влиянием ФОС на пресинаптические образования (рис. 5.5).
Наряду с блокированием нервно-мышечной передачи ряд Ф ОС (ДЦВФ,
актеллик, метафос) в токсических дозах вызывает резкое (на 40—50 %)
снижение скорости распространения возбуждения по периферическому
нерву, что связано с нарушением мембранных процессов и дегенерацией
Двигательных аксонов [33, 41, 42].
на прямое раздражение); 3) действие на сократительную способность самой
мышцы [16].
Наличие указанных трех механизмов развития нервно-мышечного блока
подтверждено в эксперименте при введении крысам ряда высокотоксичных
ФОС (ДДВФ, хостаквика, метафоса, афугана) [42, 46, 50]. Уже в первые
минуты после введения хостаквика в дозе 155 м г/кг (LD 50) блокируется
проведение высокочастотных импульсов (100—50 Гц), при этом амплитуда
потенциала действия икроножной мышцы на одиночное раздражение резко
(на 64 %) уменьшается (см. рис. 5.5). Через 30 мин возникает полный блок
нервно-мыш ечной передачи. На прямое раздражение икроножная мышца
отвечает даже через 60 мин.
В связи с тем что в норме АХ разрушается в пределах нескольких
миллисекунд, нервно-мыш ечное соединение способно пропускать более 100
импульсов в секунду. При угнетении ХЭ требуется больше времени для
разрушения накопивш егося медиатора, и функциональная способность мионеврального синапса понижается. Поэтому нарушение ответов мышцы на
высокочастотные раздражения обусловлено антихолинэстеразным действи­
ем и накоплением в синапсе АХ. Проведение одиночных импульсов при
этом еще возможно, так как АХ удаляется из синапса в промежутках между
раздражениями за счет диффузии. Блокада ХР (глубокая деполяризация
постсинаптической мембраны) исключает проведение даже одиночных им­
пульсов, но мышца еще не утрачивает способность к сокращению. Если
действие Ф ОС распространяется на все мышечное волокно, оно теряет
сократительную способность.
Влияние Ф О С на Н-холинореактивные системы проявляется главным
образом в случае введения больших доз препаратов (LD50 и выше). При
введении ДДВФ или хостаквика в дозах, составляющих 0,1—0,2 LD 50. ПР0'
ведение импульсов при раздражении нерва частотой до 20 Гц сохраняется.
216
5.8.2. Нейротоксическое действие ФОС замедленного типа
Ряд ФОС способны оказывать отдаленное нейротоксическое действие
(ОНД). Этот эффект проявляется постепенно после определенного латентного периода (обычно через 14—21 день, а иногда 1—5 лет после перене­
сенного острого отравления) и характеризуется клинически — возникнове­
нием атаксии, мышечной слабости, парезов и параличей конечностей; мор­
фологически — демиелинизацией волокон проводящих путей спинного моза и периферических нервов. К настоящему времени описано 40 тыс. случаев
(Т т? '5 НОВения парезов и параличей у людей в результате воздействия ФОС
О н ’ мипаФо кс> хлорпирофос, хлорофос и др.) [59, 104, 107].
Л(Г>!ъ
обладают лептофос, метамидофос, трихлоронат, дихлофос, мерфос,
цианофенфос, сумитион и др. [48, 101, 107].
эксперименте установлено, что фунгицид афос ( 0 ,0 -дифенил-ацетоок'•^ 2 , 2 -трихлорэтилфосфонат) проявляет выраженную нейропаралитичесJ
кую активность в широком диапазоне доз (3000—25 мг/кг). Его воздействие
сопровождается снижением двигательной активности, возникновением па­
резов и параличей, функционально-морфологическими изменениями нерв­
ной и мышечной ткани животных. ОНД афоса более избирательно, чем у
классического нейропаралитического яда ТОКФ. Так, дозы ТО КФ , приво­
дящие к параличам у кур, составляют V 3- " */4 LD 50, в то время как у афоса
такими дозами являются !/зо—V60 LD 50. При этом афос в указанных дозах
в отличие от Т О К Ф не вызывает видимых признаков интоксикации. Гисто­
логические исследования (на модели введения афоса) выявили в седалищ­
ном нерве кур дегенерацию миелиновых волокон, очаговый зернистый рас­
пад миелина; в спинном мозге — ультраструктурные изменения нейроцитов
синапсов и нервных волокон (расслоение миелиновых пластин вплоть до
частичного оптического “лизиса”) [78, 112, 113].
Механизм ОНД Ф ОС окончательно не выяснен. В эксперименте, а также
на клиническом материале не установлена прямая зависимость между их
антихолинэстеразным и нейропаралитическим действием. Показано, что
мощные ингибиторы АХЭ не вызывают демиелинизацию. Попытки объяс­
нить последнюю действием нейропаралитических препаратов (ТОКФ и др.)
на ложную ХЭ также не привели к успеху, так как оказалось, что другие
избирательные ингибиторы ложной ХЭ (например, октаметил) к демиелинизации не приводят [13].
Важным патогенетическим звеном поражения считают фосфорилирование белка, относящегося к карбоксилэстеразам и названного нейротоксической (или нейропатической) эстеразой (НТЭ) [104, 106]. Отдаленные
нейропатии возникают только в случае воздействия таких ФОС, которые
являются ингибиторами НТЭ, причем развитие ОНД связано не только с
угнетением НТЭ, но и с последующим ее “старением” (фермент должен
быть заингибирован не менее чем на 70—80 %). “Старение” НТЭ, ингиби­
рованной ФОС (ТОКФ , лептофос, мипафокс, афос и др.), происходит
чрезвычайно быстро — уже через 1—24 ч после однократного воздействия
препаратов [35, 101].
Схожесть гистопатологических изменений, а также однотипное влияние
ФОС на НТЭ людей и кур позволяют использовать птиц для эксперимен­
тального моделирования нейропатий. Удобной моделью для воспроизведе­
ния нейропатий являются также кошки и морские свинки [26].
Вместе с тем ФОС, оказывающие избирательное нейротоксическое дей­
ствие (ТОКФ , афос, оксифосфонат, лептофос), сильно ингибируют НТЭ
мозга при введении не только наиболее чувствительному виду животных —
курам, но и морским свинкам и даже крысам. В то же время препараты, не
оказывающие ОНД (ортен, офунак, этафос и др.), ингибируют НТЭ этих
животных слабо (на 3—20 %). Важно, что нет существенных различий в
чувствительности НТЭ различных видов животных в опытах in vitro и in vivo
(табл. 5.6). Выявленный эффект позволяет рекомендовать и с п о л ь з о в а н и е
крыс и морских свинок для скрининга новых ФОС на ОНД [48].
Чувствительность экспериментальной модели может быть п о в ы ш е н а пу­
тем использования промоторов ОНД [36].
Одними из ранних признаков нейропатий являются также резкое (на
35—40 %) замедление скорости распространения возбуждения по п ер и ф е р и ­
ческим нервам кур и морских свинок и снижение амплитуды потенциала
действия нерва, которые отмечаются до развития других к л и н и ч е с к и х изм е­
нений — атаксии, парезов и параличей (рис. 5.6). Наблюдаемые и з м е н е н и я
указывают на потерю возбудимости в первую очередь толстыми быстропро218
%
А
Б
рис. 5.6. Потенциал действия седалищного нерва курицы (А) до введения ТО КФ (к)
и на 7-й день после введения ФОС и изменение скорости распространения возбуж­
дения (Б) по периферическому нерву кур при введении ТО КФ в дозе 1 г/кг (1),
афоса 200 мг/кг (2) и лептофоса 600 мг/кг (3).
По оси абсцисс — время после введения препаратов (сут); по оси ординат — СРВ (в % по
отношению к контролю).
водящими нервными волокнами A-а. Процесс демиелинизации в перифе­
рических нервах и спинном мозге подтвержден морфологически [35, 113].
В патогенезе ОНД ФОС имеют место иммунопатологический компонент
(развитие аутоиммунного процесса) и усиление свободнорадикальных про­
цессов в нервной ткани.
Эффект ОНД обнаружен для ФОС различной структуры — фосфатов,
фосфонатов, амидофосфатов. Сопоставление структуры Ф ОС и торможения
НТЭ in vitro показало, что ФОС с гидрофильными и гетероциклическими
заместителями, а также карбаматы наименее опасны в плане развития ней­
ропатии [59].
Т а б л и ц а 5.6. И зм енение а кти в н о сти НТЭ в го л о вн о м м озге ж и в о т н ы х через 24 ч
после в о зд е й ств и я Ф О С в д озе LDS0 (о п ы ты in vivo) и го л о в н о м м озге кур (о п ы ты
т vitro, п = 8)
ФОС
ТОКФ
Афос
Оксифосфонат
Лептофос
Ортен
Офунак
Этафос
Ингибирование НТЭ, %
куры
морские свинки
крысы
90,0
89,0
92,0
88,0
6,0
3,0
4,0
87,0
89,0
89,0
87,0
5,0
4,0
8,0
84,5
89,0
90,0
85,0
5,0
4,0
6,0
in vitro,
10~3 М
88,0
70,0
89,0
67,0
4,8
2,0
14,0
пе ПИсан ряд случаев возникновения психических расстройств у лиц,
каптНжСШИХ острое отравление либо хроническую интоксикацию Ф ОС (мерДалис С’
карбофос, тиофос и др.) [31]. У пострадавших наблюИспугЬ PaccTP0^ CTBa памяти, изменение речи, нарушение сна, беспокойство,
кий с агРессивность или депрессия, шизофренический психоз, астеничесинДром и др. Е.А.Лужников [57] наблюдал гиперкинезы хореатического
219
типа после выхода из коматозного состояния и инсультоподобное течение
отравления.
Иногда нервно-психические расстройства возникали через длительное
время после контакта с Ф ОС или перенесенного острого отравления (3 мес
1—3 года). Полагают, что в основе изменения психики лежит торможение
ХЭ мозга.
Для профилактики и лечения психозов рекомендуют сочетание атропина
с центральными реактиваторами холинэстеразы (изонитрозин, диэтиксим)
и психотропными средствами.
5.8.3. Влияние ФОС на дыхание и сердечно-сосудистую систему
Расстройства дыхания играют ведущую роль в патогенезе отравлений
ФОС. Различают три основных механизма, лежащих в основе нарушений
дыхания при отравлении антихолинэстеразными веществами: прямое и реф­
лекторное влияние на дыхательный центр; бронхоспазм и усиление секре­
ции бронхиальных желез; паралич дыхательной мускулатуры.
Экспериментальные исследования свидетельствуют, что те ФОС, кото­
рые проникают в ЦН С, могут вызывать прямое угнетение дыхательного
центра. Так, при введении ТЭ П Ф непосредственно в субарахноидальное
пространство мозга наблюдалось локальное снижение активности ХЭ в
продолговатом мозге (до 8— 10 % активности, установленной в контроле),
что приводило к остановке дыхания. Центральные холинолитики являются
антагонистами Ф О С по действию на дыхательный центр.
Иногда угнетению дыхания предшествует фаза возбуждения. Ее наличие
может быть связано как с непосредственным действием Ф ОС на дыхатель­
ный центр, так и с возбуждением Н-холинореактивных систем каротидного
клубочка, что было подтверждено в опытах при пропускании тиофоса через
изолированный каротидный синус кошки [30].
Бронхоспазм приводит к нарушению легочной вентиляции, затрудняет
дыхание и играет важную патогенетическую роль в развитии интоксикации.
Расстройства дыхания усиливаются еще в большей степени оттого, что
бронхоспазм сочетается с усилением бронхиальной секреции. Накопление
секрета в дыхательных путях является механическим препятствием поступ­
лению воздуха. В эксперименте бронхоспазм воспроизведен у лабораторны х
животных при введении им различных антихолинэстеразных веществ, в том
числе и ФОС (паратион, фосфакол, табун, зарин, пирофос и др.). Развитие
бронхоспазма является результатом антихолинэстеразного действия ФОС.
Паралич (парез) дыхательной мускулатуры возникает в связи с наруше­
нием нервно-мыш ечной проводимости и наблюдается в основном при воз­
действии больших доз ФОС. При этом наряду с антихолинэстеразным
механизмом возникновения блока существенное значение принадлежит пря­
мому влиянию препаратов на ХР, а также повышению ч у в с т в и т е л ь н о с т и
поперечнополосатых мышц к АХ.
При введении кошкам ДДВФ в дозе 10 м г/кг (LD 50) в первые минуты
наблюдалось угнетение функции дыхания, сопровождающееся резким (на
50 %) уменьшением амплитуды и частоты дыхания. Через 6—8 мин насту­
пала полная остановка дыхания (рис. 5.7). Учитывая, что ДДВФ хорошо
проникает в Ц Н С и ингибирует активность АХЭ в продолговатом MQ3r
почти полностью (на 70 %), наблюдаемый эффект может быть связан как
развитием паралича в дыхательной мускулатуре, так и с прямым действие
ФОС на дыхательный центр.
220
Я
Рис. 5.7. Изменение частоты
дыхания кошки при введе­
нии ДДВФ (10 мг/кг).
а —до введения; б—г — через 3,
5 и 8 мин после введения.
Реактиваторы ХЭ являются антагонистами Ф ОС по отношению к их
эффекту на дыхательную мускулатуру.
Расстройство функции сердечно-сосудистой системы при острой инток­
сикации Ф ОС развивается параллельно с угнетением дыхания. При этом
артериальная гипотония, брадикардия, снижение силы сокращ ения миокар­
да, спазм коронарных сосудов сердца чрезвычайно неблагоприятно влияют
на течение отравления и в значительной мере утяжеляют картину дыхатель­
ной недостаточности. Эти эффекты обусловлены влиянием Ф О С на цент­
ральные и ганглионарные синапсы, а также стабилизацией АХ в перифери­
ческих холинореактивных системах.
Изменения кровяного давления при воздействии Ф О С (зарин, ДФФ,
табун, тиофос, октаметил, карбофос, меркаптофос, хлорофос, ДДВФ) суще­
ственно зависят от вводимой дозы. Большие (смертельные) дозы вызывают
стойкое падение кровяного давления, которому обычно предшествует крат­
ковременная гипертония; действие небольших доз, напротив, может сопро­
вождаться повышением кровяного давления [13, 31].
ФОС (тиофос, октаметил, меркаптофос) могут вызывать изменения сер­
дечной деятельности при введении кроликам в дозах, не вызывающих ви­
димых холинергических симптомов интоксикации. Эти изменения сводятся
к замедлению сердечной деятельности и увеличению зубца R, что говорит
о раннем повышении тонуса блуждающего нерва. При введении токсичных
и смертельных доз Ф ОС в ряде опытов имела место неполная атриовентри­
кулярная блокада. Изменение высоты зубцов Р и Т, а также смещение
сегмента выше изоэлектрической линии позволяют предположить наличие
в этих случаях нарушений коронарного кровообращения.
^ При введении кроликам токсичных доз Д Д В Ф уже в первые минуты на
'ЭКГ отмечались изменение ритма по типу брадикардии (в среднем с 291 до
Ударов в 1 мин), желудочковая экстрасистолия, негативация зубца Т,
изменение положения сегмента S —T по отношению к изоэлектрической
инии. у некоторых животных наблюдалась фибрилляция желудочков серд­
ца с последующей его остановкой [Кокшарева Н .В ., 1975].
ни
^ авина и А .В . Захарова (1975) проанализировали данные о пораже" с е р д ч а у 1 9 7 5 человек, отравившихся Ф О С (тиофос, карбофос, хлороди
большинства обследованных зарегистрирована синусовая брадикарПоо (45—50 ударов в 1 мин). У 19 % больных были нарушены ритм и
водимость по типу внутрижелудочковой блокады или политропных груп­
221
повых желудочковых экстрасистол с переходом в фибрилляцию желудочков
и остановку сердца. Эти изменения сопровождались нарушением электро­
литного баланса: гипокалиемией, гипонатриемией, увеличением содержания
калия и снижением натрия в эритроцитах. В 30 % случаев на ЭКГ отмечены
фазы реполяризации по типу гипоксии. В случае смерти выявлялись выражен­
ные диффузные некробиотические и некротические процессы, а также нару­
шение активности ферментов цикла Кребса в миокарде. Авторы считают, что
поражение сердца связано с антихолинэстеразным действием и прямым
блокирующим влиянием ФОС на клеточные окислительные процессы.
При остром отравлении хлорофосом средней степени отмечались учаще­
ние пульса и гипертензия. Брадикардия и гипотензия наблюдались в случае
тяжелых и очень тяжелых отравлений.
5.8.4. Влияние ФОС на гладкомышечные
и внешнесекреторные органы
В развитии отравления ФОС немаловажное значение имеют изменения,
связанные с их воздействием на М -холинореактивные системы.
ФОС вызывают сокращение круговой мышцы радужной оболочки глаза,
что приводит к сужению зрачка (миоз) и спазму аккомодации; спазмам
бронхиальной мускулатуры (бронхоспазм), мускулатуры Ж К Т, мочевого пу­
зыря, матки, а также усиливают секреторную функцию желудка и кишеч­
ника. Все эти эффекты обусловлены антихолинэстеразным действием ФОС
в области периферических М-холинореактивных систем, предупреждаются
и устраняются атропином и другими М -холинолитическими веществами.
Ф ОС с выраженным антихолинэстеразным действием (I 5Q = 14' 10-7 —
14' 10- 9 М) — сильные миотики. Миоз может служить критерием тяжести
состояния больных. При тяжелых отравлениях точечные зрачки сохраняются
долго, реакция на свет отсутствует, отмечается вертикальный и горизонталь­
ный нистагм [58].
В низких концентрациях ФОС оказывают стимулирующее (возбуждаю­
щее) действие, что позволяет использовать эти вещества в клинической
практике для устранения послеоперационных парезов и параличей, атонии
кишечника, усиления родовой деятельности, при глаукоме.
В различных условиях опыта удалось установить количественную связь
между степенью угнетения ХЭ и повышением тонуса кишечника. Возбуж­
дающее действие Ф ОС (фосфакол, тиофос, меркаптофос, хлорофос, пирофос) на моторику киш ечника устраняется М -холинолитическими соедине­
ниями, реактиваторами ХЭ, ганглиоблокирующими веществами и ингиби­
торами синтеза АХ.
Реактиваторы ХЭ (диэтиксим и дипироксим) обладают способностью
блокировать М -ХР, что проявляется в уменьшении ацетилхолиновой кон­
трактуры (рис. 5.8) киш ки крысы [Кокшарева Н.В., 1975].
В больших дозах антихолинэстеразные вещества могут приводить к па­
раличу кишечника. Ф О С являются стимуляторами секреции п и щ е в а р и т е л ь ­
ных желез, поджелудочной железы, усиливают секрецию потовых, слезных
и других желез. Усиление секреции слюнных желез — один из первых при­
знаков отравления Ф О С . Дизурические явления обусловлены в л и я н и е м
Ф О С на мускулатуру мочевого пузыря, имеющего холинергическую иннер­
вацию.
Влияние Ф ОС на сократительную активность матки обусловлено в ос­
новном их антихолинэстеразным действием.
222
—
2-10'7
7*10'5
М О '7
7*10-4
Рис 5.8. Устранение диэтиксимом (1) и дипироксимом (2) контрактуры двенадца­
кишки крысы, вызываемой ацетилхолином.
типерстной
В эксперим енте (опыты in vitro и in situ) установлено, что под влия­
нием различных концентраций ДДВФ и метилмеркаптофоса (с 14-10~4 до
14.10"° М) усиливается двигательная спонтанная активность матки кроли­
ков что проявляется увеличением амплитуды сокращ ений, быстрой генера­
лизацией возбуждения, увеличением времени сокращения и уменьшением
времени между спонтанными сокращениями.
Армин в чрезвычайно низких концентрациях (1410—10—14-10- 1 '), не
оказывающих влияния на ХЭ, стимулирует мышечные волокна матки. Этот
эффект связывают с холиносенсибилизирующим действием армина.
Беременная матка более чувствительна к ФОС по сравнению с небере­
менной.
5.8.5. Влияние ФОС на кровь, печень, почки и другие системы
К нехолинергическим механизмам действия ФОС относится их способ­
ность изменять картину периферической крови, воздействовать на печень,
почки, протеолитические ферменты и др.
У
людей, отравившихся ФОС (хлорофос, карбофос, ДДВФ, меркапто­
фос, метилмеркаптофос), изменения крови находились в прямой зависимос­
ти от степени тяжести интоксикации и не коррелировали с угнетением
активности ХЭ. Изменение состава периферической крови является симп­
томом общетоксического действия ФОС и существенно зависит от хими­
ческого строения препаратов.
В.В.Таращук (1967) проанализировал изменения морфологического со­
става крови в 39 случаях отравления метилмеркаптофосом. Он считает
характерным развитие лейкоцитоза с нерезким нейтрофилезом (около 76 %),
сдвигом лейкоцитарной формулы влево, лимфопенией, эозинопенией и
Увеличением содержания гемоглобина. В эксперименте на белых крысах
автор наблюдал увеличение количества эритроцитов, гемоглобина и ретикулоцитов. Ретикулоцитоз является характерной реакцией кроветворных орга­
нов на воздействие ФОС.
Исследованиями установлено, что при введении таких Ф ОС, как актелнаб’
’ каРбофос, мирал, гетерофос в токсических дозах (0,5 LD 50),
м а т Л Ю д а е т с я п о в Ь1шение количества эритроцитов, уровня гемоглобина, гелейкКРИТЙ’ РетикУл°Цитов [87]. Реакция белой крови часто сопровождается
тель ° цитозом> нейтрофилезом, эозинопенией, лимфоцитопенией. При длиУказа°М
мес) ввеД ении этих ФОС в малых дозах (0,01—0,001 мг/кг)
ныМиНнь‘е изменения носили фазовый характер и были менее выражен■ ^ У - н н е кроветворения показало, что ФОС в зависимости от их струкп°-разному влияют на систему крови. В токсических дозах и концент223
рациях эфиры тиофосфорной кислоты с триазольным (мирал) и одним
фенольным (гетерофос) радикалом вызывают стимуляцию эритропоэза
Ациклический дихлорвинилфосфат слабо угнетает эритро-, гранулоцито- и
тромбоцитопоэз. Производные фосфорной кислоты с гептадиеновой (хостаквик) и тиофосфорной кислоты с пиримидиновой (актеллик) группами
активизируют лимфоцитопоэз в селезенке. Смесь тиол- и тионного изоме­
ров диметиловых эфиров тиофосфорной кислоты с циклогексильным коль­
цом (циклофос) обладает существенным гемолизирующим эффектом, вслед­
ствие чего развивается неэффективный эритропоэз. Тиофосфонат с фталимидной группой — плондрел — приводит к гипоплазии костного мозга; од­
новременно в селезенке развивается заместительное кроветворение. Пести­
циды, в состав которых входят циклические группы (циклофос, тиофос
пландрел, метафос, метилнитрофос), вызывают анемию. Анемизирующее
действие ФОС, по всей вероятности, связано с усилением разрушения
эритроцитов, о чем свидетельствуют ретикулоцитоз, полихроматофилия, сидероцитоз, увеличение количества гемосидерина в селезенке. При этом не
выявлено прямой зависимости изменений системы крови от антихолинэс­
теразной активности и степени токсичности ФОС.
И нгаляционное поступление ФОС в организм оказывает более значи­
тельное влияние на систему гемопоэза по сравнению с пероральным по­
ступлением в сопоставимых количествах.
Острая интоксикация лабораторных животных ФОС (октаметил, хлоро­
фос) сопровождается повышением содержания адреналина в крови, сниже­
нием его концентрации в надпочечниках. Одновременно возрастают содер­
жание норадреналина в надпочечниках и концентрация серотонина в крови
и тканях головного мозга.
Повышение уровня серотонина в крови и уменьшение его запасов в
энтерохромаффинных клетках наблюдаются как в острых, так и хронических
опытах при введении очень малых доз ФОС (октаметил, хлорофос, карбо­
фос, трихлорметафос-3), не вызывающих изменения активности ХЭ крови
и органов. И зменения эти неспецифичны, так как отмечаются и при воз­
действии других веществ. При действии низких доз хлорофоса и изофоса
нарушается фагоцитарная активность нейтрофилов, подавляются их фаго­
цитарные свойства, снижается фосфатазная активность лейкоцитов, что
свидетельствует об изменении иммунологической реактивности организма.
При тяжелых отравлениях ФОС (хлорофос, фосфамид, карбофос) харак­
терны такие изменения в печени, как нарушение выделительной ф ункции,
свертывающей и антисвертывающей системы крови, расстройство регионар­
ной гемодинамики с последующим развитием явлений белковой дистрофии
и холестаза.
ФОС, в структуре которых имеются атомы хлора (ДДВФ, х л о р о ф о с),
обладают выраженным токсическим действием на печень, что имеет осо­
бенно важное патогенетическое значение при хронических и н т о к с и к а ц и я х
э т и м и веществами. При длительном (в течение 6—9 мес) поступлении этих
ФОС в организм крыс в малых дозах (0,01 LD 50) отмечалось н а р у ш е н и е
углеводной ф ункции печени (уменьшение содержания гликогена, и зм ен ен И
характера гликемических кривых после нагрузки галактозой, п о в ы ш е н и
гипер- и постгликемических коэффициентов). Угнетение а н т и т о к с и ч е с к о ^
функции печени выражалось в уменьшении синтеза гиппуровой к и с л о т й
увеличении продолжительности гексеналового сна. Замедление э л и м и н а и и
из крови бромсульфалеина свидетельствовало о нарушении э к с к р е т о р н о
функции печени. Возрастала относительная масса печени. С н и ж а л и с ь а
224
вНость аланинаминотрансферазы в сыворотке крови и печени, аспартатаТ1и н о тр ан сф ер азы в сыворотке, уменьшалась активность щелочной фосфазы развивались дистрофические и пролиферативные процессы. Нарушет а я о б езв р еж и в аю щ ей , синтетической, углеводной и белковообразователь-
ний функции печени обнаружены при введении животным различных доз
! ^ 05 __0,02 LD 50) метафоса, бутифоса, фенкаптона, метилнитрофоса, амипо’ф оса, ’метил меркаптофоса.
В клинических работах с описанием острых и хронических отравлений,
а такж е в эксперименте на животных имеются указания на нарушение
деятельности почек при воздействии ФОС. У людей, работающих с ФОС
(м ети л ац етоф ос), отмечались нарушение адаптационной функции (умерен­
ная олигурия, никтурия, изостенурия), снижение азотовыделительной функ­
ции, уменьшение клубочковой фильтрации. Наиболее чувствительным по­
казателем я в л я л о с ь уменьшение хлоридов в моче. При интоксикации метилацетофосом собак наруш ались почечная гемодинамика, протеинурия,
набухание эндотелия артериол клубочков, экссудат в капсулах Ш умлянского, мелкие кровоизлияния и др.
’ В случае острого и подострого отравления крыс ФОС обнаружены уве­
личение количества белка в моче и уменьшение диуреза при водной нагруз­
ке. У животных, получавших ежедневно фталофос или сайфос (0,1 LD 50),
повышалось содержание остаточного азота в крови (до 62,5 мг%), изменя­
лась водовыделительная функция почек.
Установлено действие Ф ОС на активность протеолитических ферментов.
ДФФ, фосфакол, тиофос подавляют как эстеразное, так и протеолитическое
действие трипсина и химотрипсина. Д Ф Ф тормозит свертывающее действие
тромбина и его эстеразную способность, а также блокирует некоторые
протеазы растительного происхождения.
Нехолинергические механизмы проявляются в основном при повторных
поступлениях в организм небольших доз препаратов, неспособных вызывать
выраженные холинергические реакции, и играют обычно большую роль в
действии менее токсичных ФОС, к которым относятся многие пестициды.
5.9. Производные карбаминовой кислоты
5.9.1. Строение и взаимодействие с холинэстеразой
После обнаружения антихолинэстеразных свойств эзерина было синте­
зировано и изучено большое число соединений с целью выяснить, какой
химической группировке обязан эзерин своей способностью угнетать ХЭ.
казалось, что определяющую роль играет карбаминовая группа, так как
соответствующие фенолы, получающиеся при гидролизе карбаминовых эф иинВ> к Ьиш лиш ены антихолинэстеразных свойств. Наиболее выраженными
гибиторами являю тся карбаминовые эфиры со следующими заместителя­
ми при карбаматном азоте:
/С Н 3
СН3
—N
—N
Н
ХН2
—N
ХН3
—N
^С Н з
ПроиЛаГ° Да^Я спосо®ности угнетать активность АХЭ в нервной системе
зводные карбаминовой кислоты являются высокоэффективными ин­
225
сектицидами. К ним относятся ариловые эфиры N -карбаминовой кислоты
Их общая формула:
О
Таблица
5.7. Изменение активности ХЭ в биосубстратах крыс при воздействии
/ '.• • ■ i U n
кар*
^ и ц и д , LD50 (МГ/КГ)
II
СН3 — NH— С— OR,
где R — ароматическая или алифатическая группа.
Ариловые эфиры алкилкарбаминовых кислот образуются при взаимодей­
ствии алкилизоцианатов с фонолами и ароматическими спиртами.
Большинство из них — сложные эфиры N -метилкарбаминовой кислоты
(байгон, дикрезил, севин и др.) и N -диметилкарбаминовой кислоты (пиролан)
В течение многих лет считалось, что карбаматы вызывают обратимое
ингибирование ХЭ. В дальнейшем было показано, что вещества этого типа
реагируют с ХЭ подобно ФОС — в две стадии с установлением ковалентной
связи [13]. Следует учитывать, что реакции ацилирования белковых молекул
протекают по смешанному типу, когда инактивация рецепторов обусловлена
присутствием в них не целых молекул, а их осколков (частей). Поэтому
степень антихолинэстеразного действия в данном случае зависит от проч­
ности образовавшихся комплексов. Безусловно, фосфорилированная ХЭ
выходит из строя на более длительные сроки по сравнению с карбамилированной. Однако в обоих случаях образуется промежуточный комплекс, а
затем ацилированный энзим с расщеплением ингибитора; с ферментом
связывается в первом случае фосфорильная, а во втором — карбамильная
группа. Скорость восстановления исходной активности фермента, ингиби­
рованного карбаматами, определяется соответственно скоростью гидролиза
карбамилированного фермента, которая зависит от строения ингибитора. Карбамилированные эстеразы гидролизуются значительно быстрее, чем фосфорилированные. Однако в том и другом случае первоначальная молекула ингиби­
тора уже не восстанавливается, так что реакция является необратимой.
Как правило, метилкарбаматы угнетают активность ХЭ в 5—10 раз силь­
нее, чем диметилкарбаматы. Так, для всех производных диметилкарбаминовой кислоты активность ХЭ восстанавливается наполовину за 27—30 мин,
для производных метилкарбаминовой кислоты — за 45—50 мин. В то же
время для бисчетвертичных карбаматов это время достигает 1400—2300 мин,
что говорит о необратимости процесса.
Высокая антихолинэстеразная активность обнаружена у севина, дикрезила, байгона, тиофанокса, пропоксура и других карбаминовых пестицидов.
Установлено, что севин способен угнетать активность ХЭ в дозах и
концентрациях, которые не вызывают видимых признаков отравления. Мак­
симальное ингибирование фермента при однократном введении токсичны х
доз этого карбамата происходит уже в первые 30—60 мин. При этом актив­
ность ХЭ в мозге, эритроцитах и плазме крови спустя 24 ч оставалась
сниженной на 27; 60 и 38 % соответственно. Восстановление активн ости
фермента наступает через 48—72 ч.
Дикрезил даже при кратковременном воздействии в к о н ц е н т р а ц и и Ю "
74 м г/м 3 понижает активность ХЭ крови людей на 38—45 %. В вед ен и е
животным небольших доз тиофанокса (1 мг/кг) приводит к т о р м о ж е н и ю
плазмы на 58 %, эритроцитов — на 79 %, мозга — на 30 %. В о с с т а н о в л е н и е
фермента происходит замедленно — спустя 30—36 ч [76].
Существенное угнетение активности Х Э наблюдается уже в п ервы е 1
мин после введения карбофурана, диоксикарба и пиримора (табл.
Спонтанное восстановление активности фермента происходит з а м е д л е н н о "
спустя 28 ч.
226
Карбоф У Р ан (8 )
диоксикарб (55)
Пиримор (155)
Снижение активности ХЭ по отношению к контролю, %
плазма
эритроциты
мозг
81
77
79
64
91
86
72
61
70
При введении диоксикарба (25 мг/кг) кроликам ингибирование АХЭ в
азличны х отделах головного мозга (продолговатый мозг, верхние и нижние
холмики, морской конек + подбугорная область, хвостатое ядро) соответст­
венно составило 70; 6 8 ; 69 и 80 %. Установлена прямая зависимость между
вы раж енностью холинергических симптомов интоксикации и степенью тор­
мож ения активности ХЭ мозга.
П е р сп е к т и в н о й группой карбаматов инсектицидного действия с резко
вы раж ен н ы м и холинергическими свойствами являю тся метилкарбаматы
различных оксимов: алдикарб, метомил, карбарил, пиримикарб, бутикарб.
Эти препараты в токсичных дозах ингибируют активность фермента в раз­
личных тканях животных на 60—80 % уже в первые 10—15 мин после
введения. При этом аккумуляция АХ в нервно-мышечных синапсах опре­
деляет появление симптомов интоксикации со стороны нервной системы и
прямо пропорциональна их антихолинэстеразной активности.
5.9.2. Токсичность, кинетика, метаболизм
Острая токсичность различных карбаматов варьирует от высокотоксич­
ных до слаботоксичных и практически нетоксичных. Для крыс L D 50 состав­
ляет от менее 1 до 100 и 1000 м г/кг массы тела [38]. Для некоторых
метилсодержащих карбаматов величина LD5q в 2 0 раз выше, чем эф ф ектив­
ная доза. Это означает, что ранние симптомы отравления могут проявляться
до абсорбции летальной дозы.
Нафтиловые (севин и др.) и крезиловые (дикрезил и др.) эфиры метил­
карбаминовой кислоты менее токсичны для теплокровных животных, чем
производные метил- и диметилкарбаминовых кислот, в молекуле которых
содержатся гетероциклические радикалы (пиролан и др).
Острая, дермальная токсичность карбаматов характеризовалась в основ­
ном слабой и средней выраженностью. Исключение составил высокоопасыи препарат алдикарб (табл. 5.8).
Карбаматы легко проникают через неповрежденную кожу, слизистые
болЛ° ЧКИ’ дыхательные ПУ™ и пищеварительный тракт. К ак правило, метаиты менее токсичны по сравнению с исходным карбаматом.
ты __нсектициДы — производны е метил- и д им етилкарбам иновой кислома в ПОдвеРгаются окислению либо гидролизуются и выводятся из организэтап ВИДе паРНых соединений с серной и глюкуроновой кислотами. Первый
Л0Т\г метаб°лизма карбаматов — гидролиз с переходом в карбаминовую кисамиУ’ьГ0ТОраЯ РаспаДается на двуокись углерода (СО 2) и соответствующие
пРи^гйМеТИЛ° БЬ1е каР^аматы проходят через изоционаты сразу, в то время как
и°ном |Эолизе N -Диметиловых соединений промежуточный продукт вместе с
гидроксила образует спирт и N -диметилзамещенную кислоту.
в-
227
Реакции окисления (при участии оксидаз смешанной функции) включа
ют гидроксилирование ароматического кольца, О-деалкилирование, N-метилгидроксилирование, N -диалкилирование, окисление алифатических
групп в цепи, сульфоксидацию в соответствующие сульфоны. Конъюгирование в организме млекопитающих приводит к образованию О- и N -глнэкуронидов, сульфатов и производных меркаптуровой кислоты.
Производные карбаминовой кислоты слабо аккумулируются в тканях
животных. Остатки карбаматов определяются в печени, почках, мозге, жи­
ровых и мышечных тканях. Период полураспада в организме крыс состав­
ляет 3—8 ч. Выделяются в основном с мочой и фекалиями.
Т а б л и ц а 5.8. Острая токсичность ряда карбаминовых инсектицидов при перо,
ральном и накожном воздействии [38]
Препарат
Оральные юздействия
LD50, мг/кг
массы тела
Алдикарб
Альдоксикарб
Байгон
Бендиокарб
Бутокарбоксим
Дикрезил
Диоксикарб
Карбофуран
0,9
0,93
26,8
29,0
116
82
40— 150
310
72
430
270
55
72
6,14
8,0
Кронетон
Пиримор
Промекарб
Севин
63,250
400,0
68
111— 150
61
275
720
153
вид животного
Мыши
Крысы
Мыши
Крысы
Крысы
Мыши
Крысы
Крысы
Мыши
Крысы
Мыши
Крысы
Мыши
Кролики
Крысы
Мыши
Крысы
Мыши
Крысы
Крысы
Мыши
Крысы
Кошки
2.
228
Балашова Е.К., Певзнер Д .Л ., Розенгарт В.И., Шерстобитов О.Е. Гидрофобность
4' жпгАосорганических ингибиторов холинэстеразы и некоторые особенности их
распределения в организме//У кр. бкш м . журн. — 1974. — Т. 46, № 3. — С. 312—
317.
Балашова Е.К., Певзнер Д .Л ., Розенгарт В.И., Шерстобитов О.Е. Исследование
особенностей распределения в тканях, заряженных фосфорорганических ингиRmtobob холинэстеразы и их незаряженных анапогов//У кр. 6ioxiM. журн. —
Y975 - Т. 47, № 6 . - С. 734-738.
Кпйд Э М Пищевые белки и токсичность пестицидов для крысят и м ы ш ей //
Бюл. ВОЗ. - 1969. - Т. 40, № 5. - С. 813-817.
7
Бресткин А. П. О роли гидрофобного взаимодействия в ингибировании холинэстераз. — В кн.: Химия и применение фосфорорганических соединений. — М.:
Наука, 1973. — С. 322—323.
8
Войтенко Г.А., Семчинская Е.И. Сравнительное изучение зависимости “доза —
эффект” при оральном и ингаляционном поступлении фосфорорганических
пестицидов//Гиг. и сан. — 1987. — № 8 . — С. 71—72.
9.
Годовиков Н.Н. Антихолинэстеразные свойства некоторых фосфорорганических
соединений. — В кн.: Химия и применение фосфорорганических соединений. —
М.: Наука, 1972. - С. 423-431.
Дермальные воздействия
LD50, мг/кг
массы тела
вид животного
> 10
Кролики
700— 1400
Кролики
1000
566—600
337
Крысы
10. Голиков С.Н. П рофилактика и терапия отравлений фосфорорганическими и н ­
сектицидами. — М.: М едицина, 1968. — 168 с.
Кролики
Крысы
845
Крысы
1990
Кролики
3400
Кролики
5000
Крысы
900
Крысы
> 1000
4000
Крысы
Крысы
11. Голиков С.Н., Кузнецов С.Г. Современные представления о природе холинорецептора//Вестник АМН СССР. — 1970. — № 2. — С. 67—85.
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Аничков С.В. Избирательное действие медиаторных средств. — Л.: М едицина,
3- [ 974 . — 295 с.
Александровский В.Н., Садовникова Е.Д., Цуников А.И. Изменения ц е н т р а л ь н о й
нервной системы в тяжелых случаях отравления фосфорорганическими инсек­
тицидами и дихлорэтаном. — В кн.: Особенности реанимации при острых от­
равлениях: Мат. Всероссийской научн.-практ. конф. — Иркутск: Изд-во респцентра по лечению острых отравлений М3 РСФСР, 1975. — Вып. 12. — С. 126
130.
Альберт А. Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапииВ 2 томах. Т. 1: Пер. с англ. М.А.Думпис, М. Б.Ганиной/Под ред. проф. В.А-ФИ
лова. — М.: Медицина, 1989. — 399 с.
12. Голиков С.Н., Кузнецов С.Г., Зацепин Э.П. Стереоспецифичность действия лекар­
ственных веществ. — JL: Медицина, 1973. — 184 с.
13. Голиков С.Н., Розенгард В.И. Холинэстеразы и антихолинэстеразные вещества. —
Л.: Медицина, 1964. — С. 140.
14. Голиков С.Н., Селиванова А.Т. Холинергические механизмы высшей нервной
деятельности. — В кн.: Достижения современной ф армакологии/П од ред. Н.П.
Бехтерева, С.Н. Голикова. — Л.: Медицина, 1976. — С. 195—199.
15. Гончаренко Н.Г. Токсикология нового инсектицида дифоса (абата) и проф илак­
тика интоксикаций при работе с ним: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — Киев,
1977. - 22 с.
16. Данилов А.Ф., Рожкова Е .К О трех механизмах блокирующего действия фосфорганических антихолинэстеразных веществ на нервно-мышечное проведение. —
В кн.: Гигиена и токсикология пестицидов и клиника отравлений. — Киев:
Здоров’я, 1965.- С . 284-291.
17. Дишовски X. Экспериментальные исследования механизма действия некоторых
Реактиваторов при отравлении ДДВФ: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — Киев,
1971. — 24 с.
18. Доутерман У. Биологическое и небиологическое превращение ф осфороргани­
ческих соединений//Бю л. ВОЗ. - 1972. - Т. 44, № 1. - С. 135-151.
*9- Евдокимов С.М. Патоморфогенез отравления животных карбаматными пестици­
дами. — В кн.: Всесоюзная учредительная конференция по токсикологии. — М.,
*> -28 ноября, 1980. - С. 218.
Ершова Е.А., Жминько П.Г. Роль монооксигеназной гидроксилирующей системы
ечени в тион-тиольной изомеризации циклофоса. — В кн.: Химия физиологи229
у „токсического действия фосфорорганических пестицидов//Бю л. эксп. биол.
Н
СЙ
ДОMwAГ* - 1986. - № 9. - С. 310-312.
1 0 .С., Кокшарева Н.В., Ткаченко И.И. Прогнозирование отдаленного ней36.
^оКСИЧеского действия фосфорорганических соединений//Токсикол. вестник. —
1995. - № 2 . - С . 2 1 -2 4 .
Калоянова Ф Нейротоксичность пестицидов. — В кн.: Гигиена применения пес37. ицидов. Сборник учебно-методических материалов/Под ред. Ю .И.Кундиева. —
М ' Центр международных проектов Госкомприроды СССР, 1991. — С. 137—152.
чески активных соединений: Тезисы докладов. Всесоюзный семинар. 13 _1ноября 1989. — Черноголовка. — 1989. — С. 96.
21.
Ершова Е.А., Жминько П.Г., Письменная М.В., Каменко Л.Б. Роль связывания с
сывороточными белками в токсичности и избирательности действия фосфоропганических пестицидов. — В кн.: Гигиена применения, токсикология пестици­
дов и полимерных материалов. — Вып. 16. — Киев, 1986. — С. 71—74.
22.
Ершова Л .К., Кокшарева Н.В. Реакция центральной нервной системы на диэтиксим и фенобарбитал после воздействия трйортокрезил-фосфата//Ф изиол xvn
нал. - 1985. — Т. 31, № 4. - С. 4 39-444.
'
Кппбаматные пестициды: общее введение//Гигиенические критерии состояния
окружающей среды 64/Материалы ВОЗ. — Женева, 1991. — 127 с.
23. Жминько П. Г. Особенности токсического действия циклофоса в условиях моно­
тонного и интерм иттирую щ его в о зд ей ств и я //Г и г. и сан. — 1986. — N° 8 —
С. 4 2 -4 4 .
' '
39
24. Заиконникова И.В., Студенцова И.А., Гараев Р.С. Химическая структура, токсич­
ность и антихолинэстеразная активность нитрофенольных эфиров диалкилфосфиновых кислот и их циклических аналогов. — В кн.: Фармакология и токси­
кология Ф О С и других биологически активных веществ: Материалы конферен­
ции, посвящ енной 100 -летию кафедры фармакологии Казанского мед. инс­
титута. — Казань, 1969. — С. 47—49.
Зильбер Ю.Д. Влияние трикрезилфосфата на миелиновые оболочки и его мем­
бранотоксическое действие (некоторые вопросы патогенеза отравлений): Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. — М., 1971. — 26 с.
27.
Кабачник М.И. Влияние фосфорорганических веществ на передачу нервно-мы­
Каган Ю.С. Общая токсикология пестицидов. — Киев: Здоров’я, 1981. — 176 с.
30.
Каган Ю.С. Токсикология фосфорорганических инсектицидов и гигиена труда
при их применении. — М,: Государственное издательство медицинской литера­
туры, 1963. — 326 с.
31.
45. Кокшарева Н.В. Терапевтическая эффективность диэтиксима при отравлении
карбаминовыми пестицидами антихолинэстеразного типа действия//Ф армакол.
и токсикол. — 1982. — № 4. — С. 81—85.
46. Кокшарева Н.В. Электрофизиологический анализ действия реактиваторов холинэстеразы на функцию периферического нерва и мионевральное соединение
при интоксикации диметилдихлорвинилфосфатом//Ф армакол. и токсикол. —
Киев: Здоров’я, 1978. — Вып. 13. — С. 86—91.
47. Кокшарева Н.В., Бадаева Л.Н. Структурно-функциональные изменения в цент­
ральной нервной системе при действии диоксикарба//Физиол. журнал. — 1988. —
Т. 34, № 3. — С. 27—32.
Каган Ю .С. Токсикология фосфорорганических пестицидов. — М.: Медицина,
48. Кокшарева Н.В., Каган Ю .С., Ткаченко И.И. Проблема отдаленного нейротокси­
ческого действия фосфорорганических пестицидов (обзор)//Гиг. и сан. — 1990. —
№ 2. - С. 62-67.
35.
230
49- Кокшарева Н.В., Ковтун С.Д., Каган Ю.С. Действие нового реактиватора холинэстеразы диэтиксима на центральную нервную систему//Бю лл. экспер. биол.
и медицины. - 1977. - Т. LXXXIII, № 1. - С. 2 9 -3 2 .
Каган Ю .С., Войтенко Г.А., Паньшина Т.Н. Комплексное токсиколого-гигиенИческое исследование фосфорорганического инсектицида актеллика//Гиг. и сан. "
1983. - № 6 . - С. 3 2 -3 6 .
50,
Каган Ю .С., Ершова Е.А., Леоненко О.Б., Жминько П.Г., Клисенко М.А., Зейналовф
Т. Роль монооксигеназной системы в метаболизме и механизме действия неко­
торых пестицидов//В естник АМН СССР. -
Кокшарева Н.В. Механизм нейротоксического действия фосфорорганических и
карбаматных пестицидов, обоснование основных принципов комплексной те­
рапии отравлений: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. — Киев, 1985. — 24 с.
44. Кокшарева Н.В. Терапевтическая эффективность аллоксима при эксперим ен­
тальной интоксикации карбаминовыми пестицидами//Э кспериментальная и
клиническая фармакология. — 1992. — № 6. — С. 51—53.
32. Каган Ю .С. Токсикология фосфорорганических пестицидов. — В кн.: Гигиена
применения пестицидов: сборник учебно-методических материалов/П од рсДЮ .И.Кундиева. — М.: Центр международных проектов Госкомприроды СССР,
1991.- С . 153-167.
34.
Ковтун С.Д., Кокшарева Н.В. Электрофизиологический анализ действия ряда
43. Кокшарева Н.В. О ценка терапевтического действия хлоргидрата S-диэтил-аминоэтилового эф ира р-бромбензтиогидроксимовой кислоты при отравлении фосфорорганическим инсектицидом Д Д ВФ //Ф армакол. и токсикол. — Киев: Здо­
ров’я, 1975.- В ы п . 10.- С . 129-131.
1977. - 293 с.
33.
41
42
Кабачник М.И., Мастрюкова Т.А., Шостаковский М.Ф. Некоторые вопросы стро­
ения и реакционной способности фосфорорганических соединений. — В кн.:
Химия и применение фосфорорганических соединений. — М., 1962.— С. 24—
45.
29.
Кибяков А.В. Химическая передача нервного возбуждения. — М .—Л.: Наука,
антихолинэстеразных веществ на функцию периферического нерва и нервномышечную передачу теплокровных ж ивотны х//Ф изиолог. журнал. — 1980. —
Т. XXVI, N° 4. — С. 541—545.
шечного возбуждения//Вестник АН СССР. — 1968. — № 5. — С. 86—94.
28.
0
1964. — 208 с.
25. Зеймаль Э.В., Михельсон М.Я., Рыболовлев Р.С. Связь между химическим стро­
ением и фармакологическим действием некоторых холинолитических, холиномиметических и антихолинэстеразных веществ. — В кн.: Физиологическая роль
ацетилхолина и изыскание новых лекарственных веществ. — Л., 1957 — С 424—
441.
26.
Катц Б. Нерв, мыш ца и синапс. — М.: Мир, 1968. — С. 220.
1988. — № 1. — С. 70—76.
51.
Каган Ю .С., Кокшарева Н.В., Ткаченко И.И. О ранних проявлениях и механизме
й
Кокшарева Н.В., Ковтун С.Д. Влияние фенобарбитала на функциональное со­
стояние нервно-мыш ечного соединения и периферического нерва белых крыс
прн Действии ДДВФ и афугана. — В кн.: Доклады АН УССР, серия Б: “ Геоло­
гические, химические и биологические науки” . — Киев, 1981. — № 2. — С. 78—
Кокшарева Н.В., Ткаченко И.И., Каган Ю.С. Воздействие фосфорорганических
231
соединений, обладающих отдаленной нейротоксичностью//Гиг. и сан. — 1988
№ 10. - С. 83-84.
52. Котеленец А. И., Карасева А.Е. Активность ацетилхолинэстеразы различных отделов нервной системы при интоксикации офунаком. — В кн.: Фармакология н
токсикология природных и синтетических соединений: Тез. докл. V съезда
фармацевтов, фармакологов и токсикологов. — Минск, 1989. — С. 62—63.
53. Красовский Г.Н. Возрастная, половая и видовая чувствительность к химическим
веществам. — В кн.: Профилактическая токсикология: Сб. учебно-метод. мате
риалов. - М.: МРПТХВ, 1984. - Т. I. - С. 268-281.
54. Кундиев Ю.И. Всасывание пестицидов через кожу и профилактика отравлений. —
Киев: Здоров’я, 1975. — 200 с.
55. Кучак Ю.А. Поглощение паровой фазы фосфорорганических пестицидов в ды­
хательных путях животных//Фармакол. и токсикол. — Киев. — 1972. — № 7 С. 140-142.
56. Лошадкин Н.А. Некоторые вопросы биохимического механизма и токсикологи,
ческого действия фосфорорганических ингибиторов холинэстераз. — В кн.:
Б.Сондерс. Химия и токсикология органических соединений фосфора и фтора. —
М.: Изд. иностр. лит., 1961. — С. 315—418.
57. Лужников Е.А. Клиническая токсикология. — М.: Медицина, 1982. — 368 с.
58. Лужников Е.А., Костомарова Л.Г. Острые отравления: Руководство для врачей. М.: Медицина, 1989. — 432 с.
59. Махаева Г.Ф., Малыгин В.В., Мартынов И.В. Отставленная нейротоксичность
при действии фосфорорганических пестицидов//Агрохимия. — 1987. — № 12. С. 103-124.
60. Мельников Н.Н., Волкова А.И., Короткова О.А. Пестициды и окружающая среда. —
М.: Химия, 1977.- С . 148-179.
61. Михайлов С.С., Щербак И.Г. Метаболизм фосфорорганических ядов. — М.: Ме­
дицина, 1983. — 112 с.
62. Михельсон М. Я., Зеймаль Э.В. Ацетилхолин. — JL: Наука, 1970. — С. 28.
63. О ’Брайн Р.Д. Токсичные эфиры кислот фосфора: Пер. с англ. проф. В.И.Розенгарта/Под ред. акад. И.Л.Ючунянца. — М.: Мир. — 1964. — 631 с.
64. Одинцов B.C. Биохимические основы применения фосфорорганических инсек­
тицидов. — Киев: Наукова думка. — 1972. — 175 с.
65. Оппенорт Ф. Резистентность насекомых: роль метаболизма и возможность использования//Бюл. ВОЗ. — 1972. — Т. 44, № 1—3. — С. 197—206.
66. Прозоровский В.Б., Саватеев Н.В. Неантихолинэстеразные механизмы действия
антихолинэстеразных веществ. — М.: Медицина, 1976. — 160 с.
67. Промоненков В. К., Каспаров В.А., Варшавская И.С. Мировое производство и
применение фосфорорганических пестицидов/Итоги науки и техники. Сери*
Органическая химия. Т. 8. Актуальные направления исследования и п р и м е н е н и я
химических средств защиты растений. Фосфорорганические соединения. —
ВИНИТИ, 1988. - 203 с.
68. Пурдела Д ., Выльчану Р. Химия органических соединений фосфора. —
Химия, 19 7 2 .- 752 с.
\
69. Риза Л.В. Сравнительное изучение влияния на организм животных монотонно!45
и интермиттирующего воздействия рицида-П//Гиг. и сан. — 1986. — №
С. 77—79.
232
енгард В.И. Холинэстеразы. Функциональная роль и клиническое значение. —
70-
• Проблемы медицинской химии. — М.: М едицина, 1973. — С. 66—106.
р зенгарт В.И., Шерстобитов О.Е. Избирательная токсичность фосфороргани-
71-
сКИХ инсектоакарицидов (сравнительно-биохимические аспекты )/П од ред.
/Г п Бресткина. — J1. — Наука: Ленинградское отделение, 1978. — 176 с.
^
М-: Медицина, 1972. — 470 с.
Руководство по токсикологии отравляющих вещ еств/Под ред. С.Н.Голикова. —
.
рыболовлев P C. Роль эстератических участков холинорецепторов в блокирующем действии некоторых инсектицидов. — В кн.: Гигиена и токсикология пес­
тицидов и клиника отравлений. — Киев: Здоров’я, 1965. — С. 452—458.
74
Садыков А.С., Розенгард Е.В., Абдувахабов А.А. Холинэстеразы. Активный центр
и механизм действия. — Ташкент: ФАН, 1976. — С. 205.
75
Сондерс Б. Химия и токсикология органических соединений фосфора и фтора. —
М.: Изд-во иностр. лит., 1961. — 424 с.
76
77
Справочник по пестицидам (гигиена применения и токсикология)/П од ред.
А.В.Павлова. — Киев.: Урожай, 1986. — С. 125—130.
Тасаки И. Нервное возбуждение: макромолекулярный подход. — М.: Мир, 1971. —
222 с.
78
Ткаченко И.И., Каган Ю .С., Кокшарева Н.В., Бадаева Л # .//Ф а р м а к о л . и токси­
кол. -
1980. - № 6. - С. 8 0 -8 3 .
79. Тремасов М.Я., Ж уков Ю.А. Изменение биоэлектрической активности тканей и
гемодинамика мозга у кроликов при действии фосфакола. — В кн.: Разработка
эффективных методов профилактики и лечения животных при инфекционных
заболеваниях. — Казань, 1982. — С. 118—120.
80. Турпаев Т.М. Медиаторная функция ацетилхолина и природа холинэстеразы. —
М.: Изд-во АН СССР, 1962. - С. 140.
81. Фосфорорганические инсектициды: общее введение. Гигиенические критерии со­
стояния окружающей среды 63. ВОЗ. — Женева, 1990. — 168 с.
82. Франков И.А. Зависимость токсичности и антихолинэстеразных свойств от хи­
мического строения в ряду алкиламидов ди-диалкилфосфорных кислот. — В кн.:
Химия и применение фосфорорганических соединений. — М.: Изд. АН СССР,
1957. - С. 366-371.
83. Фукуто Т. Зависимость между строением фосфорильных соединений и их ин­
гибиторной активностью в отношении ацегилхолинэстераз//Бюл. ВОЗ. — 1972. —
Т. 44, № 1 -3 . - С. 3 3 -4 3 .
84. Хадсон Р. Структура и механизм реакций фосфоросоединений. — М.: Мир,
1967. — 360 с.
85- Ходжкин А. Нервный импульс. — М.: Мир, 1965.
Шрадер Г. Новые фосфорорганические инсектициды: Пер. с нем. А.Г.ЗенькевиЧа, Я.А.Мандельбаума, К.Д.Швецовой-Шиловской/Под ред. проф. Н .Н .М ельни­
кова. - М.: Мир, 1965. - 488 с.
Шуляк В.Г. Влияние фосфорорганических пестицидов на гемопоэз: Автореф.
лисканд. биол. наук. — Киев, 1989. — 22 с.
88 ч
• кклс Дж. Синапс. Молекулы и клетки. — М.: Мир, 1966. — С. 167-185.
Aldridge W.N. Some properties of specific cholinesterase with particular reference to
e mechanism of inhibition of diethyl p-nitro-phenyl thiophosphate (E605) and
analogus//Biochem . J. - 1950. - Vol. 46. - P. 451-460.
90. Benke G.M., Murphy S.D. The influence of age on the toxicity and metabolism
methyl parathion and parathion in male and female rats//Toxicol. appl. Pharmacol
1975. - Vol. 31. - P. 254-269.
91. Brick I.L., Brestkin A.P., Mandelshtam J.E., Sazonoya I.N. Substrate and inhibito
specificity of cholinesterases from certain insects//Environm ent quality and safetv Г
Suppl. VIII. - Stuttgart. - 1975. - P. 539-543.
"
92. Casida J.E., Sanderson D.M. Reaction of certain phosphorothionate insecticidex with
alcohols and potentiation by breacdown products//J. agric. food Chem. — 1963 — Vni
11. - P . 9 1 -9 6 .
V0L
93. Clinical and experim en tal toxicology o f organophosphates and carbam ates/Eds
B. Ballantyne and T.C .M arrs. — Oxford: Butterworth — Heinemann Ltd, 1992. —^
641 p.
94. D ’Mello D.G. Neurobehavioural toxicology of anticholinesterases. — In: Clinical and
experimental toxicology o f organophosphates and carbamates/Eds. B.Ballantyne and
T.C.Marrs. — Oxford: Butterworth — Heinemann Ltd, 1992. — P. 61—75.
95. Ecobichon D.J., Ozere R.L., Reid E., Crocker J.F.S. Acute fenitrothion poisoning//Can
Med. Assoc. J. - 1977. - Vol. 116. - P. 377-379.
96. Eto M. Organophosphorous Pesticides: Organic and Biological Chemistry. — Cleve­
land, Ohio: CR C Press, 1974.
97. Eto M. and Ohkawa H. Alkylation reaction of organophosphorus pesticides: its chemical
and biochemical significance. In: Biochemical toxicology o f insecticides. New York,
London. — Academic Press. — 1970. — P. 93—104.
98. Fest C., Schmidt K.J. The chemistry of organophosphorus pesticides. Springer Verlag.
Berlin — Heidelberg — New York, 1973. — 539 p.
99. Fukuto T.R., Metcalf R.L.//J. Am. Chem. Soc. -
1954. - Vol. 76. - P. 103.
100. Hansch C., Deutsch E.W. Biochem. Biophys. Acta. — 1966. — Vol. 112. — P. 381.
101. Hayes W.J. Pesticides studied in man. — Baltimor; London: Williams and Wilkins,
1982. - 672 p.
102. Heath D.F. O rganophosphorus Poisons. New York: Pergam on Press. — 1961.—
P. 150-202.
103. Jarv J. Stereochemical aspects of cholinesterase catalisis//J. Bioorgan. Chem. — 1984. —
Vol. 12. - P. 2 59-278.
104. Johnson M.K. Improved assay of neurotoxic esterase for screening organophosphates
for delayed neurotoxicity potential//Arch. Toxicol. — 1977. — Vol. 37. — P. 113—115105. Kagan Yu.S. Principles of pesticide toxicology. Centre of international projects. GKNT —
Moskow, 1985. — 176 p.
106. Kagan Yu.S., Kokshareva N. V., Tkachenko 1.1. Selective delayed neurotoxic effects of
certain organophosphorous pesticides. — In: The 6th Intern, congress of pesticides
chemistry IUPAC, Aug., 1986. — Ottawa, Canada. — P. 3-A—34.
107. Lotti М., Becker C.E., Aminoff M.Y. Organophpsphate polyneuropathy: pathogenesis
and prevention//Neurology. — 1984. — N 34. — P. 658.
108. Maxwell D.M., Lenz D.E. Structura-activity relationships and anticholinesterase activ
ity//Clinical and Experimental Toxicology of Organophosphates and CarbamatesBryan Ballantyne, Timothy C.Marrs. Foreword by: W.N.Aldridge. — Butterworth
Heinemann. — 1992. — P. 47—58.
109. Mendoza C.E. Toxicity and effects of malathion on esterases of suckling albino
rats//Toxicol. appl. Pharmacol. — 1976. — Vol. 35. — P. 229—238.
234
P rin c ip le s
and methods for the assessment of neurotoxicity associated with exposure to
hemicals: Environmental health criteria 60//Environ: health criteria. — 1986. — N 60. —
T80 p-
*
Sharma R.P., Tomar R.S. Immunotoxicology of anticholinesterase agents. — In: CliniяI and experimental toxicology of organophosphates and carbamates/Eds. B.Ballan­
tyne and T.C.Marrs. — Oxford: Butterworth — Heinemann Ltd, 1992. — P. 203—210.
П2 Tkachenko I I , Kokshareva N. V., Kagan Yu.S. A study of the delayea neurotoxic effect
of a new organophosphorous fungicide 0,0-diphenyl-l-acetoxy-2,2,2-trichlorethylphosnhnnate (aphos). Communication 1. Clinical manifestations and neurotoxic esterase
h"hibition//Fresenius Env. Bui. - 1992. - N 1. - P. 571-576.
ПЗ Tkachenko 1.1., Kokshareva N.V., Kagan Yu.S. A study of the delayed neurotoxic effect
of a new organophosphorous fungicide 0,0-diphenyl-1-acetoxy-2,2,2-trichlorethylphosDhonate (aphos). Communication 2. Electrophysiological and morphological investigations//Fresenius Env. Bui. - 1993. - N 2. - P. 131-136.
/С Н 3
Гл а ва
6
СН2 = С
Ч'чСН3
ТОКСИКОЛОГИЯ АЛКИЛИРУЮЩИХ СОЕДИНЕНИЙ
Nu
ние образуется алкилированная молекула акролеина, но присоединение
нуклеофильного реагента происходит иначе:
СН2=СН—С(0)Н + Н—Nu -► СН3—jCH—С(0)Н.
(5)
Nu
6.1.1. Алкилирование. Типы алкилирующих соединений
Алкилированием в органической химии называют реакции, сопровождающие­
ся введением алкильного радикала в структуру нуклеофильных реагентов. К
последним относят амины, меркаптаны, спирты, нуклеиновые основания и
другие соединения.
Типичными алкилирующими соединениями являются галоидные алкилы
(йодистый метил, бромистый метил и др.), реакцию которых с нуклеофиль­
ными реагентами, например с меркаптанами и аминами, описывают урав­
нениями 1 и 2:
RX + HSR6 ' -> RSR + ХН.
(1)
(2)
где R означает С Н 3; С2Н5 или другие алкильные радикалы, X — галоид,
R' — алкильный радикал в молекуле субстрата, с которым реагирует алкилирующий агент. В данных реакциях продуктом алкилирования служат
тиоэфиры и алкилированные амины.
Такие же свойства имеют и другие соединения, представляющие собой
замещенные галоидные алкилы и их производные. К ним относятся иприты
(серный иприт и азотистые иприты) и их аналоги.
Алкилирующее действие оказывают алкиловые (метиловые и др.) эфиры
сульфокислот и кислот фосфора, а также других минеральных кислот:
CH30 S 0 20CH3 + H2NR -> CH3NHR + H0S020CH3.
(3)
Алкилирующими свойствами также обладают олефины и их производ­
ные, содержащие активированные кратные связи, раскрытие которых про­
исходит при реакциях с нуклеофильными реагентами. Реакционная способ­
ность олефинов зависит от электронного и пространственного влияния
заместителей у атомов углерода, находящихся в сопряжении с кратными
связями. И ндукционные и мезомерные эффекты заместителей у атомов
углерода в олефинах влияют на степень поляризации кратных связей, что
определяет реакционную способность соединений и механизмы реакции.
Этим можно объяснить, почему “несимметричные” алкены, как правило,
более реакционноспособны, чем их симметричные аналоги. Например, изо­
бутилен более реакционноспособен по отношению к нуклеофильным Реа'
гентам, чем бутен-2 (симметричный изомер). Природа заместителей также
влияет на направление атаки нуклеофила и состав продуктов реакции. Так,
при реакции изобутилена с нуклеофильным реагентом, имеющим п о д в и ж ­
ный атом водорода (H -N u), нуклеофильная группа присоединяется к наи­
более гидрированному атому углерода (правило М арковникова):
236
(4)
Что с п р а в е д л и в о для незамещенных алкенов. При появлении рядом с
н о й связью электроотрицательных заместителей изменяется направлеК Р н у к л е о ф и л ь н о й атаки. Так, при реакции нуклеофила (H -N u) с акроле-
6.1. Типы алкилирующих соединений.
Механизмы реакций с нуклеофильными реагентами
RX + H2NR' -> RNH-R + ХН,
+ Н—Nu -» рН2СН(СН3)2.
А налогично реакции с акролеином (уравнение 5) реакция нуклеофиль­
ного реагента с перфторизобутиленом (П Ф И ) также проходит “ против”
правила М арковникова:
/C F a
CF2=C
+ Н—Nu —►CF2H—C(CF3)2Nu.
^
(6)
CF3
Приведенные примеры свидетельствуют о значимости понимания меха­
низмов и скоростей реакций алкилирующих соединений с нуклеофильными
реагентами. В соответствии с этими представлениями становится понятным,
почему ПФИ обладает высокой реакционной способностью по отношению
к нуклеофильным группам биомишеней и высокой физиологической актив­
ностью при ингаляции (LCt50 = 1,5 мг-мин/л).
К алкилирующим агентам относятся также соединения, содержащие ак­
тивированные кратные связи, в частности раздражающие вещества, такие
как акролеин, хлорацетофенон, вещества “C S”, “CR” и др.
В указанных выше реакциях в качестве нуклеофильных реагентов ис­
пользовались соединения, содержащие подвижный атом водорода. В таких
случаях реакции алкилирования формально можно рассматривать как реак­
ции замещения атома водорода в нуклеофильном реагенте на алкильный
радикал. Наряду с этим при реакциях алкилирующих соединений с нукле­
офильными реагентами без подвижного атома водорода имеет место алки­
лирование атома азота, содержащего свободную неподеленную пару элек­
тронов с образованием аммониевых солей. Реакция сопровождается изме­
нением степени гибридизации электронов атома азота (sp2 — sp3):
RX+NR3 -> RN+R3 + X".
(7)
Подобные реакции возможны при алкилировании нуклеиновых основа­
нии ипритами и другими алкилирующими агентами, что является причиной
мУтаций.
Аналогичным путем происходит алкилирование тиоэфиров с образоваием сульфониевых структур:
RX + R'SR" -> R'S+(R)R" + Х~.
(8)
(sp ^ Эт°2* Реакции изменяется степень гибридизации электронов атома серы
В
Тран л°Рганизме Эти реакции, катализирующиеся ферментами из класса
вешеС
й3, игРают важную роль при защите организма от чужеродных
ств в результате образования ониевых соединений, растворимых в воде.
237
R д ан н о м случае отмечается SN ]-механизм, при котором образование
6.1.2. Механизмы взаимодействия алкилирующих соединений
с нуклеофильными реагентами
Типичной реакцией алкилирующих соединений с нуклеофильными ре
агентами является гидролиз ипритов и их аналогов. Рассмотрим в качеств
примера механизм гидролиза аналога азотистого иприта — бис(2-хпопэ
тил)метиламина — “эмбихина”.
р '
/ С Н 2СН2С1 + Н20
CH3N.
/ С Н 2СН2ОН + Н20
----- > CH3N
----- »
CH2CH2CI -HCI
X CH2CH2CI -HCI
ch 3nC
(9)
^сн 2сн2он
'СН2СН2ОН.
Реакция проходит в две стадии с образованием конечного продукта
6ис(2-оксиэтил)метиламина через промежуточное соединение.
Аналогичным образом гидролизуется иприт с образованием тиодигликоля:
/ С Н 2СН2С1 + Н20
*4
*
XH 2CH2CI -HCI
6.2. Биохимические мишени алкилирующих соединений.
Общая токсикологическая характеристика
/ С Н 2СН2ОН + Н20
— *
^CHjCHjCI -HCI
( 10 )
/ С Н 2СН2ОН
s\
сн 2сн 2он.
Эти реакции можно рассматривать как реакции нуклеофильного заме­
щения у атома углерода, находящегося в P-положении к атому азота (или
серы) по типу SN 2- механизма. Скорость гидролиза растворенного иприта
при избытке воды высокая: среднее время гидролиза иприта при 25 °С —
8,5 мин в дистиллированной воде и 60 мин в морской. Высокая гидроли­
тическая устойчивость иприта связана не с низкой реакционной способнос­
тью растворенного иприта, а с его низкой растворимостью в воде (0,07 %).
Изучение механизмов реакции показало, что гидролиз аналога азотистого
иприта эмбихина проходит через образование промежуточных этйлениминовых
структур, которые взаимодействуют с водой при большой скорости [8]:
с н 2—с н 2
\ /
N
Х Н 2СН2С1
CH3N
'СН 2СН2С1
СН3
^СН2СН2ОН
СНг—с н 2
\ /
N
CH3N
''СН2СН2С1
c h3n:
238
CI
/\
СН3
-сн 2сн2он
'СН2СН2ОН
СН2СН2ОН
+Н20 _
-HCI
СН2СН2С1
( 11)
CI
структур является'стадией, определяющей скорость реЭ™ии А н ал о ги ч н ы м образом установлена возможность образования эти3 р н с у л ь ф о н и е в ы х структур и в случае серного иприта [8 ].
О бразование подобных структур зависит от электронных и пространстных эффектов других заместителей у атома азота (серы), что определяет
а л к и л и р у ю щ и е свойства подобных соединений.
Н а к о п л ен н ы е в середине 50-х годов данные о высокой реакционной
обности структур, содержащих этилениминные группы, были исполь­
зованы при синтезе противоопухолевых препаратов.
Выше были рассмотрены основные типы алкилирующих соединений и
взаимодействие их с нуклеофильными реагентами. Скорость подобных ре­
ак ц и й различается на порядки в зависимости от строения алкилирующих
соединений, нуклеофильных реагентов и условий реакции (температура, pH,
п р и р о д а растворителя и другие факторы). Исследованию этих процессов
посвящ ены многие работы в области химии и токсикологии алкилирующих
соединений [8, 12].
пенам м ониевы х
+Н20 _
-HCI
6.2.1. Биохимические мишени алкилирующих соединений
Под биохимическими мишенями в токсикологии обычно понимают мо­
лекулярные структуры — ферменты, рецепторы, нуклеиновые кислоты, струк­
турные элементы биологических мембран и другие субклеточные структуры,
взаимодействие которых с физиологически активными и токсичными веще­
ствами является пусковым механизмом в развитии патологических процес­
сов на всех уровнях организации организма.
Основные биомишени алкилирующих соединений — аминокислоты, пепти­
ды, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и другие биологически важные соеди­
нения. С функциональными группами этих соединений (амино-, сульфо-,
окси- и карбоксигруппы и др.) реагируют алкилирующие соединения, нарушая
структуру и функции активных центров ферментов, рецепторов и других
биологически важных макромолекул. П омимо взаимодействия с нуклео­
фильными группами активных центров, алкилирующ ие соединения реа­
гируют с группами, не входящими в активные центры ф ерм ентов, но
имеющие важное значение в поддержании третичной и четвертичной
структуры белков. Так, установлено, что с одной молекулой папаина
реагирует 17 молекул иприта, из которых больш инство реагируют вне
активного центра фермента.
При взаимодействии ипритов и других алкилирующих соединений с
нуклеиновыми кислотами возможно алкилирование нуклеиновых (как пра­
вило, пуриновых) оснований с образованием ониевых соединений. Молекуа гуанина алкилируется по атому азота в положении 7 с образованием
^твертичного заряженного соединения. В последующем имеет место разрыв
-гликозидной связи с депуринизацией нуклеотида.
Дим ЭТ° М состоит молекулярный механизм мутации при действии ипритов,
етилсульфата и друГИХ алкилирующих соединений. “ Выпавшее” из моЩат ЛЫ
в результате алкилирования пуриновое основание может заме­
ре- Ься Другим основанием (“точечная м утация” ), что проявляется при
ликации и транскрипции НК. В клетках существуют системы фермен239
■RX
-X
+
+НаО
ОН
I
Дезоксирибоза
h 2n
I
ДезоксиN-гпикозид- рибоза
ная связь
I
Цепь ДНК
Разрыв
N-гликозидной
связи
Дезоксирибоза
Цепь ДНК
без гуанина
I.
Цепь ДНК
тативных процессов (ДНК-полимеразы, лигазы и др.), направленные на
восстановление нативных молекул НК. В том случае, если одновременно
имеет место алкилирование двух нуклеиновых оснований, расположенных
рядом (либо одно над другим в одной цепи Д Н К , либо в противоположных
цепях Д Н К ), то в результате их алкилирования и последующей депуринизации образуются более серьезные дефекты в двойной спирали ДН К, вос­
становление которых в ходе репарационных процессов затруднено. Вот
почему бнс-алкилирующие соединения (иприты и их аналоги, соединения
типа ТЭФ и др.) обладают более выраженными мутагенными свойствами.
Помимо взаимодействия с нуклеиновыми основаниями, важную роль
играют взаимодействия иприта с ферментами углеводного обмена, коферментами дегидрогеназ (НАД, НАДФ и др.), гексокиназой и другими фер­
ментами, что приводит к блокаде гликолиза [12, 13].
Биомиш ени, на которые направлено действие алкилирующих соедине­
ний, находятся в разных тканях, расположенных на различных стадиях
контакта с веществом и проникновения его в организм, что в совокупности
со свойствами веществ важно при формировании “биоответа” в виде функ­
циональных нарушений организма и симптомов интоксикации.
6.2.2. Общая токсикологическая характеристика
алкилирующих соединений. Концентрационные эффекты
Различают местное, рефлекторное и общерезорбтивное действие алкили­
рующих соединений. При количественной оценке местного и реф лекторн ого
действия обычно используют концентрационные характеристики токси ч ес­
кого действия. Общерезорбтивное действие оценивают, как правило, вели­
чинами токсических доз (при относительно коротких экспозициях — мину­
ты, десятки минут) [ 1, 4, 10, 12].
Местное действие алкилирующих соединений проявляется в р азви ти и па­
тологических процессов в местах их нанесения (аппликация). При этом
типичны поражения ипритом кожи, слизистых оболочек глаз и верхних
дыхательных путей. Рассмотрим механизмы развития поражения кожи и
общие закономерности зависимости степени поражения от к о л и ч ества (до­
зы) и концентрации алкилирующих соединений.
Эпидермис кожи человека — сложная биомембрана гетерогенного стро­
ения. Гидратированные волокна а-спиралей белка кератина ч е р е д у ю т с я с
липидным матриксом эпидермиса. Вещества, хорошо р а с т в о р я ю щ и е с я в
липидах (иприты и др.), быстро (минуты) поступают в верхние слои эпи­
дермиса и сальные железы. Накопление вещества в базальных клетках про­
ходит медленнее. В соответствии с законом Ф ика скорость п о с т у п л е н и я в
них зависит от концентрации вещества в эпидермисе и степени с р о д с т в а
240
гества к структурным элементам рогового слоя эпидермиса человека, что
в е бШеМ виде пропорционально коэффициенту распределения вещества в
В °теме липид — вода (lg Р по подходам Ганга). В этом отношении наибольСрло о п асность представляют случаи, когда липидофильные алкилирующие
д инени я попадают на значительную площадь кожи и в большом количестве.
С° е По мере поступления вещества в базальные клетки эпидермиса происпит их п о р аж ен и е. Иприты и их аналоги ингибируют ферменты углевод­
н о обмена (гексокиназу, НАД и др.), блокируя гликолиз и процессы
н аневого дыхания в клетках, вызывают мутации хромосом ядер базальных
клеток, нарушая их митозы. Клетки базального слоя эпидермиса кожи
гибнут! Гибнут также клетки эндотелия кровеносных капилляров эпидерми­
са под базальной мембраной. Жидкая часть крови (плазма) поступает в
пространство между базальным и роговым слоем, на коже образуются “пу­
зыри”, характерные для действия ипритов и других алкилирующих соеди­
нений на кожу человека.
Общерезорбтивное действие алкилирующих соединений. Иприты и другие
алкилирующие соединения поступают в ткани внутренних органов с кровью
через органы дыхания, кожу, слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных
путей и ЖКТ. Наибольшую опасность представляет поступление ОВ через
органы дыхания ингаляционным путем.
При поступлении паров и мелкодисперсного аэрозоля (частицы разме­
ром 5—10 мкм и менее) в органы дыхания алкилирующие соединения
проникают через стенки альвеол на большой поверхности («70—100 м2) и
быстро поступают в кровь через легочные капилляры. С артериальной кровью
вещество в доли секунд поступает в сердце, а затем в ткани внутренних органов.
При проникновении в клетки тканей внутренних органов иприты и
другие алкилирующие соединения нарушают процессы тканевого дыхания
(ингибируя гексокиназу и другие ферменты углеводного обмена) и вызывают
нарушение генетического аппарата клеток.
Клетки, подвергшиеся воздействию ипритов и других алкилирующих
соединений, оказывающих мутагенное действие, имеют системы защиты
генетического аппарата на молекулярном уровне в виде так называемых
репарационных процессов. В ходе этих процессов, направленных на восста­
новление первичного генетического материала, “специфические” ферменты
(они разные в клетках различных организмов) вырезают “поврежденные”
фрагменты и восстанавливают структуру Д Н К и РНК. Это требует опреде­
ленного времени. Если скорость репарационных процессов оказывается
меньше скорости деления клеток, то возникшие мутации приводят к тяже­
лым последствиям. Клетка с поврежденным генетическим аппаратом не
может делиться либо дочерние клетки становятся нежизнеспособными. Вот
почему при общерезорбтивном действии ипритов и других алкилирующих
соединений в первую очередь страдают клетки тех тканей и органов, кото­
рые обладают высокой митотической активностью (клетки кроветворных
органов, слизистых оболочек, половых желез и др.), т.е. тканей, наиболее
У®ртвительных к действию проникающей радиации (радиомиметический
ффект алкилирующих соединений).
сое
те „с тем способность аналогов ипритов и других алкилирующих
динений вызывать хромосомные мутации и гибель быстроделящихся
прееТпараИСПОЛЬЗуЮТ химики и фармакологи при создании противоопухолевых
ляютаИбОЛее типичными представителями алкилирующих соединений явся иприты, применяемые в качестве боевых отравляющих веществ.
241
6.3. Токсикология ипритов
Иприт — наиболее эффективное ОВ, известное со времен первой миро
вой войны (“желтый крест”, “ Lost”, “горчичный газ”).
С военными целями это вещество впервые было использовано Герма
нией с 12 на 13 июля 1917 г. при обстреле химическими снарядами англо­
французских войск в долине р. Ипр (Бельгия), откуда и пошло его название'
Несмотря на то что иприт был применен на фронтах первой мировой войны
позже других ОВ, потери от него были такими же, как от всех других ОВ
вместе взятых [10, 12]. Это можно объяснить тем, что иприт вызывает
поражения при различных видах аппликации. По опыту первой мировой
войны наиболее характерными были “местные” поражения кожи, глаз и
органов дыхания, приводящие к потере боеспособности. На этом основании
в некоторых монографиях иприт относят к “несмертельным агентам”, но
это неверно.
6.3.1. Общая характеристика и токсичность
Иприт — (3,(3'-дихлордиэтилсульфид — S(CH 2CH 2C1)2 — отравляющее ве­
щество (шифр армии США — “ Н ”, “HD”).
Иприт представляет собой бесцветную или слабо окрашенную маслянис­
тую жидкость. Технический иприт — бурая маслянистая жидкость с запахом
чеснока или горчицы (откуда и название в литературе “ горчичный газ”),
1пп = 14 °С, но может быть и ниже в зависимости от примёсей,
= 217 °С.
Пары иприта в 5,5 раза тяжелее воздуха, Смакс 20 'С = 0,6 мг/л. Несмотря на
малую упругость пара, концентрации иприта, создающиеся в воздухе, могут
вызывать поражения глаз, органов дыхания и кожи различной степени тяжести.
Иприт плохо растворим в воде (0,07 %), чем объясняется его высокая
гидролитическая устойчивость. Растворенный иприт гидролизуется с отно­
сительно высокой скоростью с образованием нетоксичного тиодигликоля и
НС1. Время гидролиза наполовину растворенного в дистиллированной воде
иприта при 5 °С составляет 3 ч, при 10 “С — 51 мин, при 20 °С — 10 мин, а
при 37 °С — 3 мин. В морской воде гидролиз проходит с более низкой
скоростью. Сравнительно малая летучесть и высокая гидролитическая ус­
тойчивость благодаря плохой растворимости в воде обеспечивают стойкость
иприта на поверхности техники и местности: летом — в течение многих
недель, зимой — месяцев. Иприт хорошо растворим в органических раство­
рителях, а также в резине, масляной краске и лаках, куда быстро проникает.
Все это характеризует иприт как устойчивое, труднодегазируемое вещество.
Основная форма применения — аэрозоль. Пороговая токсическая доза —
0,05 мг ■мин/л; LCt50 = 0,15—0,2 мгмин/л; LCt50 = 1,0—1,5 мг-мин/л. Иприт
оказывает кумулятивное действие. При действии через кожные покровы
^ 5 0 = 50—70 мг/кг. Дозы, вызывающие поражения кожи, 0,05—0,1 м г/с м
6 , 7 ] , П ДКраб, . - 2 -1 0 -4 м г/м з. ПД К атмв - 2 -10-6 мг/мз [8]; ПДКводы '
I -10 4 мг/л.
6.3.2. Механизм токсического действия
Иприты обладают уникальными механизмами токсического действия: вы­
зывают нарушения структуры и функции генетического аппарата клеток,
необратимо угнетают ферменты тканевого дыхания и другие ферменШь1,
поражая тем самым ключевые звенья метаболических процессов клет ки.
242
Иприт является сильным клеточным ядом, что обусловлено его способвзаимодействовать с нуклеофильными группами белков и нуклеиН°вых кислот. Это приводит к образованию связей (С—N и др.), характен° клдихся высокой энергией (приблизительно 500 кДж), которые не могут
1ть реактивированы с помощью нуклеофильных реагентов. Это одна из
о с н о в н ы х причин отсутствия до сих пор специфических антидотов от ипст ью
РИТИприт угнетает ферменты углеводного обмена, в частности гексокиназу,
а т а л и з и р у ю щ у ю фосфорилирование глюкозы на I стадии ее окисления.
М е х а н и зм ингибирования обусловлен алкилированием ипритом нуклео­
фильных групп в активном центре гексокиназы:
^ C H 2CH2CI
S
: Е,
+
^ C H 2CH2CI
„СН2СН2 —N ■
h 2n —
HS —
-2HCI
чс н 2с н 2 —S —
где Е — фермент (энзим) — гексокиназа.
Торможение гексокиназы в клетках базального слоя эпидермиса кожи
наиболее выражено спустя 2—4 ч после нанесения иприта на кожу (т.е. к
концу “скрытого” периода), что способствует нарушению углеводного об­
мена в клетках эпидермиса и их гибели [3, 4].
Нарушение тканевого дыхания обусловлено также взаимодействием ип­
рита с пуриновыми основаниями НАД и НАДФ — коферментов дегидроге­
наз, участвующих в окислительно-восстановительных процессах в клетках,
что приводит к нарушению гликолиза, синтеза АТФ и гибели клеток.
Помимо взаимодействия с гексокиназой, и НАД и НАДФ, иприт, как
отмечалось выше, реагирует с нуклеиновыми кислотами, алкилируя пури­
новые основания (в основном остатки гуанина), которые выпадают из
полимерных цепей ДНК и РНК. Нарушение строения ДН К и РНК является
основной причиной мутагенного действия иприта, что приводит к наруше­
нию деления клеток (митозов) и синтеза белков.
6.3.3. Симптомы поражения
Иприт обладает выраженным местным и резорбтивным свойством. Для
него характерны следующие особенности:
• отсутствие раздражающего действия в момент контакта;
• привыкание к его запаху, когда человек перестает ощущать запах
горчицы (чеснока) через несколько минут;
• наличие скрытого периода;
• воспалительно-некротические процессы в тканях, в которые иприт
проникает;
• медленное течение процессов восстановления и часто присоединяю­
щиеся вторичные инфекции;
• повышенная чувствительность к повторным воздействиям иприта.
При попадании на кожу капельно-жидкого иприта он быстро растворяся в липидной смазке кожи. Если дегазация не произведена в течение 5 мин,
о иприт проникает в глубокие слои эпидермиса, накапливаясь преимущевенно в сальных железах и волосяных фолликулах кожи. На участках с
243
более тонкой и нежной кожей и большим количеством сальных и потовых
желез (кожа шеи, груди, подмышечных впадин и др.) поражения более
выражены. Доза 0,05 мг/см 2 при действии в течение 5 мин вызывает эри­
тему, доза 0,1—0,25 мг/см 2 при этих же условиях — образование пузырей
[ 12].
Скрытый период — 2—6 ч. Затем появляются признаки поражения кожи
(покраснение, зуд, отечность). Вначале возникают мелкие пузыри, напол­
ненные прозрачной жидкостью. Увеличиваясь в объеме, пузыри сливаются
образуя более крупные. Максимальное развитие пузырей — в конце 1— 2 -х
суток (в зависимости от дозы иприта). Затем оболочка пузырей прорывается
и возникают язвы, которые часто инфицируются и медленно заживают
(недели, месяцы). На месте язв, как правило, образуются рубцы, которые в
области суставов могут ограничивать подвижность и нарушать их функцию.
Пары иприта при токсических дозах 0,1—0,3 мг-мин/л вызывают эрите­
му; 0,2—1,0 мг-мин/л — пузыри и 0,75—1,5 мл-мин/л — серьезные пораже­
ния кожи с образованием множественных пузырей [ 12]. Симптомы пораже­
ния развиваются, как правило, спустя несколько часов. Сначала возникают
покраснения с последующей пигментацией, напоминающей солнечный за­
гар; затем — пузыри, на месте которых через 2—3 сут образуются язвы. При
действии паров и аэрозолей иприта возможны поражения на большой пло­
щади, что обычно сопровождается выраженным резорбтивным действием.
Глаза наиболее чувствительны к действию иприта. Токсические дозы
иприта, равные * 0,07 мг-мин/л, вызывают поражение глаз легкой степени
(конъюнктивиты); 0,1 мг-мин/л — поражение глаз с нарушением зрения и
0,2 мг-мин/л — серьезные нарушения зрения с потерей трудоспособности
[10, 12]. Симптомы поражения развиваются через 1—2 ч. Вначале возникает
неприятное ощущение наличия постороннего предмета в глазах (“ощущение
попадания в глаза песка”), затем слезотечение, светобоязнь, покраснение и
отек век, которые обычно склеены обильными гнойными выделениями. Как
правило, зрение ухудшается. При поражениях средней и тяжелой степени
имеет место воспаление роговицы (кератит) с возможным болевым эффек­
том и последующим помутнением и даже некрозом роговицы. В тяжелых
случаях может быть воспаление всего глазного яблока. Наивысшего развития
процесс достигает на 2—5-е сутки. Выздоровление затягивается на недели
и месяцы.
При ингаляции паров и аэрозолей иприта обычно ощущается характер­
ный чесночный запах (или запах горчицы) при концентрации « 0,0015 мг/л,
однако восприятие запаха быстро притупляется. Это характерная особен­
ность действия иприта: постепенно человек перестает ощущать запах паров
иприта, а при концентрации порядка МО- 3 мг/л, которые на 2 порядка
ниже Стах, возникают серьезные поражения. Симптомы поражения, как
правило, отмечают через 2—6 ч. Появляются чувство “саднения” в носо­
глотке, кашель и насморк. Кашель усиливается. Голос делается хриплым, а
иногда совсем пропадает — развивается афония из-за поражения голосовых
связок. Нарушение голоса может сохраняться длительное время (иногда
годы).
При воздействии более высоких концентраций иприта поражаются более
глубокие отделы органов дыхания. При кашле выделяется обильная г н о й н а я
м о кр о та. Температура п о в ы ш а е тс я до 38 °С и выше. Развивается оды ш ка.
Чаще всего смертельные исходы бывают на 2—4-й и 7—9-й день после
поражения. При благоприятном течении болезни выздоровление н а ч и н а е т с я
через 2—3 нед. Н а и б о л е е частые осложнения — бронхиты (х р о н и ч ески е).
244
бронхоэктатическая
болезнь, пневмосклероз, которые т р у д н о поддаются ле-
чеНВ°органы пищеварения иприт попадает с зараженной водой и пищей.
ск0ытый период — 1—3 ч в зависимости от дозы. Затем появляются боли в
дложечной области, тошнота, рвота, понос (часто с кровью). В тяжелых
Идучаях возможно прободение стенок желудка и кишечника с последующим
пазвитием перитонита.
Как правило, при поражении ипритом имеет место резорбтивное дейстие Изменения со стороны ЦНС проявляются в общей вялости, угнетении
и с о н л и в о с т и . Отмечают снижение кровяного давления и нарушение сер­
д е ч н о й деятельности, обмена веществ (снижение массы тела — кахексия).
И з м е н я е т с я состав крови: в первые дни о т м е ч а е т с я лейкоцитоз, в последую­
щ е _ лейкопения (лейкоцитов до 2—3 тыс. в 1 мм3).
В 1943 г. в итальянском порту Бари произошел взрыв американского
корабля “Джон Харвей”, на борту которого имелись химические снаряды с
ипритом. Моряки были вынуждены спасаться вплавь в воде, зараженной
ипритом. У многих наряду с поражением кожных покровов было сильно
выражено резорбтивное действие иприта. Спасенные моряки погибли в
первые трое суток при явлениях тяжелой общей депрессии и острой гипо­
тонии, по типу шокового состояния. Второй пик смертности наблюдали на
8_ 9 _й день, когда у пораженных развивалась сильная лейкопения. Это была
основная причина гибели — “ вторичные” инфекции и лейкопения. Как
правило, практически все ветераны первой мировой войны, пораженные
ипритом, погибли в последующие десятилетия с диагнозами “хронические
бронхопневмонии”, “пневмосклероз” и “опухоли легких” [6 , 12]. При по­
ражении ипритами наиболее частыми отдаленными последствиями являют­
ся снижение или потеря массы тела, рубцы на коже, которые могут огра­
ничивать функции конечностей, пневмосклероз, бронхоэктатическая бо­
лезнь, лейкопения, снижение иммунитета, повышенная чувствительность к
простудным и инфекционным заболеваниям, онкологические заболевания.
6.3.4. Токсикологические характеристики рецептур
иприта (НТ, HQ, HL, вязкие рецептуры)
Перед второй мировой войной и во время нее за рубежом проводили
исследования по получению тактических рецептур иприта, особенно с целью
получения: а) низкозамерзающих, б) более токсичных (прежде всего по
параметрам быстроты действия) и в) способных заражать технику, снаряже­
ние и местность на более длительное время. Первые две задачи были решены
получением за рубежом тактических рецептур “НТ”, “HQ” и “ HL”; послед­
няя — вязких рецептур агентов “Н ” и “H D ”.
„ Рецептура НТ — низкозамерзающая, содержащая 60 % HD и 40 %
РР-бмс(2-хлорэтилтио)диэтилового эфира — 0 (CH 2H2SCH 2CH 2C1) 2, который
имеет тривиальное название “кислородный иприт”, в фашистской Германии
имел шифр “O-Lost”. Кислородный иприт — алкилирующий агент, предавляет собой маслянистую жидкость, практически нерастворимую в воде.
д Ств°рим в органических растворителях (бензоле, толуоле, ацетоне и
тР-). имеет низкую летучесть, Смак = 2,4-10- 3 мг/л. Превосходит HD по
Ф ксичности в 3 _ 3 5 р а з а Пр И действии на кожу и ингаляции (IC t50 =
н’а мг мин/л). В целом рецептура НТ более токсичная и более устойчивая
местности, имеет более низкую температуру замерзания, чем HD.
“ецептура HQ содержит в качестве добавки к иприту 1,2 -<?мс(р-хлорэтил245
тио)этан — “полуторный иприт” — CICH2CH 2SCH 2CH 2SCH 2CH 2CI — шифр
армии США “Q” — алкилирующий агент. Это кристаллическое вещество
плохо растворимое в воде. При накожной аппликации в 5 раз превосходит
иприт: ICtso = 0,04 мг/л вызывает поражение глаз, a LCt50 = 0,2 мг-мин/л —
кожи.
Рецептура HL — смесь иприта (HD) (алкилирующего агента) с люизитом
(L) (ацилирующим агентом) в соотношении '/3 HD и 2/з люизита, но
возможны и другие соотношения. Температура замерзания составляет минус
25,4°. Летучесть выше, чем HD. Смак = 2,13 мг/л (при 25 °С). Токсич­
ность примерно такая же, как у HD: при ингаляции ICtso = 0,15 мг • мин/л —
LCt50 = 1—1,5 мг - мин/л, при действии через кожу LCt50 = 10 мг-мин/л.
Симптомы поражения возникают быстрее, чем при действии HD, — пора­
жения глаз и кожи через «20—30 мин. Рецептура достаточно устойчивая в
окружающей среде. В первую очередь гидролизуется люизит.
Вязкие рецептуры иприта создавались за рубежом с целью затруднить
дегазацию зараженной техники, снаряжения и т.д. Их готовят растворением
в HD 4—8 % полиметилметакрила или его низкомолекулярных фракций с
молекулярной массой («4—5)-104. В фашистской Германии для понижения
температуры замерзания иприта использовали добавку “арсиновое масло” —
смесь фенилхлорарсинов, часть которых затоплена в Балтийском море.
Азотистые иприты (HN1, HN2, HN3).
Перед второй мировой войной в США, Англии, Германии был синтези­
рован новый класс высокотоксичных веществ — аналогов иприта, содержа­
щих 2 p-хлорэтильные группы, — “азотистые иприты” , общей формулы
RN(CH 2CH 2C1)2, где R — алкил, арил, p-хлорэтил и другие радикалы. В США
основное внимание было обращено на р,р'-ди(хлорэтил)алкиламины, в Гер­
мании — на р,Р'Р"-трихлорэтиламин, названный затем “азотистым ипри­
том”. По своим свойствам эти вещества имеют определенные преимущества
перед ипритом (Н, HD): более низкую температуру замерзания, более вы­
сокую летучесть и более выраженное быстродействие в проявлении токси­
ческих эффектов.
Р,Р'-Ди(хлорэтил)этиламин — C2H 5N(CH 2CH 2C1)2 — ш ифр армии США
“ HN1". Светло-желтая жидкость, более низкай температура кипения и плав­
ления, чем HD. Основные физико-химические свойства азотистых ипритов
представлены в табл. 6 . 1, в которой для сравнения указаны а н а л о ги ч н ы е
данные по HD. Величины токсических доз примерно такие же, как для HD,
но токсические эффекты проявляются быстрее.
Т а б л и ц а 6.1. О сновны е свойства азотистых ипритов (HN1, HN2, HN3) и иприта
HD) [1, 5, 12]
Молекулярная масса
Плотность, r/см3 при 25 °С
Плотность паров по воздуху
Температура
кипения, °С
плавления, °С
Давление насыщенного пара, мм рт.ст.
Летучесть, С макс, мг/л при 25 °С
246
Иприт HD
Азотистые иприты
Показатель
HN1
HN2
HN3
170,09
1,09
5,9
156,07
1,15
5,4
204,34
1,24
7,1
159,08
1,27
5,4
195
-3 4
0,24
2,3
185
-6 0
0,42
3,6
235
-3,7
0,001
0,12
217
14,4
0,07
0,6
Продолжение
Показатель
Азотистые иприты
Иприт HD
HN1
HN2
HN3
1,5
20,0
0,2
0,05
3,0
25,0
0,15
0,1
1,0
15,0
0,2
0,05
Токсические дозы, мг мин/л
LCt5o. ингаляция
LCt50, через кожу
lCt50, поражение глаз
Поражение кожи, мг/см^
1,5
10— 15
0,2
0,1
р,Р'-Ди(хлорэтил)метиламин — CH 3N(CH 2CH 2C1)2 — шифр армии США
“HN2". Светло-желтая жидкость, как и HN1. Имеет более низкую темпера­
туру кипения и замерзания, более высокую летучесть, чем HD (см. табл.
6.1). Для нее характерно более высокое быстродействие, чем HD. После
второй мировой войны впервые исследовали в качестве первого противора­
кового препарата. Среди изученных гомологов азотистых ипритов по сово­
купности комплекса физико-химических и токсических свойств с военно­
химической точки зрения наибольшее значение получил p.p'p''-трихлорэтиламин (азотистый иприт).
Азотистый иприт — именно под таким названием вошел в литературу
один из аналогов азотистых ипритов — трис-(2-хлорэтил)амин (N(CH 2CH 2C1)3,
или шифр армии С Ш А — HN3. Бесцветная или слабоокрашенная масля­
нистая жидкость, t3aM = —3,7 °С, обладает выраженной резорбтивной токсич­
ностью при действии через кожу и органы дыхания; LCt50 = 1,0 мг-мин/л,
ЛД50 при накожной аппликации — 15—20 мг/кг; пузыреобразующая доза —
0,05—0,1 мг/см2.
Азотистый иприт оказывает такое же действие, как и иприт. Местное
действие более выражено. Характерным является влияние его на органы
кроветворения и нервную систему. Обладает мутагенным действием на
клетки^органов кроветворения. Отмечаются более выраженное (по сравне­
нию с “серным ипритом”) возбуждение ЦНС, беспокойство, бессонница
и т.д. Специфическое цитостатическое действие на быстроделящиеся клетки
и ткани послужило основанием к использованию некоторых аналогов
азотистого иприта в качестве противоопухолевых препаратов (эмбихин и
др. / ■
^ В ряде источников иприты рассматриваются как ОВ инкапаситирующего
еиствия. Это неверная точка зрения. Основные признаки различий указанIX веществ с позиции военной токсикологии приведены в табл. 6.2. Иприт
ипритные рецептуры, исходя из данных таблицы, не могут быть отнесены
нымКаПаСИТаНТам по следУ1°Щим причинам: соотношение между смертельпослИ И ВЬ1ВОДЯщими из строя токсическими дозами не превышает порядка,
тельн поРажения ипритом симптомы поражения могут продолжаться длиинкапаситаМЯ ^недели и месяЦы), что не соответствует принципу действия
“Д ж оГгеДСТВ^ слУчая> имевшего место при взрыве американского корабля
ВМС n f f ; 8 поРтУ Барри, сопровождавшегося гибелью сотен моряков
к “ии ..
' СМ- BbIlue)i свидетельствуют о том, что иприт нельзя относить
инкапаситантам”.
ЖенииС° ответствии с Конвенцией о неприменении, запрещении и уничтот° ж е н т ^ М\/ ЧеСКОГО °РУЖИЯ иприты и ипритные рецептуры подлежат унич• Уничтожение больших количеств ОВ является самостоятельной
247
Т а б л и ц а 6.2. Н екоторые свойства, характеризующие ти пы вещ еств в соответст­
вии с тактической классиф икацией ОВ и токсинов [7]
Тип вещества
Свойства вещества
летальные агенты
инкапаситанты
ирританты
Характер действия
на организм
Нарушения жизненно Нарушения функций,
приводящие к сниже­
важных функций,
приводящие к гибели нию работо- и бое­
способности без смер­
организма
тельных исходов
Раздражающее дейст­
вие на слизистые обо­
лочки глаз и верхних
дыхательных путей.
Рефлекторное дейст­
вие
Вероятность смер­
тельных исходов*
Высокая (р£ 0,95)
Низкая (р < 0,05)
Низкая (р < 0,01)
Величины смертель­
ных токсических доз
Низкие
Высокие
Высокие
102— 103
>103
Отношения токсичес­ < 10
ких доз
LCtso
ICt50 (ECt SOj
Длительность дейст­
вия
Часы, сутки, недели
Часы, сутки
Минуты, часы
Медицинская по­
мощь по жизненным
показаниям
Требуется
Не требуется
Не требуетоя
* При концентрациях в полевых условиях.
большой и сложной проблемой. В США иприт уничтожают путем сжигания
в специальных установках на о. Джонсон в Тихом океане. В нашей стране
разработана двухстадийная технология. На первой стадии иприт путем хи­
мической деградации превращается в нетоксичный продукт, который на
второй стадии подвергается дальнейшей обработке. Рассматривается во­
прос о возможности использования конечного продукта в народном хо­
зяйстве.
Определенную опасность для соблюдения Конвенции могут представлять
некоторые токсичные алкилирующие соединения, в частности а з о т и с т ы е
иприты, так как полупродукты их синтеза в промышленных масштабах могут
накапливаться в мирное время в химической и фармацевтической промыш­
ленности как полупродукты синтеза лекарственных противоопухолевых пре­
паратов — аналогов азотистого иприта. В качестве примера можно о т м е т и т ь ,
что противоопухолевый препарат эмбихин имеет такое же строение, как
химический агент “ HN2”, обладающий более низкой температурой замерза­
ния и большей летучестью, чем иприт (см. табл. 6.1).
Специфическое цитотоксическое действие ипритов на быстроделяидиеся
клетки, подобное действию проникающей радиации, послужило основанием
для применения этих соединений и их аналогов в качестве противоопухо­
левых препаратов. В основе радиомиметического действия производных
азотистых ипритов и других соединений, содержащих этилениминовые груп­
пировки, лежит способность этих соединений нарушать структуру и функ­
цию ДН К путем алкилирования в основном пуриновых оснований, а также
взаимодействие с ферментами обмена нуклеиновых кислот.
248
6 3.5. П ротивоопухолевы е лекарственные средства.
Производные бис(2-хлорэтил)амина
О дной из основных целей работы химиков, токсикологов и фармаколоов в течение длительного времени являлось получение соединений, харак­
т е р и з у ю щ и х с я высокой противоопухолевой активностью и малой токсич­
ностью с учетом побочного действия на организм. Токсичность азотистых
ипритов и их производных для животных и человека достаточно высокая.
7рис(2 -хлорэтил)амин ( C I C ^ C ^ ^ N — азотистый иприт. Обладает вы­
со к о й токсичностью. В опытах на крысах при подкожном введении ЛД5о =
48 мг/кг гибель в течение первых 2—3 сут. При регистрации гибели живот­
ных в более отдаленные сроки (7—10 дней) ЛД 50 понижается почти на
п о л п о р я д к а . Со временем (после 3 сут) развивается лейкопения. Действие
на нервную систему более выражено, чем для иприта. Проявляются беспо­
койство, возбуждение ЦНС.
Для человека смертельной является концентрация 1,6 мг/л. Лейкоцитоз
в первые 2—3 сут сменяется лейкопенией, в первую очередь за счет лимфопении. Наблюдаются поражение печени и ЦНС, тахикардия. При местном
действии на кожу в дозе 0,01 мг/см 2 — эритема, при дозе 0,05—0,1 мг/см 2
образуются пузыри.
Отдаленные последствия — поражение органов кроветворения, сниже­
ние иммунитета. Повышение частоты новообразований.
1Ч-метил-0ис(2-хлорэтил)амин (СЮ НгСНгЬМСНз — эмбихин. Первый
противоопухолевый препарат, прошедший широкие испытания среди ана­
логов азотистых ипритов. Имеют место поражения нервной системы —
возбуждение, мышечная слабость, тахикардия, лейкопения, падение артери­
ального давления.
Применяется при лимфогранулематозе, миелозе, раке легких и других
новообразованиях. Вводится по 0,1 мг/кг в течение нескольких дней или по
0,4 мг/кг при однократном введении внутривенно. Лечение проводится под
врачебным контролем. Особое внимание обращают на возможные побочные
явления со стороны органов кроветворения и печени. При снижении коли­
чества лейкоцитов до 2500—3000 в 1 мкл крови лечение прекращают. В ка­
честве побочного действия могут также наблюдаться местные поражения в
области введения препарата.
2-Хлорэтилдиэтиламин C 1C H 2CH 2N (C 2H 5)2. Обладает достаточно вы­
сокой токсичностью. В опытах на крысах при внутримышечном введении
ДД50 = 17 мг/кг. Возникают беспокойство, нарушения деятельности высших
отделов нервной системы, затруднение дыхания, раздражение слизистых
оболочек глаз и верхних дыхательных путей; при действии на кожу —
гиперемия и образование пузырей.
После открытия эмбихина и внедрения его в клиническую практику
140—60-е годы) было испытано большое количество производных бис(2 -хлоРзтил)амина: новэмбихина, сарколизина, допана, лофенала, 4 -хлорбутина,
афенцина, циклофосфана и других препаратов, которые применялись при
различных формах злокачественных новообразований. В свое время была
Формулирована концепция о том, что в молекулу аналогов азотистого
рита целесообразно вводить группировки, выполняющие “рецептофильа 16 (тРанспортные) функции, в частности в виде остатков гидрофобных
ТаТИН0Дисл°т. На первых этапах не были получены положительные резульНичен
К° шиРокое их применение в клинической медицине было огра-
Алкилирующие противоопухолевые препараты, содержащие группы этилен249
имина, алкилируют нуклеиновые основания ДН К, нарушая их структуру и
функции. Подобно ипритом, бисалкилирующие соединения обладают радиомиметическим действием и выраженной токсичностью для млекопитающих.
В качестве примера приведены данные по трис(этиленимино)фосфату и его
тиоаналогу.
7>ис(этиленимино)фосфиноксид, ТЭФ. Действие на организм подобно
действию ипритов. В опытах на овцах при пероральном введении в дозе
50 мг/кг — гибель в первые сутки. Доза 5 мг/кг при повторных введениях
вызывает гибель через 7—9 введений. Отмечается снижение количества
лейкоцитов, в первую очередь лимфоцитов. При вскрытии наблюдаются
дистрофические изменения в лимфатических узлах и костном мозге. С лечеб­
ными целями применяется под врачебным контролем.
Тиофосфамид-три(этиленимино), тиофосфамид, ТиоТЭФ.
Подобно другим бисалкилирующим соединениям взаимодействует с
ДНК и нарушает митозы в быстро делящихся, в том числе опухолевых,
тканях. Более эффективен в лечебных целях, чем ТЭФ. Применяется при
раке яичников, молочной железы и других опухолях. Вводят по 15 мг/кг (в
виде раствора внутримышечно или внутривенно) обычно через день. Курс
лечения 150—200 мг. В ходе лечения проводится контроль за состоянием
крови. Лечение прекращают при снижении количества лейкоцитов до 3000
и тромбоцитов до 100 000 в 1 мкл крови.
Помимо тиофосфамида, исследовались и другие соединения, содержа­
щие этилениминовые группы: бензо, фторбензотэф, дийодбензотэф, дипин
и другие препараты, которые нашли применение при различных злокачест­
венных опухолях (молочная железа, гортань и др.), и метастазах опухолей.
6.4. Токсикология алкилирующ их соединений,
используем ы х в народном хозяйстве
В химической промышленности разных стран используются различные
алкилирующие соединения, обладающие выраженной физиологической ак­
тивностью. Наиболее типичные их представители — галоидные алкилы, га­
лоидсодержащие кетоны, алкиловые эфиры минеральных кислот, соедине­
ния, содержащие активированные кратные связи и другие соединения. Ниже
приводится краткая токсикологическая характеристика отдельных предста­
вителей указанных классов соединений.
6.4.1. Токсикология галоидных алкилов
Галоидные алкилы обладают в основном резорбтивным действием и
некоторые из них — местным и рефлекторным действием, физиологическая
активность обусловлена не только действием этих соединений на о р г а н ы
кроветворения, печень и др. как алкилирующих агентов, но и п р о я в л е н и е м
наркотического действия, а также действия на периферическую нервную
систему. С увеличением количества атомов г а л о и д а в молекуле г а л о и д н о г о
алкила наркотический эффект, как правило, усиливается. Примером тому
является трихлорметан (хлороформ), использовавшийся в свое время как
наркотическое средство в хирургической практике. Непредельные углеводо­
роды, содержащие атом галоида (хлористый аллил), обладают местным и
раздражающим действием, характерным для алкилирующих с о е д и н е н и й . Но
в целом галоидпроизводные углеводороды алифатического ряда обладают
аженным резорбтивным действием с проявлением эффектов нейротропВп?о и г е п а т о т р о п н о г о действия.
Х л о р п р о и зво дн ы е жирного ряда и непредельных углеводородов. Большинп о д о б н ы х соединений, за исключением хлористого метила, хлористого
стВ а и х л о р и с т о г о винила, — жидкости. Растворимость в воде очень мала,
Эя с т в о р и м ы в спирте, эфире и других органических растворителях. Реакциная с п о с о б н о с т ь — характерная для галоидных алкилов. Алкилирующие
с в о й с т в а зависят от строения вещества.
П о характеру токсического действия — это наркотики, обладающие о д ­
н о в р е м е н н о гепатотропным и кардиотропным действием. Влияние на пе­
ч е н ь о с о б е н н о выражено у четыреххлористого углерода, дихлорэтана и дру­
гих липиофильных соединений. При действии на кожу вызывают дерматиты.
Хлористый метил СН 3 С1 применяется в химической промышленности в
к а ч е с т в е метилирующего агента, как хладагент (холодильные установки), как
р а с т в о р и т е л ь фунгицидов. Температура кипения — 24 °С, при температуре
20—30 °С — это газ.
Раздражающ ее дей стви е слабо выражено; сильно угнетает нервную с и с ­
тему. Вызывает остры е и хронические отравления [3].
Концентрация 2 мг/л при экспозиции 4 ч вызывает гибель белых мышей
(LCtjoo — 480 мгмин/л). В опытах на крысах смертельная доза 750—800
мг-мин/л. В опытах на собаках показано, что повторное вдыхание СН 3С1 6
мг/л по 6 ч в день в течение 6 дней приводит к гибели через 5—6 дней.
При интоксикации людей (аварии на холодильных установках и др.)
наблюдаются поражения нервной системы: расстройства речи, зрения. 2 %
концентрация при 2-часовом воздействии вызывает смерть. При хроничес­
ком воздействии концентрации 3—5 мг/л в течение 3—4 нед и более гибель
животных (белых мышей, крыс, кроликов, кошек, собак и обезьян) насту­
пала через несколько недель.
Отдаленные последствия: нарушение (угнетение) высшей нервной дея­
тельности, функции печени и других внутренних органов. ПДК — 0,21 мг/л
(США).
Хлористый метилен CH 2CI2 — жидкость, применяется в химической про­
мышленности как растворитель целлюлозы, смол, каучука, в производстве
пластмасс. Летучая жидкость,
= 42 °С. При действии открытого пламе­
ни образуются токсичные продукты (фосген, НС1 и др.). Наркотик — при
2-часовой экспозиции в опытах на мышах, концентрация 30 мг/л вызывает
боковое положение, 35 мг/л — наркотический эффект и 50 мг/л — гибель.
Человек ощущает запах, характерный для хлороформа, при концентра­
ции 1 мг/л. Концентрация 4 мг/л переносится в течение 30 мин без замет­
ного эффекта, при более высоких концентрациях через 5— 10 мин наблю­
даются парестезии конечностей, раздражение слизистых оболочек глаз. Глуокий наркоз наступает при концентрации 70 мг/л после экспозиции 30 мин.
ри хронических воздействиях на человека концентраций порядка десятых
леи миллиграмма на литр наблюдаются головная боль, сонливость, симпМЬ1 угнетения нервной системы. ПДК — 0,05 мг/л.
сое К летУчая жидкость, в которой хорошо растворяются органические
ПенДИ|?ения>хлористый метилен используется для получения растворов (сусВЬеЗИИ> Р^личных органических соединений. Так, во время войны во
П0™аме хлористый метилен применялся американскими войсками для
генДЧения РаствоР°в вещества “CS” , а те в свою очередь — в носимых
Раторах аэрозолей “ Майти-Майти”.
Хлористый аллил СН 2=СНСН 2С1 — высококипящая жидкость. Применя­
ется при синтезе различных хлорсодержащих соединений. Обладает выра­
женным раздражающим действием. Наркотическое действие менее выра­
жено. Поражает почки. В опытах на белых мышах при 10 мг/л через
несколько минут наблюдается раздражение глаз. Через 2—3 ч — гибель жи­
вотных (LCt = 120—180 мг-мин/л). В опытах на белых крысах при 20 мг/л
имеют место раздражение глаз и наркотический эффект, гибель наступает
через 2 ч (LCt = 240 мг мин/л). Высокие концентрации вызывают отек
легких. ПДК — 0,003 мг/л.
Бромпроизводные углеводородов жирного ряда — наркотики, оказываю­
щие значительно более выраженное токсическое действие на организм по
сравнению с хлорпроизводными. Поражают нервную систему, почки, печень
и другие внутренние органы. С увеличением количества атомов брома об­
щетоксическое действие, как правило, увеличивается.
Бромистый метил СН 3ВГ — газ, растворяющийся в спирте. Метилирую­
щий агент применяется в химической промышленности, хладагент — в ог­
нетушителях. У белых мышей острое отравление возникает при концентра­
ции 6 мг/л и экспозиции 30 мин (L Q 50 = 180 мг-мин/л; для сравнения LCt50
хлористого метила = 480 мг-мин/л). Вдыхание 5,2 мг/л в течение 45 мин
вызывает гибель через 10 ч (LCtS0 = 230 мг-мин/л). На белых крысах при
экспозиции 2 ч и LC S0 = 2,25 мг/л LCt50 = 270 мг-мин/л (для сравнения
LCt5o хлористого метила = 750—800 мг-мин/л).
Характерно медленное развитие симптомов интоксикации и гибели. Да­
же при тяжелых отравлениях людей симптомы интоксикации возникают
после скрытого периода. Так, после взрыва цилиндра с бромистым метилом
симптомы интоксикации возникли у пострадавших через 6 —8 ч, а у неко­
торых — через 2—3 сут. Считается, что концентрации, вызывающие смер­
тельные поражения людей при острых интоксикациях, равны « 30—35 мг/л.
Местное действие паров бромистого метила вызывает поражения кожи,
гиперемию, ожоги с образованием пузырей (по типу ипритных поражений).
При воздействии относительно низких концентраций наблюдаются дерма­
титы с образованием мелких пузырей, которые проходят через несколько
дней; отмечаются раздражение слизистых оболочек глаз и ВДП. ПДК —
0,001 мг/л.
Йодпроизводные углеводородов жирного ряда. Токсические свойства в
общем подобны свойствам аналогичных бромпроизводных. Н а р к о т и ч е с к о е
действие менее выражено, более выражено общерезорбтивное т о к с и ч е с к о е
действие на печень, почки и нервную систему. Особенно опасен й о д и с т ы м
метил.
Йодистый метил СН31 — высоколетучая жидкость. Применяется в про­
мышленности как метилирующий агент. Белые мыши погибают при экспо­
зиции 1 ч и концентрации 5 мг/л ( L Q 50 = 300 мг-мин/л). При к о н ц е н т р а ц и и
25 мг/л и экспозиции 10 мин наблюдается раздражение слизистых о б о л о ч е к ,
гибель наступает в течение первых суток. При попадании на кожу о т м е ч а ­
ются поражения, подобные при действии иприта.
Из рассмотренного материала следует, что для галоидных а л к и л о в ха­
рактерно общерезорбтивное действие с поражением нервной системы (нар­
котическое действие), печени, почек и других внутренних органов. Н е к о т о ­
рые галоидные алкилы (хлористый метил, хлористый аллил, б р о м и с т ы
метил) обладают выраженным местным действием, по типу действия ипрИ'
тов.
252
6 4.2. М етиловые эф иры минеральных кислот
П омимо галоидных алкилов, выраженными алкилирующими свойствами
бдадают некоторые метиловые эфиры кислот серы, фосфора и других
0 слот, которые активно используются в качестве алкилирующих агентов.
Т и п и ч н ы м в этом отношении является диметиловый эфир серной кислоты —
д и м ети л су л ьф ат. Это маслянистая жидкость, tKHn = 188 'С , Смак = 3,8 мг/л,
плохо растворяется в воде, хорошо — в спирте, эфире, бензоле. Применяется
в х и м и ч е с к о й промышленности в качестве алкилирующего агента.
Пары д и метил сульфата обладают раздражающим и прижигающим дей­
ствием на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При действии на
кожу жидкого диметилсульфата наблюдаются гиперемия, пузыри, некроти­
ческие изменения, которые заживают очень медленно (подобно иприту).
При резорбтивном действии наблюдаются явления отека легких. В опытах
на кошках при 10-минутной экспозиции концентрации 0,7—0,9 мг/л вызы­
вают смерть через несколько дней. В опытах на обезьянах концентрация
0,066 мг/л при действии в течение 20 мин вызывала тяжелые интоксикации. При
концентрации, равной 0,132 мг/л, и экспозиции 40 мин (LCt — 5,3 мг-мин/л)
гибель обезьян наступила через 3 сут.
Описаны случаи интоксикации людей. При поражениях легкой степени
скрытый период длится до 15 ч, средней степени — до 5 ч, тяжелых пора­
жениях — до 2—3 ч. Основные симптомы: раздражение слизистых оболочек
глаз и дыхательных путей. При тяжелых поражениях —отек легких. Таким
образом, диметилсульфат является высокотоксичным веществом алкилиру­
ющего действия с проявлением эффектов местного, рефлекторного и общерезорбтивного действия. ПДК — 5 мг/м3 (США) и 1 мг/м3 (РФ).
Рассмотренные выше свойства галоидных алкилов и диметилсульфата
являются иллюстрацией токсических свойств алкилирующих соединений,
используемых в промышленности и народном хозяйстве.
6.4.3. Биологически активные природные алкилирующие
соединения
В научном плане интересна химическая защита некоторых растений от
микроорганизмов и других организмов, включая млекопитающих. С этой
Целью в растениях осуществляется синтез и выделение специальных веЩертв ■" фитонцидов, обладающих бактериостатическим и бактерицидным
Действием. Так, летом 1 га лиственного леса выделяет до 2 кг летучих
веществ в сутки, благодаря чему лесной воздух содержит в 200—250 раз
меньше микроорганизмов, чем городской воздух.
Фитонциды — это сложный комплекс органических соединений различ­
ного строения, включающий в себя фурановые, пирановые, азотсодержащие
ныу^ГИе гетеР ° ц и к л и ч е с к и е фрагменты, в сочетании с системами сопряженпот активиР °ванны х связей. Можно полагать, что эти соединения обладают
Унциальными алкилирующими свойствами при взаимодействии с нуклемов ЬНЬ1МИ Фуппами биомишеней клеток бактерий и других микроорганизiumy’ ?°ТЯ Количественные данные о свойствах фитонцидов как алкилирую­
щих агентов мало исследованы.
СТВуюГ Т0РЬ1е растения выделяют сильные раздражающие вещества, воздейТельнь ИС на„чУвствительные рецепторы слизистых оболочек глаз и дыхаРимпг^
(капсаицин-раздражающее соединение красного перца, лакнимогенныи фактор лука и др.) [9].
253
Биологически активные вещества, синтезируемые микроорганизмами, р ас,
тениями и животными, в качестве химической защиты являются химичес­
кими соединениями уникальных структур. Многие природные яды (такие как
батрахотоксин, голотурин, тетродотоксин, сакситоксин, палитоксин и другие
соединения), характеризующиеся высокой токсичностью для млекопитающих
содержат, как правило, системы сопряженных активированных кратных свя­
зей, эфирные, тиоэфирные и другие гетероциклические структуры, а также
подвижные метильные радикалы и другие группировки, которые могут способ­
ствовать проявлению потенциальной реакционной способности природных ядов
как алкилирующих соединений с образованием более прочных комплексов с
биомишенями клет ок-“хозяев”. Это утверждение с химических позиций тре­
бует дополнительных исследований.
Антибиотики, обладающие свойствами алкилирующих соединений. В борьбе
за существование грибы выработали защиту от своих врагов по эволюцион­
ной лестнице — бактерий и других микроорганизмов — в виде биологически
активных соединений — антибиотиков. Механизм действия антибиотиков
обусловлен их способностью нарушать строение и функции НК, ферментов
метаболизма НК, структурных элементов биомембран и ферментов их ме­
таболизма и других биологически важных компонентов клеток. Образование
прочных комплексов антибиотиков с биомишенями обусловлено гидрофоб­
ными, кулоновскими и диполь-дипольными взаимодействиями, водородны­
ми связями и способностью образовывать более прочные связи за счет
алкилирования и ацилирования. Так, хорошо известный антибиотик — пе­
нициллин — содержит в своей молекуле (3-лактам-тиазолиновую бициклическую систему пенама, обладающую высокой алкилирующей способностью
по отношению к нуклеофильным реагентам.
В последующем были выделены другие антибиотики: стрептомицин,
цифалоспорины, цефаломицины, клавулановая и оливановая кислоты, тиеномицин и другие антибиотики. Характерной чертой в строении этих анти­
биотиков является наличие в их молекулах активированных кратных связей,
которые могут участвовать в образовании прочных комплексов с молекулами
биомишеней, в том числе за счет алкилирования нуклеофильных групп
ферментов и нуклеиновых кислот.
Достаточно хорошо изученными в этом отношении являются митомицины, порфиромицин, блео- и флеомицины и др.
Митомицины А, В, С и порфиромицин представляют собой комплекс
антибиотиков, продуцируемых грибами Streptomyces, действующих на ДНК
бактерий. Впервые описаны японскими исследователями в начале 50 -х
годов, позже их строение установлено рентгеноструктурным и х и м и ч е с к и м
анализом в 60-е годы. Ниже приведено строение антибиотиков (митомицинов и др.), обладающих алкилирующими свойствами.
Наиболее характерной чертой строения митомицинов является ред к о
встречающееся в природных соединениях наличие в их молекулах а з и р и д и нового цикла, обусловливающего алкилирующие свойства.
М и т о м и ц и н ы — быстродействующие бактерицидные и цитостатические
паоаты. Они вызывают нарушения строения Д Н К путем алкилирования
П и н о в ы х оснований (одно основание на 2 0 0 — 3 0 0 пар оснований) и обрапуР нием “сшивок” двух цепей Д Н К при алкилировании пуриновых осно­
ван и й в противоположных цепях Д Н К (одна “сшивка” на 2 0 0 0 — 5 0 0 0 пар
°СНПВомимо митомицинов, многие другие антибиотики, обладающие циток с и ч е с к о й активностью в основном за счет действия на нуклеиновые
к и сл о ты , ферменты их метаболизма и компоненты биомембран, содержат
фрагменты молекул с алкилирующими свойствами, что определяет их спо­
со б н о ст ь образовывать прочные комплексы с биомишенями.
6.5. Принципы оказания первой медицинской помощи
при поражениях алкилирующ ими соединениями
С целью предотвращения поражения токсичными веществами и оказа­
ния медицинской помощи пораженным основными принципами защиты и
лечения являются:
• профилактика поражений и защита от токсичных веществ;
• оказание первой медицинской помощи;
• лечение пораженных и оказание им квалифицированной специали­
зированной медицинской помощи. Необходимо отметить, что анти­
доты специфического действия при поражении алкилирующими со­
единениями отсутствуют. Это объясняется особенностями механизма
их токсического действия на организм млекопитающих. Как уже
отмечалось ранее, при взаимодействии алкилирующих соединений с
нуклеофильными группами биомишеней (аминогруппами, меркаптогруппами и др.) образуются прочные ковалентные связи (C-N.C-S), реак­
тивация которых с помощью антидотов практически невозможна.
Кроме того, подобных связей в клетках организма огромное количе­
ство (в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биосубстра­
тах). Поэтому получить антидот, который бы избирательно реактиви­
ровал функциональные группы, алкилированные ипритом и другими
алкилирующими соединениями, без воздействия на аналогичные свя­
зи в белках и нуклеиновых кислотах, практически невозможно. Вот
почему, несмотря на то что иприт известен более 85 лет, до сих пор
нет специфических антидотов для лечения пораженных им [11].
Медицинская помощь при интоксикации ипритами. Несмотря на замедленое проявление клиники, первую медицинскую помощь необходимо оказыать немедленно после поражения. Она предусматривает следующие меро­
приятия:
• частичную санитарную обработку открытых участков кожи (в том
числе лица) содержимым индивидуального противохимического па­
кета (И П П ) и обильное промывание глаз водой (в течение первых
5 мин);
• надевание противогаза;
• в случае ранения — кожу в окружности раны обработать ИПП, на
рану наложить стерильную салфетку и марлевую повязку;
в случае попадания ОВ в желудок с пищей и водой рекомендуется
обильное промывание его.
255
Необходимо эвакуировать людей из очага поражения и быстро сменить
одеждуДоврачебная помощь — лечение в зависимости от симптомов пораженияпромывание глаз 2 % раствором гидрокарбоната натрия, промывание желуд­
ка, прием внутрь таблеток от кашля, при тяжелых поражениях — подкожное
введение кордиамина (сульфокамфокаина), при пероральных поражениях~
промывание желудка и пероральный прием активированного угля.
Первая врачебная помощь оказывается после санитарной обработки. При
поражении глаз и наличии боли в них применяют 1 % раствор дикаина, за
веки закладывают глазную мазь с антибиотиками, пораженному необходимо
затемнить глаза.
При ингаляционных поражениях — промывание носоглотки раствором
гидрокарбоната натрия и прием внутрь таблетки от кашля. По показаниям
вводят кордиамин, сульфокамфокаин, антибиотики. В тяжелых случаях при
симптомах развития отека легких применяют кислород, коргликон.
При поражениях кожи в стадии эритемы рекомендуется обработка поражен­
ных участков этиловым спиртом. При наличии зуда кожу обрабатывают рас­
твором димедрола. В стадии пузырей накладывают марлевую повязку с 1 %
раствором хлорамина (дегазация и антисептическая обработка). Пузыри лучше
не вскрывать, а их содержимое извлекать с помощью шприца. При наличии
эрозий и язв произвести их обработку с последующим наложением марлевой
повязки с антибиотиками. Не рекомендуются повязки по типу компрессов.
Пероральные поражения после обильного промывания желудка и после­
дующего введения 10—15 г активированного угля лечат при наличии соот­
ветствующих признаков. Для снижения резорбтивных поражений внутри­
венно вводят 10—15 мл 30% раствора тиосульфата натрия, подкожно —
витамины С и группы В, внутривенно — раствор глюкозы. При поражении
смесью иприта с люизитом (рецептура HL) на протяжении всего лечения
применяют антидот от люизита — унитиол.
Квалифицированная медицинская помощь включает в себя мероприятия,
описанные выше в более полном объеме.
В случае тяжелых поражений уделяют внимание поддержанию дыхатель­
ной и сердечной деятельности, предупреждению отеков легких, возникно­
вению абсцессов и гангрены. При резорбтивном действии ОВ необходимо:
• внутривенное введение 30 % раствора тиосульфата натрия по 10—20 мл;
• применение витаминов С, Bi, Вг, Вб, В12, метгелурацила по 1 г 3 раза
в день, нуклеата натрия — по 0,1—0,2 г 3 раза в день, анаболических
препаратов типа неробола — по 0,005 г 3 раза в день;
• показано переливание крови по 200 мл через 5—6 дней;
• при угнетенном состоянии — нейростимуляторы (кофеин, коразол,
сиднокарб по 0,005 г 1—2 раза в день).
Поражения кожи лечат как гнойно-трофические плохо заживающие язвы
или раны. Так, пока язва или рана не очистилась от г н о й н о - н е к р о т и ч е с к о г
отделяемого, рекомендуются повязки с гипертоническим раствором хлорид^
натрия и с фурацилиновым раствором. Для очищения
протео
литические ферменты (2 % раствор хемотрипсина, стрептокиназы). ^ ос
очищения язвы используют ускоряющие эпителизацию и заживление срВД
ства (мазь Вишневского, мерациловая мазь и мазь с антибиотиками), Нек
мендованы термопарафиновые аппликации (до 50—60 °С) в течение 10
дней, гелиотерапия, ультрафиолетовое облучение в с у б э р и т е м н ы х дозах. 1 Р
наличии болей применимы болеутоляющие медикаменты.
~
Медицинская помощь при интоксикациях диметилсульфатом (СНзО)2»
(ДМС). При поражении ДМС лечение во многом аналогично лечен
п р и м
256
е н и м
ы
,
о о а ж е н и й серной кислотой и другими алкилирующими соединениями. При
п сражении слизистой оболочки дыхательных путей необходимы вентиля­
ция л е г к и х , ингаляция раствора бикарбоната натрия, вдыхание паров эти­
л ового спирта, эфира, хлороформа, 10 % ментола в хлороформе.
При попадании на кож у или слизистые оболочки необходимо обильное
п р о м ы в ан и е водой. При наличии ожогов кожи применяют повязки с 2—3 %
р ас тв о р о м соды. При инфицировании пораженных участков или для пред­
у п р е ж д е н и я инфицирования накладывают влажные повязки с риванолом
(1:1000) или фурацилином (1:5000). Рекомендуются коагулирующие методы
л е ч е н и я , например 1—2 % спиртовые растворы генцианового фиолетового
или метиленового синего. При ожогах И—III степени применяются стрепт о ц и д о в а я , синтомициновая эмульсии, затем мазевые повязки (мази пени­
ц и л л и н о в ы е , Вишневского и др.). Наряду с этим ведется борьба с болевым
шоком. В последующем рекомендованы согревающие укутывания, обильное
питье, введение глюкозы с аскорбиновой кислотой.
При попадании в глаза после обильного промывания водой рекомендуется
закапывание в глаза 2 % раствора новокаина или 0,5 % раствора дикаина с
адреналином (1:1000) с последующим введением в конъюнктивальный ме­
шок стерильного вазелинового или персикового масла.
Лечение. В последующем — реабилитация больных с использованием ме­
тодов симптоматического лечения и предупреждения отдаленных последствий
(рубцов кожи, слизистых оболочек глаз, пневмосклероза и других синдромов).
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. — М.: Воениздат,
1990. - С. 123-124.
2. Вредные вещества в промышленности/Под ред. Н.ВЛазарева, И.Д.Гадаскиной. - М.: Химия, 1977. - С. 72-73.
3. Вьетнам —химическая война. — Ханой: Изд. литературы на иностр. языках,
1972.- С . 135-143.
4. Каракчиев А.Н. Токсикология ОВ и защита от ядерного и химического оружия. —
4-е изд. —Ташкент: Медицина, 1988. — С. 113—116.
5. Лошадкин Н.А., Кнунянц И.Л. Военная токсикология. — М.: Воентехниздат,
1991. —С. 92—99.
6- Лужников Е.А. Клиническая токсикология. — М.: Медицина, 1982. — 85 с.
7- Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1982. — С. 538.
46^100 ^ иологические алкилирующие вещества. — М.: Медицина, 1969. — С. 43—
9.
10
11.
12
13
\ л КОхл^ство По токсикологии отравляющих вещ еств/Под ред. С.Н.Голикова. —
м .: Медицина, 1972.— С. 229—253.
Сошественс/шй Н.А. Токсикология боевых отравляющих веществ. — М.: Сельхозиздат, 1933. - С. 140—147.
Стойкое Ю Н. Клиника, диагностика и лечение поражений отравляющими
Ществами. — М.: Медицина, 1978. — С. 83—97.
САет/са/ warfare agents. Toxicology and treatm ent/Ed. T.C.M arrs, R.L.Maynard,
f-K.Shell et al. — 1996. — P. 143—154.
Dixon M. Biochim. Soc. — Suppl. — 1948. — P. 38.
9 - 7127
2 57
Глава 7
ДЕЙ С ТВИ Е КСЕНО БИОТИКО В НА СИСТЕМУ КРОВИ
Среди специфических проявлений повреждающего действия химических ве­
ществ на организм значительное место принадлежит поражениям системы
крови. Возникшее в связи с этим понятие “яды крови” в известной мере условно
учитывая, что последние нередко обладают и другими специфическими видами
биологической активности. Вместе с тем механизмы биологического пораже­
ния крови имеют отличительные особенности, во многом обусловленные
природой действующих агентов.
Исходя из современного уровня знаний, правомерно выделить следую­
щие вещества, вызывающие 3 разновидности токсического поражения
крови, отличающиеся причинными особенностями пускового механизма
действия, в частности:
• вещества, вызывающие заболевания, связанные с изменением пиг­
мента крови (оксид углерода, нитро-, аминопроизводные бензола,
нитраты и нитриты и др.);
• вещества, вызывающие первичный гемолиз (мышьяковистый водо­
род, фенилгидразин и др.);
• вещества, вызывающие первичное угнетение гемопоэза (бензол и его
производные, свинец).
7.1. Токсические поражения пигмента крови
Проявления гемотоксического действия химических веществ за счет
первичного воздействия на пигмент крови разнятся по характеру в зависи­
мости от генеза нарушений. Однако во всех случаях речь идет о вмешатель­
стве в обмен порфиринов за счет инактивации гемоглобина, в результате
которой последний лишается возможности обратимо присоединять кисло­
род и транспортировать его тканям.
Для того чтобы была понятна роль порфиринового обмена п р и м ен и тел ь­
но к дыхательной функции крови, уместно привести сведения о хим ической
структуре гемоглобина, его синтезе и превращении в организме.
Как видно на рис. 7.1, гемоглобин — это сложный белок, состоящий из
собственно белка-глобина и простетической группы — гема. П о с л е д н и й
представляет собой комплекс закисного (двухвалентного) железа с п р о то порфирином, т.е. железопорфирин. Примечательно, что железо в составе
порфирина приобретает новые свойства. Оно в 1000 раз активнее ж елеза
неорганических соединений. За счет этого железо становится к а т а л и за т о р о м
окислительных процессов. Однако способность лабильно связывать к и с л о ­
род железопорфин приобретает только при соединении с белком, т.е. в
составе гемоглобина [45]. При синтезе гема сукцинил-КоА взаимодействует
с глицином с образованием дельта-аминолевулиновой кислоты, процесс
образования которой катализируется ферментом синтетазой д е л ь т а - а м и н о ­
левулиновой к и с л о т ы . В результате конденсации двух молекул д е л ь т а -а м и ­
нолевулиновой кислоты при участии фермента дегидратазы этой к и сл о ть
258
соон
соон
Глобин
Рис. 7.1. Структурная формула молекулы гемоглобина.
[41] образуется порфобилиноген — непосредственный предшественник протопорфирина. Для образования одной молекулы протопорфирина необхо­
димо 4 молекулы порфобилиногена. Именно в протопорфирин при участии
фермента гемсинтетазы происходит включение атома железа, источником
которого является белок ферритин (трансферрин), транспортирующий же­
лезо. На этом этапе образуется протогем, который, в свою очередь соеди­
няясь со специфическим белком, превращается в гемоглобин. Схематично
этот процесс может быть представлен следующим образом:
сукцинил КоА + глицин -> дельта-аминолевулиновая кислота (конден­
сация 2 молекул) -> порфобилиноген (конденсация 4 молекул) —> прото­
порфирин + Fe (из ферритина) -> протогем + глобин -> гемоглобин.
Как известно, гемоглобин находится в эритроцитах и синтезируется в
физиологических условиях там же, где происходит образование эритроци­
тов, т.е. в костном мозге [32]. Дальнейшая судьба гемоглобина тесно связана
с распадом эритроцитов, который осуществляется в клетках ретикулоэндолиальной системы (РЭС). В процессе распада эритроцитов гемоглобин
исляется с образованием вердоглобина (зеленый пигмент холеглобин), в
м гем еще соединен с глобином. Порфириновое кольцо при этом не
веп^ШеНО’ желез° находится в центре данного кольца. Следующим после
рдоглобни3 продуктом распада гемоглобина является желчный пигмент
стан ° ГО цвета — биливердин с разрушением порфиринового кольца. ВосНогоОВЛСНИе Последнего приводит к образованию красновато-желтого желччастиПИГМСНТа билирубина. Поступая с желчью в кишечник, билирубин
Пает в Н° всасывается в кровь и через систему воротной вены вновь постуП рямой"ГНЬЭТОМ Различают свободный или непрямой билирубин и
билирубин. Первый мало растворим и токсичен. В печени путем
*
259
соединения с глюкуроновой кислотой и образования растворимого диглюкуронида он обезвреживается, превращаясь в прямой билирубин. В кишеч­
нике билирубин восстанавливается в пигменты кала (стеркобилиноген) й
мочи (уробилиноген), которые на воздухе окисляются в стерко- и уробилин
Чтобы перейти непосредственно к описанию поражений крови химичес­
кой этиологии, связанных с воздействием на пигмент крови, в частности
железопорфирин как составляющую часть гемоглобина, уместйо остано­
виться на физиологической роли гемоглобина в организме. Роль его опре­
деляется непосредственным участием в транспорте кислорода от капилляров
легочных альвеол к капиллярам всех органов и тканей. Механизм переноса
кислорода гемоглобином, содержащимся в эритроцитах, заключается в его
способности обратимо присоединять кислород. Под обратимым присоеди­
нением кислорода понимают способность гемоглобина образовывать с кис­
лородом лабильное соединение (оксигемоглобин) согласно реакции:
НЬ + 0 2 > НЬ02.
7.1.1. Карбоксигемоглобинемия
Классическим примером повреждающего действия на кровь с наруше­
нием ее дыхательной функции, обусловленным инактивацией кровяного
пигмента — гемоглобина, служит образование карбоксигемоглобина (НЬСО)
под влиянием оксида углерода. Превращение гемоглобина в НЬСО приводит
к изменению спектральных характеристик крови, что легло в основу коли­
чественного определения его в крови. НЬСО образуется в результате взаи­
модействия оксида углерода (СО) с железом гемоглобина, что лишает его
способности к оксигенации, приводит к нарушению транспортной функции
и как результат вызывает развитие гемической гипоксии. Появление НЬСО
служит следствием поступления СО в легкие с вдыхаемым воздухом. Обра­
зование НЬСО начинается с периферии эритроцитов уже в легочных капил­
лярах. В дальнейшем с увеличением содержания СО во вдыхаемом воздухе
НЬСО образуется не только в периферических отделах эритроцита, но и в
центральных его отделах. Причем скорость образования НЬСО прямо про­
порциональна величине концентрации СО во вдыхаемом воздухе, а макси­
мум его в крови определяется временем контакта. Способность гемоглобина
связывать 0 2 и СО одинакова при условии, что 1 г гемоглобина может
связывать 1,33—1,34 мл 0 2.
Эта зависимость носит название константы Хюфнера. Вместе с тем
сродство гемоглобина к СО в 250—300 раз больше, чем к 0 2. Примечательно,
что оболочка эритроцитов служит своего рода защитным барьером при
образовании НЬСО, так как во взвеси эритроцитов этого деривата гемогло­
бина образуется на 20 % меньше, чем в растворе гемоглобина. Валентность
железа в НЬСО остается неизмененной, происходит лишь перестройка свя­
зей Fe2+. Все непарные электроны участвуют в образовании НЬСО. Парал­
лельно с образованием связей между СО и Fe2+ изменяется характер связи
железа с глобином и порфирином. Она теряет свой ионный характер и
превращается в ковалентную. Взаимодействие СО с Н Ь02 выражается вза­
имно сопряженными реакциями.
ньо2 + СО -> НЬСО + 0 2
НЬСО + о 2 -> н ьо2 + с о
Скорость этих реакций и образование НЬСО определяются п а р ц и а л ь н о м
давлением СО и 0 2 в воздухе. При этом количество образовавшегося НЬЬ
260
мо пропорционально давлению СО в окружающей среде и обратно
П*порЦИонально давлению 0 2. Несмотря на высокое, как указывалось
П^° е сродство СО к гемоглобину, ассоциация его с гемоглобином происВЫ1и ’ ю раз медленнее, чем таковая с 0 2. Однако при этом диссоциация
* * О протекает в 3600 раз медленнее, чем диссоциация Н Ь02 [74]. По этой
ичине НЬСО очень быстро накапливается в крови даже при сравнительно
^большом содержании СО во вдыхаемом воздухе. Таким образом, помимо
не1КЛючения части гемоглобина из транспорта кислорода, еще одним патоВ<гнетически важным звеном в нарушении дыхательной функции крови на
Аоне карбоксигемоглобинемии служит замедление диссоциации оксигемопюбина под влиянием НЬСО, что известно под названием эффекта Холдена.
Так в физиологических условиях повышение концентрации С 0 2 в крови
способствует ускоренному отщеплению 0 2 от Н Ь02, при наличии НЬСО
этот сбалансированный процесс нарушается. Принято считать, что суть
эффекта Холдена заключается в том, что при взаимодействии СО с гемо­
глобином поступивший в кровь СО соединяется только с 3 из 4 атомов
железа в молекуле гемоглобина, тогда как с 4-м атомом железа соединяется
0 2, сродство которого к этому атому железа резко возрастает, что, естест­
венно, затрудняет диссоциацию оксигемоглобина. Еще одним причинным
фактором угнетения диссоциации Н Ь02 под влиянием СО служит снижение
уровня промежуточного метаболита 2,3-дифосфоглицерата, который обра­
зуется в процессе реакции гликолиза. 2,3-Дифосфоглицерат обладает спо­
собностью усиливать процесс диссоциации НЬСО за счет вызываемых им
конформационных изменений гемоглобина, поэтому естественно, что дефи­
цит этого метаболита косвенно тормозит высвобождение 0 2 из Н Ь02 [65].
Итак, основным пусковым механизмом развития специфической геми­
ческой гипоксии при отравлении СО является образование НЬСО, который
утрачивает способность переносить кислород в сочетании с угнетающим
влиянием на процесс диссоциации Н Ь02. Неопровержимое доказательство
того, что первопричиной развития СО-интоксикации является карбоксиге­
моглобинемия, — прямая зависимость между уровнем НЬСО в крови и тя­
жестью интоксикации. Так, по данным V.E.Henderson [87], при содержании
НЬСО в крови, равном 10 %, отмечена лишь одышка при физическом
напряжении, при 40—50 % НЬСО появляются явные признаки интоксика­
ции: головная боль, помрачение сознания вплоть до его потери, концент­
рация НЬСО в крови свыше 60 % ведет к летальному исходу. Во всяком
случае у людей, впадающих в коматозное состояние или погибающих от
острого отравления СО, содержание НЬСО, как правило, не менее 50 % [44].
Однако не всегда прослеживается прямая связь между содержанием в крови
НЬСО и тяжестью отравления. Известны случаи, когда тяжелая форма
отравления развивалась уже при 20 % НЬСО и, наоборот, при 60 % НЬСО
встречаются легкие формы отравления [7]. Во многом это объясняется
Достаточно большой индивидуальной чувствительностью к СО, которую
вязывают с генетическим фактором.
Мо ^ ЬНЫм подтверждением кислородного голодания за счет карбоксигеглобинемии при тяжелой острой интоксикации СО является снижение
^Держания кислорода в артериальной крови до 13,4—12,4 об.% сравнительра^ с
20 о б .» в норме. Одновременно падает артериально-венозная
КиедИЦа В содеРжании
с 6—7 об.% до 3,0—2,2 об.%, снижается утилизация
Умен°РОДа тканями> исходя из величины соответствующего коэффициента,
45 о б ^ 3^ ]* 1 содержание С 0 2 в крови до 35 об.% в сравнении с нормой
.
261
Образование НЬСО под влиянием СО не является единственным нару­
шением порфиринового обмена. Так, при остром СО-отравлении при вды­
хании СО в концентрациях 40—600 мг/м3 растет содержание прото- и
уропорфирина в эритроцитах, а также развивается копро- и уропорфиринурия. Причем рост копропорфиринов в моче обусловлен образованием про­
дуктов синтеза СО с железопорфиринами тканей, которые, поступая в
кровь, выделяются затем с мочой. В особо тяжелых случаях прослежено
увеличение содержания порфобилиногена [61]. Возможно возрастание уров­
ня метгемоглобина и появление сульфгемоглобина в крови [65]. И наконец
под влиянием СО возрастает содержание ключевого продукта синтеза ге­
моглобина дельтааминолевулиновой кислоты в плазме и эритроцитах, что
по-видимому, свидетельствует об угнетении синтеза гемоглобина под влия­
нием СО.
Долгое время считали, что механизм токсического действия СО опреде­
ляется исключительно нарушением дыхательной функции крови за счет
образования НЬСО. Однако со временем эта концепция была пересмотрена.
Убедительно доказано, что СО действует на многие биологически активные
системы организма, содержащие железо, а именно: миоглобин, цитохромсодер­
жащие дыхательные ферменты, такие как цитохром Р-450, цитохромоксидаза (цитохром a j), цитохром с, пероксидаза, каталаза [65].
При взаимодействии СО с миоглобином образуется карбоксимиоглобин,
хотя сродство СО к миоглобину меньше, чем к гемоглобину. В то же время
сродство миоглобина к СО, по разным данным, в 25—50 раз больше, чем к
кислороду [44].
Таким образом, при отравлении СО наряду с образованием НЬСО про­
исходит также образование карбоксимиоглобина. При этом его нарастание
в мышцах протекает параллельно росту этого деривата гемоглобина в крови.
Не исключено, что появление карбоксимиоглобина в мышцах играет опре­
деленную роль в патогенезе СО-интоксикации, во всяком случае поражение
мышц при этом однозначно связывают с воздействием на миоглобин. Есть
данные, что соотношение карбоксимиоглобина и НЬСО независимо от
уровня воздействия СО составляет 0,52. При тяжелых отравлениях более
25 % миоглобина может быть связано с СО.
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют в пользу то­
го, что в патогенезе СО-интоксикации далеко не последнюю роль играет
взаимодействие СО с системой цитохромов — железосодержащих дыхатель­
ных ферментов, что приводит к угнетению тканевого дыхания. Как выяс­
нилось, тяжесть нарушений в организме именно за счет этого м еханизм а
существенно превосходит таковые, вызванные банальной кислородной не­
достаточностью, связанной с дефицитом О 2 во вдыхаемом воздухе.
Основное внимание при оценке токсического воздействия СО на орга­
низм до определенного времени уделялось острым отравлениям, во зн и к а ю ­
щим под влиянием этого газа. Несмотря на то что пусковым м еханизм ом
развития острой интоксикации СО служит его взаимодействие с гем оглоби­
ном и другими железосодержащими биохимическими структурами, в кли­
нической картине интоксикации преобладают прежде всего симптомы рас­
стройств со стороны ЦНС, выраженность которых, как правило, зав и си т от
содержания НЬСО в крови.
Учитывая, что патогенез острого отравления СО изначально о п р е д е л я ­
ется повреждающим действием на кровь, уместно охарактеризовать, как при
этом изменяется морфологический и биохимический состав крови. На вы­
соте интоксикации увеличивается количество эритроцитов до 5,5
262
-012/л, что обусловлено, с одной стороны, сокращением селезенки за
р еф л ек со в с каротидных синусов и поступлением в кровь депонироСЧСных эритроцитов, а с другой стороны, причиной эритроцитоза может
«аНь непосредственная стимуляция СО образования эритропоэтина. И наТеЦ нельзя исключить гипоксию как еще один причинный фактор возК°стан ия числа эритроцитов. Эритроцитоз — чаще всего явление временное,
Ра ко иногда развивается истинная полицитемия либо сразу вслед за ост°^й и н т о к с и к а ц и е й , либо как последействие спустя месяцы и даже годы.
Ппи повторных отравлениях СО на фоне лимфоцитоза в крови появляются
норм областы при повышенном содержании ретикулоцитов. Примечательно,
что и зм ен ен и я содержания гемоглобина при СО-интоксикации мало харак­
терны.
„
„
п г.
В ряде случаев исходом поражения красной крови при отравлении СО
является развитие анемии типа Бирмера в сочетании с нейтропенией [65].
По мнению А.М.Рашевской и Л.А.Зориной [48], изменения со стороны
белой крови встречаются чаще, чем таковые со стороны красной. Это
проявляется нейтрофильным лейкоцитозом иногда до 20—25-109/л со сдви­
гом влево на фоне лимфо- и эозинопении при снижении фагоцитарной
активности. Считается, что механизм лейкоцитоза связан со стрессом, а
угнетение фагоцитоза — с угнетением активности цитохромоксидазы в нейтрофилах. У людей при отравлении СО зафиксировано повышение актив­
ности щелочной фосфатазы нейтрофилов.
Что касается костного мозга, то клетки его претерпевают дегенеративные
изменения при явлениях раздражения, о чем свидетельствует увеличение
ядросодержащих элементов со сдвигом формулы влево с вершиной в области
миелоцитов и метамиелоцитов.
Существенно важными при интоксикации СО представляются некото­
рые сдвиги биохимического характера: увеличение негемоглобинового же­
леза крови (может достигать 50 %), что имеет непосредственное отношение
к состоянию красной крови. При повторных острых отравлениях параллель­
но происходит падение содержания железа в тканях за счет соединения с
СО, что расценивается как механизм детоксикации. Достаточно хорошо
изучены и некоторые другие биохимические сдвиги в периферической крови
при остром отравлении СО. Так, со стороны углеводного обмена выявлены
нарушения в виде гипергликемии и глюкозурии. По мнению одних авторов,
эти сдвиги могут быть следствием изменений центральных механизмов
регуляции углеводного обмена, по мнению других, причина — в усиленном
распаде гликогена печени за счет интенсивного выделения адреналина.
Достаточно закономерным при этом считают увеличение содержания мо­
лочной кислоты в крови при повышении уровня НЬСО до 30 %. Нарушения
отистого обмена при острой интоксикации СО сводится в основном к
^ « « о м у накоплению азотистых шлаков в крови, а именно мочевины,
обусловлено нарушениями антитоксической функции печени. Со стожиг)Ы ЛИпидного обмена прослежены стимуляция окисления свободных
м е н ЫХ кислот и снижение продукции триглицеридов. Электролитный оби осоГ ЯВЛЯется Дисбалансом содержания в крови и тканях кальция, магния
сепгт» ННо калия и натрия. Последнее приводит к нарушению деятельности
ндечнои мышцы.
подвеп1ТеЛЬНОе вРемя возможность развития хронического отравления СО
ПатологаЛаСЬ сомнению- ^ настоящее время общепризнано, что такая форма
РенципИИ сУществУет- Однако ввиду того, что при этом сложно дифферовать истинное хроническое воздействие СО от повторных острых
263
отравлений, вопрос был однозначно решен на основании данных эксперт
мента.
По аналогии с приведенными выше данными об остром отравлении Со
повторные многократные воздействия последнего на животных разных ви­
дов в концентрациях 2 0 0 — 1000 мг/м3 приводят к увеличению уровня H b C O
в крови до 20—30 %. Естественно, что это влечет за собой развитие кисло­
родной недостаточности и компенсаторное стимулирование эритропоэза с
увеличением числа ретикулоцитов и гемоглобина. При снижении действую­
щей концентрации СО до 50—100 мг/м3 содержание НЬСО не превышает
10 % при условии, что небольшое количество СО находится в плазме, будучи
связаннным с негемоглобиновым железом.
По аналогии с острым отравлением в эксперименте на животных при
воздействии концентраций СО в пределах 100—80—40—30 мг/м3 наблюда­
ются нарушения порфиринового обмена и обмена железа. При этом уровень
общего железа и негемоглобинового железа сыворотки возрастает [22].
С течением времени по мере развития интоксикации содержание железа в
крови уменьшается, что соответствует первоначальному повышению коли­
чества эритроцитов крови с последующим их падением. С этим согласуются
данные об увеличении уровня гемоглобина и значения гематокрита прч
30-суточном воздействии СО в концентрации 120 мг/м3 при ежедневной
8-часовой экспозиции. По результатам исследований В.А.Тетерина и
А.И.Эйтингона [62], наиболее закономерными сдвигами в условиях хрони­
ческого воздействия СО в концентрации 22 мг/м3 у крыс было увеличение
в плазме уровня негемоглобинового железа, дельтааминолевулиновой кис­
лоты и содержания копропорфирина на фоне усиленного потребления кис­
лорода. В моче при этом повышается содержание дельтааминолевулиновой
кислоты, копро- и уропорфирина. Это подтверждает закономерность нару­
шений порфиринового обмена при любых режимах воздействия СО на
организм.
Хроническое отравление СО у людей может возникнуть при длительном
вдыхании воздуха с содержанием СО в концентрации порядка 10—50 мг/м3.
Обычно при этом в крови обнаруживается 3—13 % НЬСО, в то время как в
крови у некурящих людей содержание НЬСО составляет 1,5—2 %. Со сто­
роны красной крови в условиях хронического отравления СО прослеж ены
увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов иногда на фоне ретикулоцитоза, сдвиг лейкоцитарной формулы влево, более редко наблю дается
тромбоцитоз. При этом содержание эритроцитов может достигать значении
610,2/л и выше. Однако в поздних стадиях интоксикации, а иногда уже на
начальных ее этапах, возможно развитие анемии. Описаны даже единичны е
случаи пернициозной и гиперхромной анемии с перерождением в парамиелобластлейкемию, что обычно заканчивалось летальным исходом. П рим е­
чательно, что в условиях хронического воздействия СО на людей при со­
держании НЬСО в крови в среднем 4 % в эритроцитах возрастало содержа­
ние дельтааминолевулиновой кислоты до 2,7—6,9 мкг/мл в ср ав н е н и и с
исходным (0,7—2,5 мкг/мл). В последующем это сопровождалось наруше"
нием синтеза порфиринов и гема. В целом нельзя исключить и прямое
воздействие СО на биосинтез гема в клетке. В известной мере по содержа"
нию дельтааминолевулиновой кислоты в эритроцитах можно судить о чув'
ствительности организма к СО [33]. Изменения со стороны белой кров
характеризуются разнонаправленностью, в частности может иметь м есто ка^
лейкоцитоз, так и лейкопения на фоне эозинопении, лимфоцитоза, МС??0Й
цитоза. Описана также токсическая зернистость нейтрофилов [65]. ПР
264
н и ч е с к о м воздействии СО в нейтрофилах обнаружено увеличение
й с н и ж е н и е РНК при условии падения в них активности перокси-
г При изучении воздействия СО на человека в концентрациях порядка
wv-20 мг/м3 в условиях гермокамеры на протяжении 1—3 мес обнаружены
еяуюшие закономерные изменения: сдвиг кислотно-щелочного равнове031 в сТорону ацидоза, появление в крови НЬСО в пределах 10,5—14 %, рост
°егем о гл о б и н о во го железа сыворотки до 149 мкг% при 127 мкг% в исходном
Н0стоян и и (в случае концентрации СО порядка 20 мг/м3) и снижение ин°екса каталазы [23]. Как уже указывалось выше, между содержанием НЬСО
в крови и выраженностью клинических симптомов не всегда прослеживается
ямая зависимость. Однако особенно часто этот феномен имеет место при
анализе случаев хронического отравления. Это значительно затрудняет его
диагностику. Объяснение таким фактам, когда при прогрессирующем сни­
жении уровня НЬСО в крови вплоть до нормальных величин симптомы
отравления сохраняются, заключается в том, что поступивший в организм
СО фиксируется гемоглобином в виде НЬСО и выводится из организма
после его разрушения. Исследованиями ряда авторов доказано, что СО
способен фиксироваться в клетках ряда органов, в частности печени, селе­
зенки, мышц, головного мозга. Это сочетается с возрастанием при хрони­
ческом отравлении СО содержания негемоглобинового железа плазмы [56],
в результате чего СО длительное время находится вне связи с гемоглобином.
Ростом негемоглобиного железа сыворотки можно объяснить и увеличение
содержания р-глобулиновой фракции белков сыворотки, которая содержит
в своем составе транспортную форму железа — трансферрин. Такое предпо­
ложение прямо подтверждается серией соответствующих работ, в которых
показано, что при хронической интоксикации СО рост содержания железа
в сыворотке и протопорфиринурия сочетаются с нарастанием [3-глобулиновой фракции белков сыворотки [65].
Хорошо известно, что клиника как острых, так и хронических отравле­
ний СО изобилует симптомами поражения в первую очередь ЦНС, а также
других органов и систем, что объясняется в первую очередь результатом
развивающейся гемической гипоксемии и гипоксии, а также в известной
мере блокадой ферментных систем, содержащих железопорфириновые
структуры. Для хронического воздействия характерны расстройства ЦНС:
астенический синдром, вегетативная дистония и ангиодистонический син­
дром с наклонностью к ангиоспазмам [46, 48], а также изменения психи­
ческой сферы [65]. Доказано, что хроническая интоксикация СО сопровож­
дается, нарушением функции сердечно-сосудистой системы при условии
разной степени поражения сердечной мышцы за счет гипоксии. Возможны
изменения артериального давления как в сторону гипо-, так и особенно
пертонии. Несколько менее закономерно, но тем не менее возможно
зникновение отклонений со стороны эндокринной системы, в том числе
половой сфере, а также показателей функций щитовидной железы и
надпочечников.
Ян
наконец, существуют данные о нарушениях органов чувств под влиНойем хР°нической СО-интоксикации. Это касается органа слуха (кохлеарHapvИ вестибУляРн°й части внутреннего уха), а также органа зрения с
Ушениями конвергенции, аккомодации, цветоощущения, остроты зрес о с ’ сУ
Жением полей зрения и, наконец, изменениями глазного дна в виде
той патологии сетчатки различной интенсивности.
7.1.2. Метгемоглобинемия
К поражениям крови за счет инактивации дыхательного пигмента крови
помимо карбоксигемоглобинемии, относятся патологические состояния, ко­
торые сопровождаются развитием метгемоглобинемии и сульфгемоглобинемии. Метгемоглобин — патологический дериват гемоглобина, в котором же­
лезо из двухвалентного переходит в окисленную трехвалентную форму, утра чивая при эт ом способность присоединять кислород и транспортировать его
к органам и тканям. Иными словами, в случае метгемоглобинемии по
аналогии с карбоксигемоглобинемией нарушается дыхательная функция
крови. Отличительная особенность метгемоглобинемии заключается в том
что она способствует повышению сродства кислорода к оксигемоглобину в
силу чего затруднена диссоциация последнего и дыхательная функция крови
страдает примерно вдвое больше, чем при простом падении уровня функ­
ционально активного кислорода. Замедленная реакция трансгемирования в
условиях метгемоглобинемии тоже служит косвенным подтверждением по­
вышенного сродства гемоглобина к кислороду [8]. Среди соединений, ко­
торые обладают способностью к мет- и сульфгемоглобинобразованию, наи­
более известны амино- и нитропроизводные бензола, нитриты и нитраты,
красная кровяная соль, бертолетова соль и некоторые другие вещества.
Поскольку ключевым механизмом поражения крови под влиянием веществ-метгемоглобинобразователей служит процесс метгемоглобинобразования, целесообразно осветить механизм этого процесса, который в насто­
ящее время достаточно подробно изучен [11]. В основе данного процесса
лежит окисление гемоглобина различными окислителями, в результате чего
железо гемоглобина из двухвалентного состояния (Fe2+) переходит в трех­
валентное (Fe3+), т.е. образуется метгемоглобин.
В физиологических условиях в организме человека и животных посто­
янно происходит образование и восстановление метгемоглобина, общее
количество которого в крови колеблется в пределах 0,1—2,5 %. Если бы не
происходил процесс постоянного его восстановления, то в сравнительно
короткое время (через 4—7 дней) весь гемоглобин окислился бы в метге­
моглобин.
Метгемоглобинемия в указанных пределах носит защитный характер,
обезвреживая цианиды, сероводород, фенол, янтарную, масляную и мышья­
ковую кислоты, роданиды и другие вещества путем связывания их в ком­
плексные сравнительно безвредные соединения. Полезная роль м етгем огло­
бина в физиологических условиях заключается в том, что он способствует
также каталитическому распаду перекиси водорода, являющейся обязатель­
ным компонентом в реакциях окислительной деградации гем о гл о б и н а и
образования вердоглобинов. В этом случае метгемоглобин проявляет свой­
ства пероксидазы.
Процесс восстановления метгемоглобина до гемоглобина в организме
осуществляется двумя ферментными системами: НАД-Н-зависимой и
НАДФ-Н-зависимой метгемоглобинредуктазами. При этом основную роль
играет редуктаза, зависящая от НДД Н, активность которой в 10—20 раз
выше, чем активность НАДФ-Н-зависимой метгемоглобинредуктазы как У
человека, так и у животных. Активность метгемоглобинредуктазных систем
у разных видов животных выражена по-разному. Например, у к р о л и к о в она
настолько велика, что практически предотвращает развитие м етге м о гл о б и "
немии даже при воздействии сильных метгемоглобинобразователей [64JАналогичная способность в виде высокой редуцирующей с п о с о б н о с т и по
отношению к метгемоглобину свойственна мышам [96].
266
О бразование метгемоглобина может происходить за счет прямого окисле-
емоглобина в метгемоглобин под влиянием упоминавшихся ранее веществ,
ННЯ Zв\ю очередь анилина, нитробензола и их многочисленных производных, а
в же за счет усиления эндогенного образования метгемоглобина. Последнее
^ б л ю д а ется в случае возрастания в эритроцитах уровня эндогенной пере-
На и водорода. Обычно это случается при подавлении активности таких
JheDMCHTOB, как каталаза, глютатионредуктаза, глютатионпероксидаза, что в
тоге влечёт за собой образование эндогенного метгемоглобина. ПримечаИ пьно что в процессе интоксикации метгемоглобинобразователями зачасактивность каталазы повышается, что следует расценивать как защит­
ную адаптивную реакцию.
По мнению Л.А.Тиунова [64], большинство метгемоглобинобразователей
обладают смешанным типом действия, вызывая как прямое окисление ге­
моглобина в метгемоглобин, так и косвенное за счет усиления эндогенного
метгемоглобинобразования, связанного с подавлением активности метге­
моглобинредуктазных систем. Поскольку подавляющее большинство метге­
моглобинобразователей принадлежат к амино- и нитропроизводным бензо­
ла, уместно остановиться на особенностях механизма образования метге­
моглобина именно под влиянием представителей веществ этого класса.
Многочисленные данные литературы свидетельствуют о том, что анилин,
нитробензол и другие дериваты сами по себе метгемоглобинобразующей
способностью не обладают [10]. Существуют убедительные доказательства
того, что ответственными за образование метгемоглобина при воздействии
на организм ароматических аминов и нитросоединений являются их про­
межуточные метаболиты фенилгидроксиламин (ФГА) и нитрозобензол
(НЗБ), способные обратимо превращаться друг в друга. При этом сущность
метгемоглобинобразования под влиянием системы ФГА — НЗБ заключается
в круговом ферментативном окислительно-восстановительном процессе,
первым этапом которого является реакция сопряженного окисления ФГА в
НЗБ и гемоглобина в метгемоглобин [37]. При этом НЗБ значительно
уступает ФГА в метгемоглобинобразующей активности. При внутривенном
введении изомолярных доз ФГА и НЗБ образуется соответственно 57,8 и
36,6 % метгемоглобина [93]. Вторая фаза кругового процесса образования
метгемоглобина заключается в восстановлении НЗБ вновь в ФГА с помощью
НАД Н и НАДФ-Н-зависимых редуцирующих систем, после чего весь ход
реакции воспроизводится заново. Как подчеркивает М.С.Кушаковский [36,
37], круговой окислительно-восстановительный процесс ФГА — НЗБ — ФГА
обладает высокой метгемоглобинобразующей потенцией и способен длиться
о—10 ч с момента добавления к крови ФГА, судя по результатам соответ­
ствующего эксперимента. Однако интенсивность этого процесса определя­
ется главным образом редукцией НЗБ в ФГА (т.е. второй фазой), так как
первая фаза сопряженного окисления ФГА в НЗБ и гемоглобина в метге­
моглобин протекает чрезвычайно быстро. ФГА в зависимости от дозы обесечивает образование от 60 до 700 эквивалентов метгемоглобина, в связи с
20м анилин in vivo (т.е. после превращения в ФГА) способен окислять от
НогДО
эквивалентов гемоглобина. Не исключено, что потенция указан0 процесса усиливается еще и за счет способности НЗБ восстанавливать™ только в ФГА, но и в исходное соединение, в частности анилин, хотя
происходит значительно медленнее, чем редукция НЗБ в ФГА.
Пре аким образом, ароматические амины и нитросоединения, способные
п0те!ГЩаТЬСЯ В М-гидроксидамино- и N -нитрозопроизводные, являются
Циальными метгемоглобинобразовате^шми [10]. Как свидетельствуют
267
многочисленные данные литературы, N -гидроксиламино- и особенно
нитрозобензолдериваты выделены как промежуточные продукты биотранс­
формации анилина, N -алкиланилинов, р-фенетидина, р-хлоранидина
р-нитрохлорбензола, 2-аминофлюорена, р-аминопропиофенона, что пол­
ностью согласуется с хорошо известной метгемоглобинобразующей актив­
ностью перечисленных соединений.
Установлено, что некоторые ароматические амины, такие как р-хлоранилин и р-аминопропиофенон, легче подвергаются N -гидроксилированию
чем гидроксилированию в ядро. Этим и объясняется чрезвычайно высокая
метгемоглобинобразующая активность как р-хлоранилина, намного превос­
ходящего по этому признаку анилин [11], так и р-аминопропиофенона —
одного из наиболее сильных метгемоглобинобразователей среди ароматичес­
ких аминов.
Вместе с тем, кроме промежуточных продуктов метаболизма аромати­
ческих аминов и нитросоединений, метгемоглобинобразующей активностью
обладают и их конечные метаболиты — аминофенолы, хотя они значительно
уступают по этому признаку промежуточным метаболитам. Механизм метгемоглобинобразования под влиянием аминофенолов имеет принципиаль­
ные отличия, будучи процессом неферментативным, протекающим в стехиометрических отношениях, когда 1 моль аминофенола дает 1 эквивалент
метгемоглобина. При этом аминофенолы самоокисляются, превращаясь в
хиноидные структуры, окисляющие гемоглобин в метгемоглобин, при усло­
вии, что окислителем аминофенолов служит сам гемоглобин.
При воздействии на организм веществ-метгемоглобинобразователей, поми­
мо метгемоглобина, путем окисления метиновой группы порфиринового кольца
гема, как правило, образуется еще один патологический дериват — сульфгемоглобин. Химическая структура сульфгемоглобина до настоящего времени не
идентифицирована. И хотя железо в сульфгемоглобине остается в двухва­
лентном состоянии, он лишен способности обратимо присоединять кисло­
род. Способ связи гема с глобином у сульфгемоглобина изменен за счет
включения атома серы в кольца пиррола. Это отличает сульфгемоглобин от
естественных промежуточных продуктов превращения гемоглобина — зеле­
ных пигментов (вердоглобинов).
Сульфгемоглобин никогда не встречается в нормальной крови, в отличие
от метгемоглобина — это необратимый дериват гемоглобина и остается в
эритроците вплоть до полного его разрушения. Поэтому срок сохранени я
сульфгемоглобина в крови равняется в среднем минимальному сроку ж изни
эритроцитов. Последнее предложено использовать для определения срока
сохранности эритроцитов в сосудистом русле [88].
Прямым следствием инактивации кровяного пигмента крови с возник­
новением метгемоглобинемии служит появление в эритроцитах своеобраз­
ных включений, так называемых телец Гейнца. По своей природе тельца
Гейнца представляют денатурированный и осажденный в н у тр и к л ето ч н о в
виде преципитата кровяной пигмент, что установлено в результате м ного­
летней дискуссии. Необратимая денатурация гемоглобина наступает л и ш ь в
том случае, если происходит окисление тиоловых групп глобина. Причем
этот процесс может предшествовать образованию метгемоглобина или про­
текать параллельно с ним. Ослабление связи гема с глобином, как считает
А.Э.Горн [19], служит одним из пусковых механизмов формирования телеи
Гейнца. Заслуживает внимания вопрос о причинной связи о б р а з о в а н и я
телец Гейнца с метгемоглобинобразованием. Если на примере соеди н ен и и
из класса аминов и нитросоединений бензола эта взаимосвязь четко дока268
fill то при нитратной или врожденной метгемоглобинемии образоваГейнца не происходит в силу того, что в этих случаях редуктазные
НИЯ емы д о стато ч н о быстро и на новом уровне обеспечивают восстановле°меТн ар у ш ен н о го равновесия [36].
зЗН т е л е ц
В итоге в основе образования телец Гейнца лежит окисление или блокада
х реактивных тиоловых групп глобина при условии, что превращение фер­
т а в ферригем (т.е. переход гемоглобина в метгемоглобин) значительно
Повышает вероятность окисления тиоловых групп глобина, а следовательно, и
денатурированного пигмента.
О кисление,
равно как и восстановление уже окисленных тиоловых групп
г л о б и н а , во многом зависит от восстановленного глютатиона (Г-SH). Пос­
л е д н и й / п о м и м о защиты тиоловых групп глобина, препятствует инактивации
ти о л о вы х ферментов и сульфгидрильных групп мембраны эритроцитов. Не­
даром Г-SH получил название “тиоловый щит эритроцитов”, который под­
д е р ж и в ае т красящее вещество крови в деятельном состоянии. Как правило,
под влиянием веществ-метгемоглобинобразователей запасы Г-SH истоща­
ются, хотя не исключено и увеличение уровня Г-SH, что может рассматри­
ваться как компенсаторная реакция, связанная с усиленной потребностью
в нем при восстановлении метгемоглобина. Важную роль в денатурации
к р о в я н о г о пигмента играют также SH-группы мембраны эритроцитов, по­
скольку они являются первичным диффузным барьером по предотвращению
проникновения веществ-окислителей внутрь клеток.
По данным D.Allen [79], наряду с инактивацией SH-групп мембраны
эритроцитов происходит окисление сначала двух реактивных тиоловых
групп глобина, а затем и остальных 4 SH-групп, что приводит к денатурации
молекулы гемоглобина. Денатурированный гемоглобин связывает молекулы
Г-SH, полимеризуется через водородные связи и выпадает в виде телец
Гейнца. Размеры последних прямо пропорциональны времени денатурации
гемоглобина и количеству молекул Г-SH.
Схематично процесс образования телец Гейнца может быть представлен
следующим образом [11]:
1. Окисление гемоглобина в метгемоглобин до равновесного состояния
гемоглобин — метгемоглобин.
2. Окисление двух реактивных SH-групп глобина.
3. Окисление оставшихся SH-групп глобина.
4. Денатурация и осаждение пигмента в виде телец Гейнца.
Как правило, эритроциты, содержащие тельца Гейнца, под их влиянием
разрушаются, что в итоге приводит к гемолизу с укорочением срока жизни
эритроцитов. Однако в данном случае существенную роль играют размеры
телец Гейнца. Известно, что при незначительной степени воздействия тех
же нитро- и аминосоединений ряда бензола тельца Гейнца остаются мел­
кими, иногда имея пылевидную форму [10], сохраняются в эритроците до
3 нед без нарушения их целостности. Однако чаще всего, а при выра­
женных формах отравления всегда, тельца Гейнца достигают размеров до
И более в диаметре, выделяясь из эритроцита уже на 3—4-й день и
Р зрушая его. Но вместе с тем следует отметить удивительную способность
ЕстСЗеНКИ УДалять тельча Гейнца из эритроцитов, не разрушая последние,
же е ^ТВенно>что в п е РвУ ю очередь это касается мелких включений. Конечно
геле г ® Ун и в е Рса л ь н а я реакция — разрушение эритроцитов по выходе
с ц 1ейнца из внутри- во внеклеточное пространство. В результате наряду
чего СНИем уровня гемоглобина падает и число эритроцитов, следствием
является развитие гемолитической анемии с образованием продуктов
h
269
распада метгемоглобина, при котором не происходит разрыва порфириНо
вого кольца.
Особенность гемолиза под влиянием метгемоглобинобразователей за
ключается в том, что он является вторичным. Как следствие острого гемо­
лиза развивается гиперхромная гемолитическая анемия регенераторного
типа. Об омоложении красной крови свидетельствуют ретикулоциты, появ­
ление нормобластов, телец Жолли, повышение кислотоустойчивости эрит­
роцитов, судя по уплощению кислотных эритрограмм или сдвигу вправо
Гемолитическая анемия неизбежно приводит к развитию аноксемии и
аноксии гемического типа. Как результат этого возможно токсическое вли­
яние на эритропоэз, о чем свидетельствуют такие изменения клеток красной
крови, как мегалобластоидия, кариорексис, атипизм митозов нормобластов
анизо- и пойкилоцитоз [3].
Учитывая разную степень проявления мет- и сульфгемоглобинобразующей активности, а также анемизирующего действия амино- и нитропроиз­
водных бензола предложена классификация соединений, принадлежащих к
этому классу по степени гемотоксического действия [10]. Она включает
5 градаций с учетом таких критериев, как пиковые значения сульф- и
метгемоглобинемии, число телец Гейнца и падение уровня общего гемогло­
бина и оксигемоглобина. На примере более чем 40 веществ доказано, что
более половины из них обладают гемотоксическими свойствами в чрезвы­
чайно сильной или сильной степени по одному или нескольким признакам,
хотя встречаются и такие, которые имеют их в слабой степени или даже
отмечается полное их отсутствие.
В результате изучения сравнительной гемотоксической активности в
стандартных условиях эксперимента убедительно доказано, что выраженной
способностью избирательно поражать красную кровь по типу веществ-метгемоглобинобразователей, помимо анилина и нитробензола, обладают
алкил- и алкоксипроизводные анилина (все изомеры толуидина, анизидины,
р-фенетидин, цианпроизводные этиланилина), хлоранилины, нитрохлорбензолы, динитро- и тринитротолуол, р-нитрофенетол, т - и р-нитро-о-аминоанизол [9, 10, 26].
Показатели гемотоксического действия при остром отравлении метгемоглобинобразователями. Острое токсическое действие на кровь м ет гем оглобин об­
разователей из класса аминов и нитросоединений известно давно в связи с
описанием еще в довоенные годы острых профессиональных отравлений
анилином, нитробензолом, изомерными нитрохлорбензолами, р-нитроанилином, р-фенетидином. Позже перечень этот пополнился динитробензолом,
р-хлоранилином, р-толуидином.
При этом наиболее характерным видимым симптомом острой интокси­
кации является цианоз, выраженность которого, как правило, п р о п о р ц и о ­
нальна тяжести отравления. Цианоз, проявляясь особенно на деснах, губах,
ушах, кончике носа, в основном обусловлен усиленным об р азо в ан и ем в
крови метгемоглобина и находится в прямой зависимости от его уровня.
Наличие в крови 1,4—2 г% метгемоглобина свидетельствует о развитии
острого отравления. В случаях тяжелого острого отравления содержание
метгемоглобина превышает 50 %, достигая иногда 60—80 %, находится на
уровне не более 30—50 % в случаях отравления средней тяжести и 10—12 % "
при отравлениях легкой степени [102]. При метгемоглобинемии поряДка
20—30 % она подвергается обратному развитию в течение 1—3 дней без
лечебного вмешательства, а при наличии в крови свыше 40 % м етге м о гл о бина необходимы активные лечебные меры для его ликвидации, так как
270
такой степени может привести к летальному исходу.
способность организма противостоять высокому уровню мето г л о б и н а резко варьирует в зависимости от индивидуальных особенносГ6“ Так, известны случаи благополучного исхода (острая интоксикация
те^лоранилином) при 70 % метгемоглобина [82], тогда как есть мнение [42],
Р' этот уровень не совместим с жизнью.
что Примечательно, что цианоз обусловлен не только метгемоглобинемией,
в еше большей мере появлением в крови сульфгемоглобина, который,
н? азно выражаясь, в 3 раза “темнее” метгемоглобина, так как цианоз
° Знаковой интенсивности (при уровне восстановленного гемоглобина 5 г%)
пазвивается при наличии 1,52 и 0,5 г% мет- и сульфгемоглобина соответст­
венно. Как упоминалось выше, существенным различием между острой мети сульфгемоглобинемией служит сравнительно быстрое исчезновение из
крови метгемоглобина и сохранение в ней сульфгемоглобина вплоть до
разрушения эритроцита.
Среди симптомов острого отравления метгемоглобинобразователями
обязательно присутствуют все признаки анемии (падение гемоглобина, чис­
ла эритроцитов) в сочетании с падением осмотической резистентности эрит­
роцитов. Следствием гемолиза является повышение содержания непрямого
билирубина до 20—100 % вплоть до гемолитической желтухи [28]. Билирубинемия при этом сопровождается уробилинурией. Иногда наблюдается и
копропорфиринурия, что может быть сопряжено с образованием продуктов
распада метгемоглобина, при котором не происходит разрыва порфирино­
вого кольца.
о гл о б и н ем и я
r f 7 видим ом у,
Специфическим симптомом острого гемолитического состояния при от­
равлении метгемоглобинобразователями служит появление телец Гейнца.
Между степенью анемии и интенсивностью их образования существует па­
раллелизм, поскольку именно они приводят к разрушению эритроцитов. Осо­
бенностью анемии под влиянием метгемоглобинобразователей служит де­
фицит кислородной емкости крови. В частности, имеются наблюдения, что
насыщение кислородом падает в 3—4 раза при острых профессиональных
отравлениях анилином, нитробензолом и нитрохлорбензолом на фоне воз­
растания уровня метгемоглобина до 45 % и падения гемоглобина до 39 %.
Аналогичные результаты получены в эксперименте при моделировании ост­
рой интоксикации у собак. Вполне естественно, что в таких условиях раз­
вивается кислородная недостаточность по типу гемической гипоксии. О регенеоаторном характере развивающейся анемии при остром отравлении ани­
лином, нитробензолом и их производными свидетельствуют ретикулоцитоз,
появление нормобластов, телец Жолли, увеличение диаметра эритроцитов,
анизоцитоз, а также повышение кислотоустойчивости красных кровяных
клеток, судя по сдвигу кислотных эритрограмм вправо [10]. Причиной
стимуляции эритропоэза служат продукты гемолиза и гипоксемия как спе­
цифические раздражители этого процесса. На фоне острого гемолитического
состояния под влиянием метгемоглобинобразователей (например, фенацеина) возможна метгемоглобинурия [85].
Имеющиеся экспериментальные данные [10] позволяют оценить дина5У гематологических изменений при остром отравлении метгемоглобип_ Разователями на примере анилина, нитробензола и их многочисленных
роизводных. Первой во времени развивается метгемоглобинемия с максисоле01'* Се СПУСТЯ 1>5—2 ч. При этом примерно в половине случаев падает
в кг.*3* 31111®оксигемоглобина и появляется в крови сульфгемоглобин. Позже
Рови появляются тельца Гейнца и падает общий гемоглобин.
271
Примечательно, что снижение уровня оксигемоглобина во времени зна
чительно опережает снижение общего гемоглобина, в силу чего содержани'
последнего не может в должной мере характеризовать дыхательную ф ун^
цию крови в первые часы интоксикации, когда происходит образование
большого количества неактивных пигментов (мет- и сульфгемоглобина)
которые определяются в составе общего гемоглобина. Спустя 6—7 сут под­
вергаются обратному развитию мет- и сульфгемоглобинемия. Казалось бы
это противоречит распространенному мнению [88, 92] о медленном исчез­
новении из крови сульфгемоглобина. Объяснение этому кроется в достаточ­
но быстром разрушении эритроцитов при большом количестве телец Гейнца, что имеет место при выраженном остром отравлении. Полное исчезно­
вение телец Гейнца обычно сопровождается во времени нормализацией
уровня гемоглобина (как общего, так и окисленного) или даже предваряет
ее. К особенностям динамики острой метгемоглобинемии как таковой от­
носится ее волнообразное течение, особенно ступенчатый спад, что четко
прослеживается на примере анилина. Первоначальный быстро нарастающий
пик метгемоглобинемии обязан стремительно развивающемуся круговому
ферментативному процессу взаимного превращения промежуточных мета­
болитов ФГА -> НЗБ -> ФГА. После каждого пика, длящегося не многим
более 12 ч, что соответствует примерной длительности сочетанного окисле­
ния гемоглобина в метгемоглобин и ФГА в НЗБ, уровень метгемоглобина
резко падает. Спад метгемоглобинемии уже в первые сутки можно объяснить
прежде всего быстрым выведением соединения-метгемоглобинобразователя
(в частности, анилина) из организма. Дальнейшее, хотя и менее выраженное
повышение содержания метгемоглобина в известной мере возможно обу­
словлено частичным восстановлением НЗБ не только в ФГА, но и в анилин
[86]. Но скорее всего пролонгирование метгемоглобинемии на невысоком
уровне после первоначального пика обусловлено образованием метгемогло­
бина по “хиноидному” типу под влиянием конечных метаболитов амино- и
нитропроизводных бензола — аминофенолов, о чем упоминалось выше.
Кривая падения метгемоглобина на конечном отрезке имеет пологий вид,
поскольку метгемоглобинобразование под влиянием аминофенолов (конеч­
ных метаболитов) протекает как неферментативная реакция в стехиометрических пропорциях, подчиняясь законам обычных химических реакций.
Появление при острых отравлениях телец Гейнца вслед за пиком метге­
моглобинемии согласуется с точкой зрения о том, что они являются про­
дуктами деструкции гемоглобина [19] после предварительного окисления его
в метгемоглобин [91]. Эритроциты, содержащие тельца Гейнца, обречены
на быстрое разрушение, являя собой пример ускоренного старения [95].
Следствием этого процесса и является развитие острой гемолитической
гиперхромной анемии, как итог первичной инактивации кровяного пигмента.
Наряду с избирательным поражением красной крови для аминов ряда
бензола при остром отравлении характерны расстройства функции ЦНС по
типу синдрома гипотонического возбуждения, характерного для вещ еств —
доноров водорода [38].
Показатели гемотоксического действия при хроническом отравлении метге*
моглобинобразователями. Вопрос о развитии хронических отравлений под
влиянием метгемоглобинобразователей из класса аминов и н и т р о с о е д и н е ний бензола долгое время оставался дискуссионным. Н а определенном этапе
возможность развития хронического отравления, в частности а н и л и н о м ,
вообще исключалась. По-видимому, такое ошибочное представление сло­
жилось в связи с не изученными к тому времени и общеизвестными сей час
272
привыкания к анилину, которое приводит к нормализации покаФаК й крови даже в условиях продолжающегося воздействия яда, но спра* * 0 о ц е н и в а е т с я как фаза хронической интоксикации. Поэтому в на8 шее время возможность возникновения хронических отравлений аминоСТ°н и тр о п р о и зво д н ы м и бензола признана вполне реальной. В частности,
И саны хронические профессиональные отравления анилином, р-нитро° Пи лин ом , тринитротолуолом, р-нитрохлорбензолом с синдромом анемии
flOl Есть д а н н ы е о развитии анемии в результате длительного употребления
1 енацетина как лекарственного препарата [94].
м и
Отличительная особенность анемии при хроническом отравлении аромаическими аминами и нитросоединениями — ее гипохромный характер срав­
нительно с гиперхромной анемией при остром отравлении. В остальном спе-
ифические изменения красной крови в целом аналогичны таковым, опи­
санным выше применительно к острому отравлению, включая мет- и сульфгем огл об и н ем и ю , а также тельца Гейнца. Вместе с тем клиника поражения
крови во многом зависит от фазы интоксикации. Например, хроническое
отравление ароматическими аминами на ранних стадиях характеризуется
возрастан ием гемоглобина и числа эритроцитов [51], а затем уже развива­
ются явные признаки анемии с падением гемоглобина и эритроцитов.
Прослежены особенности течения хронических анемий в зависимости
от того, какие конкретно соединения ее вызвали. Так, своеобразие анемии
при хроническом воздействии нитрохлорбензола заключается в замедленном
на начальном этапе, а затем бурном ее течении.
Грозным осложнением анемии при хронической интоксикации тринит­
ротолуолом (ТНТ) может быть развитие в отдельных случаях апластических
состояний, что совершенно нехарактерно для действия других веществ этого
класса.
Помимо специфических изменений морфологического состава перифе­
рической крови в условиях хронического воздействия ароматических аминои нитросоединений, известны и изменения ее биохимического состава.
В частности, описаны разнонаправленные изменения в содержании негемоглобинового железа сыворотки как в сторону падения, так и в сторону
повышения [15] при хронической интоксикации ТНТ, что, по-видимому,
обусловлено фазовостью ее течения. В эксперименте на животных просле­
жено увеличение содержания связанного трансферрина (сидерофидина),
отождествляемого с транспортной формой железа, т.е. негемоглобиновым
железом сыворотки, в условиях повторного воздействия анилина, нитробен­
зола, р-нитроанилина и дихлорпаранитроанилина. Такой сдвиг — вторичное
проявление регенераторной анемии, которая неизбежно сопровождается
усиленным транспортом железа из депо в костный мозг. Примечательно,
что сдвиг в сторону гиперферримии на примере р-нитроанилина сочетался
с повышением уровня железа в печени и особенно в селезенке (более чем
в 4 раза по сравнению с контрольными цифрами). Подобные изменения
можно объяснить тем, что резко выраженная гемолитическая анемия под
влиянием р-нитроанилина приводит к избыточному депонированию железа
в виде ферритина и гемосидерина не только в селезенке, но и в печени,
фямым следствием поражения красной крови при хронической интокси­
кации метгемоглобинобразователями становится вовлечение в патологичес­
ки процесс ретикулоэндотелиальной системы (РЭС), в результате чего
Развивается сплено- и гепатомегалия [31]. По данным Н.М.Василенко [10],
реди испытанных в эксперименте на предмет поражения красной крови
веществ-метгемоглобинобразователей в 24 случаях имело место увеличе­
273
ние относительной массы селезенки, что сочеталось иногда с дефицито
витамина С в этом органе. Увеличение массы селезенки объясняется гемолиМ
тической природой анемии, когда продукты гемолиза утилизируются селе'
зенкой, а в особо тяжелых случаях и купферовскими клетками печени со
скоплением в этих органах гемосидерина и гематоидина, содержащих железо
Особое место при оценке длительного (подострого и хронического^
воздействия аминов и нитросоединений ряда бензола следует отвести нару­
шениям обмена серосодержащих соединений, как правило, имеющих пря­
мое отношение к механизму их токсического влияния.
Об активном вмешательстве метгемоглобинобразователей в обмен серо­
содержащих соединений, судя по данным обширных экспериментальных
исследований, свидетельствует снижение уровня свободных SH-групп крови
под влиянием большинства (в 34 случаях из 43) производных анилина и
нитробензола. При этом особо характерен такой сдвиг при воздействии
веществ с выраженными гемотоксическими свойствами, что подтверждает
его специфичность. Еще одним доводом в пользу этого является избира­
тельность блокады SH-групп именно цельной крови, т.е. эритроцитов, при
сохранности их в сыворотке. Механизм подавления тиоловых структур в
эритроцитах может быть различным [67], а именно за счет инактивации
SH-групп глобина, цитоплазмы эритроцитов и, наконец, их мембраны.
Однако в любом случае такой сдвиг свидетельствует о нарушении стабиль­
ности эритроцитарных структур.
В ряде случаев блокаду SH-групп крови можно расценить как предуп­
реждение об угрозе окисления гемоглобина в метгемоглобин, хотя угроза
эта не всегда реализуется, как это прослежено на примере производных
нитроанилина. Следовательно, тиоловые системы эритроцитов способны
неопределенно долго ограждать гемоглобин от действия окислителей. Со­
держание восстановленного глютатиона (Г-SH) в условиях повторного воз­
действия метгемоглобинобразователей в эксперименте в большинстве слу­
чаев возрастает в 1,5—2 раза сравнительно с контролем. Это весьма суще­
ственно, если учесть, что именно Г-SH в наибольшей мере обеспечивает
защиту эритроцитов от гемолизирующих и окисляющих агентов [30], а также
активизирует фермент гемсинтетазу [27]. Скорее всего в случае воздействия
нитро-аминосоединений механизм повышения уровня Г-SH может быть
связан с ростом активности фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
(Г-6ФДГ), который характерен для регенераторной анемии любого проис­
хождения.
Как известно, рост активности Г-6ФДГ сопровождается усиленным пре­
вращением глюкозо-6-фосфата в фосфоглюконовую кислоту, в процессе
которого генерируется избыток НАДФ-Н. Водород последнего расходуется
в первую очередь на восстановление окисленной формы глютатиона (Г-SS-Г) в Г-SH. Это полностью согласуется с данными о более и н т е н с и в н о й
продукции глютатиона молодыми формами эритроцитов по сравнению со
зрелыми [55]. Еще одним механизмом образования избытка Г-SH может
служить угнетение фермента глютатионпероксидазы, катализирующей со­
пряженный процесс окисления Г-SH и восстановление эндогенной переки­
си водорода в эритроцитах. Косвенным подтверждением этому является’
во-первых, сульфгемоглобинемия, источником которой, по утверждению
G.R.Frendo (1970) и Fh.Tursz (1974) [83, 100], служит Г-SH при у сл о в и и
угнетения глютатионпероксидазы, а во-вторых, тельца Гейнца, образующиеся в результате преципитации Г-SH. Угнетение глютатионпероксидазы на
фоне метгемоглобинемии представляется вполне реальным, если учесть при*
274
м етгем о гл о б и н у пероксидазную активность и возможное ингибиро°У ме в таком случае глютатионпероксидазы по закону конкурентных взаваН т н о ш е н и й . И наконец, прирост Г-SH в присутствии метгемоглобина
иМ° ° т бы хь о б у сл о в л е н высвобождением его из формы, связанной с гемоМ° бином (всего такая форма составляет ’Д —Уз от общего содержания Г-SH
Г итроцитах) по аналогии с разрывом такой связи в случае НЬСО [36].
8 ЭРНаряду с описанными выше патогномоничными для хронической ин­
дикации метгемоглобинобразователями из класса аминов и нитросоеди^ н и й ряда бензола изменениями красной крови при их профессиональном
н ействии, а также изменениями биохимического состава крови, доста­
точно четко прослеживаются и неспецифические изменения со стороны
белой крови в виде нейтрофильного лейкоцитоза со сдвигом влево, а также
ускорения СОЭ [58].
В то же время, по данным Н.М.Василенко [10], полученным на крысах,
из 43 веществ, изученных по этому признаку, только в половине случаев
отмечен лейкоцитоз. Не исключено, что такая неоднозначность результатов
объясняется лимфоидным типом кроветворения у крыс, неадекватным та­
ковому у человека.
Возможны изменения иммунологической реактивности, в основном по
типу ее угнетения, в виде падения фагоцитарной способности нейтрофилов,
что прослежено на примере моно- и динитротолуолов, но особенно четко
при воздействии нитроанилинов. Наблюдаются также разнонаправленные
изменения таких показателей, как фагоцитарное число и фагоцитарный
индекс при длительном воздействии метгемоглобинобразователей, что со­
гласуется с фазовостью проявления симптомов интоксикации. Известны
результаты специальных исследований по оценке влияния ароматических
нитро- и аминосоединений (испытано 42 вещества) на процесс гемокоагу­
ляции. Они свидетельствуют о высокой чувствительности такого интеграль­
ного показателя гемокоагуляции, как время свертывания. Выявлено доста­
точно закономерное укорочение времени свертывания крови и гораздо реже
удлинение его (ди- и тринитротолуол). Укорочение времени свертывания
крови скорее всего служит неспецифическим сдвигом, поскольку он может
быть обусловлен, с одной стороны, изменением константных условий, ко­
торые требуются для любых ферментативных реакций, в том числе и такого
сложного ферментативного процесса, как гемокоагуляция, за счет присут­
ствия в крови чужеродных соединений (как исходных веществ, так и их
метаболитов). С другой стороны, причину ускорения времени свертывания
крови можно усматривать в усилении синтеза ферментных белков (к кото­
рым относятся и факторы гемокоагуляции) печенью, по механизму индук­
ции этого процесса химическими веществами. Если речь идет об удлинении
времени свертывания под влиянием ди- и тринитротолуола, то его можно
объяснить их общеизвестными гепатотоксическими свойствами с угнетением ферментобразовательной функции печени.
Несмотря на несомненную специфичность повреждающего действия на
кровь ароматических аминов и нитросоединений, им присущи и другие
специфические виды биологической активности, особенности которых за­
висят от химической структуры конкретных веществ. Так, к веществам, для
которых симптомы поражения печени являются ведущими, но в сочетании
^выраженными специфическими изменениями крови, относятся ди- и
тринитротолуол, изомерные нитрохлорбензолы, в известной мере р-толуиИн> з также практически не влияющие на кровь о-нитроанилин, р-ацетаинофенол (парацетамол), мононитротолуолы.
275
Для отдельных соединений из класса аминов и нитросоединений весьма
характерным является повреждающее действие на почки. В первую очередь
это касается ацетпроизводного р-фенетидина (фенацетина), а также самого
р-фенетидина. Широко известны факты развития интерстициального фена­
цетинового нефрита [80, 99] с исходом в сморщенную почку [89]. Достаточ­
но выраженными нефротоксическими свойствами обладают толуидины и
метоксидпроизводные анилина (анизидины) и нитробензола (нитроанизолы), а также моно-, ди- и тринитротолуолы и р-ацетаминофенол.
О-толуидин известен как бластомоген [35], вызывающий опухоли моче­
вого пузыря, в том числе и злокачественные [14]. Среди ароматических
аминов 2-нафтиламин известен как вещество с доказанной канцерогенной
активностью для человека — группа 1 [35]. К канцерогенам принадлежит
также фенацетин (N -ацетилпарафенетидин) (группа 2Б согласно классифи­
кации МАИР).
Одним из проявлений политропности тринитротолуола служит его спо­
собность вызывать катаракту.
Динитроанилин и хлординитроанилин являются разобщителями окисли­
тельного фосфорилирования и ингибиторами переноса электронов по ды­
хательной цепи на участке цитохромоксидазы [9].
И наконец, 2,4-динитрохлорбензол и р-фенилендиамин широко извест­
ны как классические аллергены. Таким образом, можно заключить, что
причисление нитро- и аминосоединений ряда бензола строго к ядам, изби­
рательно поражающим кровь, является в известной мере условным, во
всяком случае для некоторых из них.
7.1.3. Метгемоглобинобразователи неорганической природы
Помимо метгемоглобинобразователей из класса ароматических нитро- и
аминосоединений, специального внимания заслуживают метгемоглобиноб­
разователи, являющиеся солями азотистой и азотной кислоты, т.е. нитриты
и нитраты [76, 77]. Чаще всего это соли натрия. При этом истинными
метгемоглобинобразователями являются нитриты, а нитраты принадлежат к
ним постольку, поскольку они, попадая в организм, восстанавливаются в
нитриты за счет микрофлоры кишечника, обладающей редуцирующими
свойствами. Отсюда термин “нитратно-нитритная” метгемоглобинемия.
Особенностью образования метгемоглобина под влиянием нитритов служит
то, что реакция окисления гемоглобина в метгемоглобин протекает в стехиометрических отношениях, не будучи ферментативной и не обладая вы­
сокой потенцией, которая свойственна ферментативной реакции по типу
“анилиновой” метгемоглобинемии. Поэтому продолжительность ее в первом
случае значительно короче. К метгемоглобинобразователям принадлежит
также окись азота (единственная среди окислов азота, обладающая этим
свойством) за счет превращения ее в организме в нитриты [78]. В связи с
нитритной метгемоглобинемией возникло такое понятие как “бессимптом­
ная” метгемоглобинемия, когда уровень метгемоглобина в крови может
достигать 15 %, при отсутствии видимых признаков интоксикации (ци ан оз
и др.). Между тем, как выяснилось, “бессимптомность” в данном случае
только кажущаяся, поскольку на ее фоне прослеживаются сдвиги функци­
онального состояния ЦНС, в том числе ЭЭГ, сердечно-сосудистой системы
с изменениями ЭКГ, что сопровождается падением кислородной е м к о с т и
крови. Примечательно, что именно на примере нитратно-нитритной метге­
моглобинемии убедительно доказана гораздо более высокая ч у в с т в и т е л ь -
молоды х
организмов к метгемоглобинобразователям по сравнению со
Н° СТслы м и. Это особенно актуально в связи с наличием достаточно больвзро кол
___
r п и тьев
о й воле i воде некоторых регионов, которую
и ч uMTnflTnR
е ст в а нитратов
в питьевои
ШОГ°ебляю т люди всех возрастных категорий, включая грудных детей. Пос-
ПОТние при прочих равных условиях гораздо более чувствительны к дейстv rm n rn и
т п я с т я яв
Так, у детей пяин#»го
раннего m
грудного
возраста
ВИ их случаях развивается интенсивно синяя окраска (“ голубые” дети по
^ о м и н о л о г и и американских авторов) с нарушениями функций сердечно­
сосудистой системы и дыхания, в то время как у детей дошкольного и
Школьного возраста, а тем более у взрослых эти симптомы отсутствуют, хотя
крови повышен уровень метгемоглобина [60]. Столь высокая чувствитель­
ность к нитратам и нитритам у грудных детей обусловлена наличием у них
легко окисляющегося фетального гемоглобина и недоразвитием метгемоглобинредуктазных ферментных систем.
К метгемоглобинобразователям принадлежит также хлорат калия (бер­
толетова соль), вызывающий метгемоглобинемию с цианозом, гемолиз и в
тяжелых случаях закупорку почечных капилляров за счет метгемоглобинурии, что в итоге приводит к олигурии, анурии и почечной недостаточности,
возможна гемолитическая желтуха.
______отгл
т р ыо бТяь"
ЛСД*-1
ю м е тгем
и н о б рv азо в ател ей .
7.1.4. Поражение крови при первичном гемолизе
В отличие от гемолитических состояний, развивающихся как вторичные
явления (после предварительной деструкции гемоглобина метгемоглобинобра­
зователями), существует так называемый первичный или внутрисосудистый
гемолиз, характерный для воздействия ряда соединений. К ним относятся
мышьяковистый водород, нафталины, фенилгидразин, гидроперекись изопропилбензола и некоторые другие соединения, в частности уксусная эс­
сенция.
Механизм первичного гемолиза под влиянием ядов крови бывает двоя­
ким: гемолиз может быть вызван либо повреждающим действием яда на
оболочку эритроцитов, либо за счет вмешательства в течение ферментатив­
ных процессов, обеспечивающих целостность эритроцитов [67]. Поврежда­
ющим действием непосредственно на оболочку эритроцитов обладают мы­
шьяковистый водород, нафталины и некоторые другие соединения. Кон­
кретный механизм их действия заключается в первичной блокаде сульфгидрильных групп белков в мембранах эритроцитов. В результате происходят
конформационные изменения белковых структур мембраны, нарушаются их
связи с липидами, вплоть до разрыва. В итоге повреждается оболочка
эритроцитов. Как правило, наряду с блокадой SH-групп мембраны блоки­
руются SH-группы молекулы гемоглобина и снижается уровень восстанов­
ленного глютатиона, который играет важную роль в поддержании стабилього состояния структуры мембраны эритроцитов. Это обусловлено тем, что
^истема восстановленный глютатион — окисленный глютатион (Г-SH-T-SСо ~ своего рода буферная защита эритроцитов от действия окислителей.
Держание Г-SH может снижаться за счет окисления его гемолитиком,
систТСНИЯ СГО синтеза> увеличения распада или дисбаланса ферментных
па, ем’ РегУлирующих его уровень в клетке. Во всех этих случаях возможно
Развитие гемолиза [67].
мичеТ0150^ ваРиант механизма гемолиза заключается в ингибировании хиВеЩесКИМИ веществами ряда ферментных систем эритроцитов. К таким
твам относятся прежде всего фенилгидратан и его производные. Под
276
277
их влиянием угнетается Г-6-ФДГ как первичное звено патологической
процесса, что приводит к снижению уровня Г-SH. Конкретный механизм
такого явления заключается в том, что гемолитик, угнетая активность Г-6
ФДГ, тем самым угнетает образование НАДФН, который в качестве кофак"
тора необходим для восстановления окисленной формы глютатиона (Г-S-s'
Н) в восстановленную Г-SH. Иными словами, гемолитик подавляет актив'
ность глютатионредуктазы, за счет чего падает содержание Г-SH.
Глубинный механизм гемолиза в случае блокады фермента Г-6-ф др и
как следствие падение уровня Г-SH заключается в следующем. Помимо того
что Г-SH поддерживает стабильность сульфгидрильных структур гемоглоби­
на и белков оболочки эритроцитов, он еще обеспечивает нормальное про­
текание реакции гликолиза, поскольку многие ферменты гликолиза содер­
жат сульфгидрильные группы и поэтому нуждаются в Г-SH. Падение уровня
Г-SH в эритроците может привести к торможению в нем гликолиза к
падению содержания АТФ, что в свою очередь нарушает функционирование
“натриевого насоса”. Последнее приводит к потере внутриклеточного калия
и проникновению в эритроцит натрия и воды. Такой сдвиг ионного равно­
весия вызывает набухание эритроцита, его разрушение и в конечном итоге
гемолиз.
Нельзя упускать из вида еще один возможный механизм действия гемолитиков. Речь идет об образовании избыточного количества эндогенной
перекиси водорода за счет угнетения активности таких ферментных систем,
как глютатионпероксидаза и каталаза. Так, действие ряда гемолитиков обу­
словлено накоплением эндогенной перекиси водорода, а также экзогенного
ее поступления, что сопряжено с угнетением активности ферментов системы
глютатиона, а также каталазы. Это влечет за собой снижение гемолитичес­
кой стойкости эритроцитов и как следствие гемолиз. Именно так действуют
органические перекиси, в частности гидроперекись изопропилбензола (гипериз).
Расшифровка механизма развития гемолиза позволяет объяснить факт
существования достаточно выраженной индивидуальной чувствительности
к веществам-гемолитикам. Впервые это было обнаружено на примере неко­
торых лекарственных препаратов с антималярийной активностью, в первую
очередь примахина. Как оказалось, он вызывает гемолиз у лиц с выраженной
недостаточностью фермента Г-6-ФДГ и нестабильностью в связи с этим
Г-SH.
Именно этот феномен служит причиной развития гемолиза при таких
уровнях воздействия гемолитиков, которые являются н е д е й с т в у ю щ и м и в
обычных условиях.
Поскольку мышьяковистый водород является классическим г ем о л и ти ком, вызывающим первичный внутрисосудистый гемолиз за счет блокады
SH-групп мембраны эритроцитов, целесообразно списать на его м одели
клинику интоксикации гемолитиками с таким типом действия.
Выраженность клинических симптомов интоксикации м ы ш ь я к о в и с т ы м
водородом зависит от тяжести интоксикации. При легких формах о стр о й
интоксикации симптоматика в основном не отличается с п е ц и ф и ч н о с т ь ю Она характеризуется общей слабостью, головной болью, т о ш н о т о й , н е з н а ­
чительным ознобом. Специфическим признаком служит иктеричность склер
[59]. При выраженных формах отравления, как правило, имеет место п р о ­
дромальный период, длящийся от 2 до 8 ч, несмотря на процесс гем о л и за,
который начинается непосредственно после поступления яда в ор ган и зм Это состояние сменяется периодом бурно прогрессирующего г е м о л и з а , ко278
й сопровождается цианозом, усилением иктеричности склер, появлеТ° рЫ иктеричности кожи, болями в эпигастрии, правом подреберье и поясНИ6е на фоне нарастающей слабости, головной боли, тошноты, рвоты темНИЦ п и в к о в ы м и массами из-за примеси желчи (в особо тяжелых случаях с
Н°"влением крови), подъема температуры. Одновременно моча приобретает
поЯно-красный цвет за счет гемоглобинурии. Иногда гемоглобинурия фикТ6оуется как первый признак интоксикации. Кровь приобретает темно-крас°v!o окраску, а плазма становится розовой. Стул при этом жидкий, кровяистый. В ряде случаев гемолиз развивается настолько бурно, что количе­
ство эритроцитов падает до 1 млн/мм3 и даже ниже; также падает уровень
г е м о гл о б и н а , иногда до 5 г% [48]. Продукты гемолиза стимулируют эритропоэз что приводит к ретикулоцитозу до 200—500%о. При этом появляются
эритроциты с базофильной пунктацией, наблюдается нейтрофильный лей­
коцитоз до 15—25 тыс/мм3 со сдвигом влево, иногда лимфо- и эозинопения.
Возможно появление миелоцитов, СОЭ ускорена (22—50 мм/ч), уровень
S H -гр у п п в крови падает [21].
Бурный распад эритроцитов приводит не только к гемоглобинурии, но и к
протеинурии с развитием олигурии, анурии, азотемии и других признаков по­
чечной недостаточности, что обусловлено закупоркой почечных канальцев про­
дуктами деструкции эритроцитов. Недаром А.М.Рашевская и Л.А.Зорина
[48] специально выделяют почечный синдром при интоксикации мышьяко­
вистым водородом.
В связи с гемолизом также грубо нарушается пигментный обмен с
развитием билирубинемии первоначально за счет непрямой фракции, а в
последствии при нарушении пигментной функции печени и за счет прямой
фракции. Гипербилирубинемия приводит к появлению желтухи, которой
предшествует желтовато-бронзовая окраска кожи на фоне повышения тем­
пературы тела до 38—39 °С. Вовлечение в патологический процесс печени,
что обычно происходит на 3—5-е сутки, приводит к увеличению ее размеров,
болезненности и появлению явных симптомов нарушения функции.
Летальный исход при острой интоксикации мышьяковистым водородом
может наступить в ранние сроки от кислородного голодания, вызванного
стремительным гемолизом (“аноксемическая смерть”). В более поздние сро­
ки смерть наступает вследствие почечной недостаточности при явлениях
олигурии и даже анурии (“смерть в подостром периоде”). Морфологически
выявляется разной степени отек слизистых оболочек полости рта, дыхатель­
ных путей, легких, мозга. В почках — скопление распавшихся эритроцитов,
в тяжелых случаях — явления некроза почек и гломерулонефрита в печени —
скопление гемосидерина в клетках РЭС, в селезенке — атрофия фолликулов,
нервные клетки в состоянии отека при наличии дистрофических изменений,
а также мелких кровоизлияний и нейронофагии.
В эксперименте на животных при однократном и повторном поступле­
нии мышьяковистого водорода проявления интоксикации аналогичны та­
ковым у человека и также сопровождаются развитием гемолитического
состояния со всеми вытекающими из него последствиями.
Хронические отравления мышьяковистым водородом в эксперименте на
РЫсах при круглосуточном ингаляционном воздействии в концентрации
УDo ^
в течение 3 мес характеризовались метгемоглобинемией, падением
Сц°Вня гемоглобина и SH-групп крови, реактивными изменениями РЭС
Носезенк,и и печени, что, безусловно, сопряжено с гемолитической активдо_дЬю 121]- У человека при хроническом отравлении мышьяковистым водом наряду с симптомами анемии развиваются симптомы, свидетельст­
279
ости ряда дегидрогеназ. Гипериз обладает также свойствами окисливующие о желудочно-кишечных расстройствах, а также признаки нарушения
функционального состояния нервной системы в виде головокружений, бо­
лей в конечностях, шее, груди, животе, спине, онемения пальцев рук и ног
Возможны изменения ЭКГ. Описанные явления протекают на фоне сдвигов
общего характера в виде повышенной утомляемости, исхудания.
Механизм гемолитического действия нафталина близок к таковому
свойственному мышьяковистому водороду (64]. Поражение крови по типу
гемолиза под влиянием нафталина характерно только при хроническом
отравлении [70]. При этом, помимо признаков гемолиза, появляются тельца
Гейнца, развивается лейкоцитоз.
При подостром воздействии нафталина на крыс в дозах 0,2—0,004 LD50
снижалось число эритроцитов, появлялся ретикулоцитоз, наблюдалась полихромазия. По другим данным [49], даже при массивных повторных воздей­
ствиях картина крови существенно не менялась. В отличие от этого в
условиях хронической ингаляции насыщенными парами нафталина в тече­
ние 2—5 мес круглосуточно у кроликов имело место сначала повышение, а
затем снижение числа эритроцитов (при неизмененном содержании гемо­
глобина), что характерно для внутрисосудистого гемолиза. Одновременно с
этим наблюдались пойкило- и анизоцитоз, полихромазия и базофильная
зернистость, а также лейкоцитоз. У работающих в контакте с нафталином
изменения со стороны крови носили аналогичный характер с тем различием,
что содержание гемоглобина снижалось, появлялась тромбоцитопения, а
лейкоцитоз сопровождался лимфоцитозом. Примечательно, что при хрони­
ческой интоксикации нафталином развивались не только признаки гемоли­
за, но и достаточно характерным было помутнение хрусталика с появлением
катаракты.
К. гемолитикам-ингибиторам фермента Г-6-ФДГ относятся прежде всего
фенилгидразин и его производные.
Клиника как острого, так и хронического отравления фенилгидразином
в эксперименте на животных и согласно наблюдениям на людях представ­
ляет собой картину классического гемолитического состояния. Так, при
воздействии на кроликов и крыс снижается в первую очередь число эрит­
роцитов, значительно (в 4 раза) увеличивается количество ретикулоцитов,
падает уровень гемоглобина, в 3—4 раза возрастает содержание метгемогло­
бина. В условиях хронического эксперимента н а крысах сначала возрастает,
а затем падает активность фермента Г-6-ФДГ, аналогична динамика изм е­
нения содержания SH-групп крови [69].
У людей острое отравление фенилгидразином характеризуется с самого
начала анемией с высоким ретикулоцитозом и билирубинемией за счет
непрямой фракции, т.е. типичными признаками гемолиза. При этом появ­
ляются желтушность кожных покровов, цианоз губ, моча приобретает цвет
пива, печень и особенно селезенка увеличиваются в размерах, в области
правого подреберья — болезненность. Все это протекает на фоне обших
неспецифических симптомов интоксикации — слабости, головной боли, го­
ловокружения, тошноты.
Хроническое отравление фенилгидразином у людей протекает со сниже­
нием числа эритроцитов и уровня гемоглобина, ретикуло- и п о й к и л о ц и т о зом, появлением телец Гейнца, спленомегалией [54].
Среди ядов-гемолитиков высокой гемолитической активности, котор
сочетается с метгемоглобинобразованием, обладает гидроперекись и зо п р о
пилбензола (гипериз). Механизм гемолиза под влиянием гипериза обусЛ° _
лен угнетением ферментов, содержащих SH-группы, включая с н и ж е н
280
аКТИ вы зы вая образование метгемоглобина, при условии замедленного его
восстановления [65].
ви у животных (мышеи) резкии гемолиз вплоть до полного исчезновения
цитов и вызванная этим почечная недостаточность возникали при
3 мении гидроперекиси изопропилбензола в брюшную полость.
ВВ П ри д ей с тв и и гипериза на работающ их в контакте с ним отм ечено
нижение содерж ания гем оглобина, числа эритроцитов, лей коц и тов, а также
у р о вн я S H -групп крови [40].
7.2. Угнетение ксенобиотиками системы кроветворения
К этой категории относятся 2 разновидности повреждающего влияния
на систему крови, которые отличаются патогенетическими особенностями
угнетения гемопоэза.
Одна из разновидностей поражения гемопоэза заключается в подавлении
гем оп оэти ч еской активности всех ростков кроветворной ткани с развитием
в конечном итоге гипо- и апластических состояний. Моделью такого пора­
жения крови служит интоксикация бензолом. Сходные, но менее выражен­
ные гематологические изменения вызывают хлорбензол, гексаметилендиамин, гексаметиленимин, гексахлорциклогексан, сульфаниламидные и пира­
золоновые лекарственные препараты. Вторая разновидность угнетающего
влияния на гемопоэз характеризуется расстройством порфиринового обмена
и как следствие этого нарушением синтеза гема на стадии включения железа
в порфириновое кольцо. Таков механизм гемотоксического действия
свинца.
7.2.1. Поражение крови по типу бензольной гемопатии
Повреждающее действие на кровь по типу бензольной гемопатии сопровож­
дается снижением продукции клеточных элементов органами кроветворения и
уменьшением количества клеток в периферической крови, что определяется
термином “депрессия кроветворения” [59]. Конкретные механизмы развития
этого процесса с учетом интенсивности, длительности воздействия соответст­
вующих гематотропных веществ уместно оценить на примере бензола.
Согласно классической формуле, повреждающее действие бензола на
кровь при достаточных по интенсивности и времени уровнях воздействия в
конечном итоге определяется тремя последовательно развивающимися син­
дромами: лейко-, тромбоците- и эритроцитопенией.
Однако окончательное представление о патогенезе поражения крове­
творной системы под влиянием бензола с учетом всего многообразия гема­
тологических изменений, интимных механизмов развития каждого из трех
Упомянутых выше взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов, хаР ктеризующих бензольную гемопатию, сложилось лишь последние два де­
вятилетия. Это стало возможным благодаря накоплению и теоретическому
данЫСЛеНИЮ б°льшого числа как клинических, так и экспериментальных
ПопНЫх по проблеме “бензол и система крови”. Изменения в системе крови
Не?п вли? нием бензола есть результат специфического (гематотропного),
Те ециФического, в том числе компенсаторного, а также антигенного (гапного) или аутоиммунного его влияния [72].
в угн^ЩН° СТЬ специФического гематотропного влияния бензола заключается
етении кроветворения, которое касается всех его ростков. Одним из
281
основополагающих моментов депрессивного воздействия бензола на систему
крови служит уменьшение количества полипотентных стволовых клеток
(предшественников всех видов клеточных элементов крови в органах кро­
ветворения). Видимый признак такого явления — уменьшение клеточности
в органах кроветворения в костном мозге и селезенке [24]. Снижение
количества клеток-родоначальников может быть обусловлено прямым цитотоксическим действием на них бензола, с одной стороны, и угнетающим
влиянием микроокружения стволовых клеток — с другой.
Есть прямые доказательства того, что основной причиной уменьшения
количества стволовых клеток является изменение гемопоэзининдуцирующего микроокружения, которое представлено стромальными, в частности ре­
тикулярными клетками кроветворных органов, а также неклеточными эле­
ментами, т.е. средой для роста и развития стволовых клеток. Столь значи­
тельное угнетающее значение микроокружения на стволовые клетки объяс­
няется в первую очередь низкой пролиферативной активностью ретикуляр­
ных клеток стромы, которая за счет специфической способности накапли­
вать значительные суммарные дозы бензола еще больше угнетается. Подоб­
ного рода изменения гемопоэзининдуцирующего микроокружения стволо­
вых клеток приводят к уменьшению колоний кроветворных клеток, в ос­
новном гранулоцитарных и мегакариоцитарных и в меньшей мере эритроидных, что свидетельствует о нарушении соотношения дифференциации
ростков кроветворения. В итоге происходит сужение плацдарма продукции
стволовых клеток, особенно за счет гранулоцитопоэза при большей устой­
чивости эритропоэза [16].
Отмечено, что повреждающему действию бензола на кроветворную ткань
по типу гипоплазии всегда сопутствуют неспецифические реакции, во многом
носящие компенсаторный характер. В первую очередь это касается пула
стволовых и ретикулярных клеток. Так, на ранних стадиях, особенно при
малых интенсивностях воздействия, он усиливается, судя по количеству
стволовых клеток, находящихся в состоянии синтеза ДНК. В результате
увеличивается доля полипотентных клеток, вступающих в митотический
цикл. С одной стороны, при этом усиливается пул дифференцированных
кроветворных клеток, а с другой — истощается пул стволовых клеток. К ком­
пенсаторным реакциям костного мозга относится также усиленный переход
клеток предшественников из дремлющего в активное состояние: миелобласта в миелоцит, проэритробласта в полихроматофильный эритробласт. За счет
усиления пролиферативного пула в целом на некоторый период увеличива­
ется плацдарм кроветворения, в результате чего вытесняется жировой кост­
ный мозг за счет “гиперплазии” красного костного мозга. Это я в л я е т с я
одним из механизмов временной компенсации бензольной гемопатии, хотя
по сути имеет место скрытая патология, которая легко проявляется на фоне
нагрузочных проб.
В периферической крови неспецифические изменения проявляются нейтрофильным лейкоцитозом на фоне лимфо- и эозинопении, р е т и к у л о ц и т о з а
с качественными изменениями форменных элементов крови. П о с л е д н и е
выражаются макроцитозом эритроцитов, повышением процентного содер­
жания дегенеративно измененных лейкоцитов, их цитохимическими изме­
нениями. Как правило, наиболее х а р а к т е р н ы неспецифические о т к л о н е н и я
на ранних стадиях воздействия бензола. Одним из признаков н а ч а л ь н о й
неспецифической реакции крови на действие бензола с л у ж и т в а р и а б е л ь ­
ность гематологических показателей (размах колебаний), которая предше'
с т в у е т последующему снижению их средних значений и является с л е д с т в и е м
282
шеНия регуляторных механизмов. Теоретическая трактовка явления вагемограммы заключается в том, что в начальный период
Риа теНия пролиферативных процессов в системе кроветворения регуляторУ г м е х а н и з м ы работают в режиме “рыскания” как бы в поисках нового
п и о н а р н о г о состояния. Когда оно, наконец, достигается, наступает сни° н и е гематологических показателей. Таким образом, временные, хотя
Ж огда и достаточно продолжительные превышения средних показателей
ИНоМы это не результат стимуляции, а проявления фазности процесса.
Неспецифические реакции крови в условиях воздействия бензола нерез­
ано связаны с компенсаторными изменениями. Дополнительно к опиРанным выше проявлениям компенсации со стороны кроветворных органов
с шествуют мощные гомеостатические механизмы, направленные на пред­
о т в р а щ е н и е гематоцитопении в периферической крови. Среди конкретных
м е х а н и з м о в , противодействующих снижению числа клеток в кровяном рус­
ле помимо упоминавшегося выше возрастания пула кроветворных клеток,
о т м е ч а е т с я ускоренный выход дозревающих клеток из кровяных депо. Далее
п р о и с х о д и т перераспределение нейтрофилов и лимфоцитов между присте­
н о ч н ы м и циркулирующим пулами в пользу последнего.
Н
бельности
К числу компенсаторных относятся реакции, препятствующие снижению
суммарной функциональной активности клеток периферической крови и спо­
собствующие повышению доли активированных (более активно синтезирующих
ДНК) лимфоцитов, изменение цитохимических показателей нейтрофилов в
сторону повышения в них уровня гликогена, липидов, щелочной фосфатазы.
Сюда же относится макропланоцитоз эритроцитов, что обеспечивает при
сниженном их содержании увеличение количества транспортируемого кис­
лорода за счет активации субклеточных структур и изменений в мембранах.
И еще одним механизмом компенсации служит выработка биохимичес­
ких активных веществ: гемопоэтинов и лимфотоксина. Роль лимфотоксинов
заключается в элиминации “запрещенных” (генетически дефектных) кле­
точных клонов.
Если оценивать динамику гематологических изменений при бензольной
интоксикации с учетом приоритетности поражения ростков кроветворения,
то наибольшей чувствительностью отличается лимфоидная ткань, вследст­
вие чего угнетение лимфопоэза и гибель лимфоцитов наблюдаются как
самые ранние признаки гематотропности, когда другие кроветворные клетки
либо совсем не реагируют, либо дают лишь неспецифические реакции.
Примечательно, что различные субпопуляции лимфоидной ткани, отличаю­
щиеся гетерогенностью, неодинаково чувствительны к бензолу.
Причины столь высокой чувствительности лимфоидной ткани к бензолу
кроются в слишком большой длительности клеточного цикла, аэробном
виде обмена и высокой скорости окислительного фосфорилирования лим­
фоидной ткани. Среди лимфоидных органов наибольшей чувствительностью
к бензолу обладает тимус. При этом гомогенат тимуса мышей с бензольной
интоксикацией в отличие от ожидаемой стимуляции лимфопоэза вызывал
его угнетение. Доказано, что клеточность тимуса снижается уже тогда, когда
ет°чность лимфатических узлов и селезенки еще не изменяется. В селе­
ние клеточность уменьшается за счет малых лимфоцитов при снижении
н °ТН0Шения В/Т лимфоцитов, в лимфатических узлах — за счет равномеро снижения Т- и В-лимфоцитов.
и D силенный распад лимфоидных клеток как в органах лимфопоэза, так
лимфоцитов периферической крови на самых ранних стадиях
иствия и при малой интенсивности последнего определяет иммуноде-
прессивное действие бензола. Первой страдает Т-система иммунитета, од­
нако при выраженных формах интоксикации угнетается и В-система имму­
нитета. При этом нарушается баланс как среди лимфоцитов различной
природы, так и между иммунокомпетентными и кроветворными клетками
В результате это приводит к нарушению как иммуногенеза (угнетение антителогенеза), так и миелопоээа. Однако иммунодепрессивный эффект опере­
жает угнетение гемопоэза, проявляясь уже после однократного воздействия
тогда как снижение числа стволовых клеток наступает только в результате
повторного воздействия.
Поражение лимфоидной ткани под влиянием бензола имеет прямое
отношение и к его аутоиммунному эффекту. Об аутоиммунном механизме
действия бензола свидетельствует появление аутоантител: лейкоагглютининов, а также антиэритроцитарных и антитромбоцитарных антител еще до
появления лейкопении, анемии и тромбоцитопении. Это правомерно рас­
ценить как аутоагрессию в противоположность защитной функции антител.
Дисбаланс клеточных коопераций лимфоидной системы ослабляет им­
мунологический контроль за антигенраспознающими свойствами лимфоци­
тов, что ведет к появлению “запрещенных клонов” и как следствие усиле­
нию аутоиммунных процессов. Собственно нарушение вышеупомянутой
“цензорной” функции лимфоцитов происходит потому, что наряду с угне­
тением лимфоидной ткани, приводящей к иммунодепрессии, происходит
активация некоторых субпопуляций лимфоидных клеток, относящихся к
“запрещенным” клонам. Кроме этого, такая активация может быть обуслов­
лена антигенным (гаптенным) действием бензола [2, 47].
Антигенное (гаптенное) действие бензола является одним из трех ком­
понентов его повреждающего влияния на систему крови и проявляется
прежде всего как раздражение лимфоидной ткани. Антигенное раздражение
активирует гемопоэз в условиях, когда активированные ростки гемопоэза
приобретают повышенную чувствительность к бензолу, что усиливает его
специфический гематотропный эффект. Эти изменения развиваются в силу
как бы “самосенсибилизирующего” действия бензола, при этом может раз­
виваться сенсибилизация и к другим вредным факторам. Конкретные при­
знаки цитотоксичности вследствие антигенного действия бензола: плазматизация кроветворной ткани, возрастание гетерогенности лимфоцитов за
счет увеличения доли лимфоцитов с активированным синтезом РНК и
изменения ферментативной активности цитоплазмы лимфоцитов.
Примечательно, что иммунодепрессивный эффект бензола первичен не
только п о времени, но и п о механизму. Доказано, что именно л и м ф о и д н а я
ткань обеспечивает нормальное течение клеточных дифференцировок в про­
цессе гемопоэза. Нарушение взаимодействия между клетками лимфоидного
ряда и другими видами кроветворных клеток является ключевым и служ ит
пусковым механизмом гематотропного действия бензола. Так, т и м о ц и т ы
регулируют дифференцировку стволовых клеток в направлении э р и т р о п о э з а .
Определенные фракции Т-лимфоцитов обеспечивают г р а н у л о ц и т а р н у ю
д и ф ф е р е н ц и р о в к у . Не исключено, что регулирующее влияние л и м ф о ц и т о в
опосредовано через макрофаги. В частности, лимфоидная д и ф ф е р е н ц и р о в к а
полипотентной стволовой клетки зависит от макрофагов, р е г у л и р у ю ш и
образование Т- и В-лимфоцитов путем выделения как с т и м у л я т о р о в , так и
ингибиторов этого процесса.
Механизмы нарушения взаимодействия иммунокомпетентных и КР°®®1
творных клеток, которые приводят к гипоплазии кроветворной ткани, могут
быть различными и заключаться в следующем.
284
цитотоксическое действие Т-лимфоцитов на клетки-предше­
ственники костного мозга.
• В ы работка антител против стволовых клеток с угнетением роста эритр о и д н ы х и лимфоидных коммитированных стволовых клеток.
• В ы работка антител против гуморальных стимуляторов гемопоэза, на­
пример эритропоэтина.
• П рям ое
И з м е н е н и я лимфоидной ткани, в первую очередь с нарушениями иммуногенеза, являются не только самыми ранними, но и самыми стабильными
в о т л и ч и е от воздействия на пролиферацию стволовых клеток и других
о в е т в о р н ы х клеток на всех уровнях созревания. Длительные иммунные
сдви ги способствуют “запуску” устойчивых изменений гемопоэза.
Таким образом, в лимфоидной ткани сфокусированы все 3 эффекта
п о р а ж е н и я крови: специфический, неспецифический (с элементами ком­
пенсации) и антигенный, свидетельствующие о ее ключевой роли в развитии
бензольной гемопатии.
Бензольная гемопатия может иметь в качестве исхода злокачественное
п о р а ж е н и е крови в виде лейкоза. Согласно МАИР [IARC, 1987] и ГН
1.1.029-95, бензол считается канцерогеном. Существует точка зрения, что
хроническая бензольная интоксикация с гипоплазией органов кроветворе­
ния чаще имеет исход в лейкоз, чем в аплазию. Однако единой точки зрения
о такой взаимосвязи нет. Наряду с мнением о бензольном лейкозе как
исходе гипоплазии существует точка зрения о самостоятельном развитии
бензольного лейкоза в разных его проявлениях без предшествующих гема­
тологических изменений. При этом лейкозы и лейкемоидные состояния у
людей могут быть острыми, подострыми и хроническими по течению. Чаще
всего наблюдаются миелоидные лейкемии, реже лимфолейкозы, эритролейкемический лейкоз, лейкемический и алейкемический миелоз, эритробластоз [5]. Экспериментальные данные по вопросу о канцерогенезе бензола
свидетельствуют о возможности воспроизведения лейкоза, ангиосаркомы,
гепатомы и рака цимбаловых и молочных желез у крыс и мышей чувстви­
тельных линий [24]. Доказана коканцерогенность бензола в эксперименте
на крысах [34].
Кроме этого, косвенным признаком бластомогенности бензола служат
данные о его мутагенности по критерию учета хромосомных аббераций,
результатам теста Эймса и микроядерного теста. Оба эффекта, мутагенный
и канцерогенный, обусловлены воздействием на генетический аппарат за
счет ковалентного связывания бензола с ДНК, в первую очередь в клетках
костного мозга, что инициирует канцерогенез. Кроме этого, канцерогенная
активность может быть следствием иммунодепрессивного действия бензола,
особенно подавлением Т-клеточной системы иммунитета и тимуса. Именно
эти системы обеспечивают отторжение чужеродных опухолевых клеток, что
согласуется с тем, что иммунодепрессия является важным компонентом
Реализации процесса онкогенеза.
7.2.2. Клиника острого и хронического отравления бензолом
хапа^ЗМбНеНИЯ гематологических показателей при остром отравлении менее
ной КТеРны> чем ПРИ повторном и хроническом воздействии. При достаточ­
ен, Интенсивности воздействия (75 мг/м3 в течение 2 ч) у людей падало
яДепнЖЗНИе ЛИМФ0ЦИТ0В на фоне нейтрофильного лейкоцитоза с палочко1 ^ 2 Ым сдвигом и нормализацией гематологических показателей спустя
сУт. У животных в условиях острого отравления имели место преходя­
285
щие изменения в гемограмме, как правило, в виде лимфопении, тромбоцИтоза на фоне лейкоцитоза [5].
Однако для клиники острого отравления бензолом гораздо более характерны
расстройства со стороны ЦНС, свойственные всем веществам, обладающим
наркотическим действием, к которым принадлежит и бензол. Это может
выражаться в зависимости от степени воздействия различными состояния­
ми — от быстрой потери сознания и даже гибели до разнообразных измене­
ний неврологического статуса на фоне неспецифических симптомов — пло­
хого самочувствия в виде общего недомогания, головной боли, тошноты.
При легкой степени интоксикации все болезненные явления исчезают в
течение нескольких часов без последствий. При интоксикации средней
тяжести возможны стойкие функциональные нарушения в виде астеновегетативного синдрома [4].
При хроническом отравлении бензолом в первую очередь поражается сис­
тема крови, главным образом кроветворные органы. Принято хронические
формы интоксикации бензолом делить на несколько стадий.
Первая, наиболее легкая стадия характеризуется умеренной лейко-, нейтро- и эозинопенией и относительным лимфоцитозом, иногда нерезко вы­
раженной тромбоцитопенией, а также незначительной анемией. В крови
могут определяться антилейкоцитарные антитела, имеет место снижение
фагоцитарной активности нейтрофилов. Результатом тромбоцитопении мо­
жет быть кровоточивость десен.
Во второй стадии имеет место выраженное угнетение лейкопоэза с
лейкопенией до 2,5109/л, тромбоцитопения до 150- 109/л , эритропения с
увеличением СОЭ до 30—45 мм/ч.
В третьей стадии эритробластическая функция костного мозга настолько
поражается, что развивается анемия гиперхромного типа, реже гиперизохромная. Анемия сопровождается гипоплазией или даже аплазией костного
мозга с резким падением уровня гемоглобина и снижением числа эритро­
цитов до Ы 0 12/Л- Лейкопения достигает М О 9— 0,8 ■109/л , а тромбоцитопения
характеризуется содержанием тромбоцитов 10109/л. Изменения гемограммы
сочетаются с выраженными признаками геморрагического синдрома с
многочисленными кровоизлияниями в коже, сетчатке, упорными носовыми
кровотечениями. При этом геморрагические проявления могут иметь место
и при нормальном количестве тромбоцитов, что обусловлено н а р у ш е н и е м
их склеивающей адгезивной и агрегационной активности со снижением и
даже полным отсутствием ретракции кровяного сгустка.
Четвертая и пятая стадии бензольной интоксикации х а р а к т е р и зу ю т с я
прогрессирующим поражением органов кроветворения с я з в е н н о - н е к р о т и ­
ческими процессами на слизистой оболочке полости рта, ЖКТ, р а с п р о с т р а ­
ненными явлениями геморрагического диатеза. Возможны массивные профузные кровотечения. Иногда появляются незаживающие язвы в м естах
наибольших кровоизлияний. Все это сопровождается высокой С О Э и т я ж е ­
лой анемией.
Наряду с классической динамикой гематологических изменений: л ей к о ­
пения — тромбоцитопения — эритропения, достаточно часто в с т р е ч а ю т с я
случаи с преимущественным сильно выраженным поражением э р и т р о п о э з а ,
когда гипопластическая анемия протекает без тромбоцитопении. И н огд а в
начальном периоде тромбоцитопения сочетается с выраженным н е й т р о фильным лейкоцитозом, который постепенно подвергается обратному Раз'
витию, и через 1—2 года наступает лейкопения. В начальных с т а д и я х ^ин­
токсикации в качестве компенсаторной реакции возможно усиление лей ко286
поэза в основном за счет гиперпродукции дозревающих клеток с
и
эритр
п о с т у п л е н и е м в кровяное русло нормо- и мегалобластов и других
у си л е н н ы м и
иеэрелых^ ^яЖелая степень бензольной интоксикации с истощением кровения и развитием апластической анемии обычно обусловлена индивитВ° Р ен о й ч у в с т в и т е л ь н о с т ь ю . Весьма характерны изменения морфологичесД^ЗЛСостава пунктатов костного мозга при гипопластических анемиях. Они
к0Г° аются увеличением содержания молодых форм гранулоцитов и сниВЫнием числа сегментоядерных нейтрофилов. Именно за счет последних
*поисходит общее снижение содержания элементов миелоидного ряда. Одш ю е м е н н о
наблюдается увеличение количества эритронормобластов на
Лоне ретикулоцитоза. Далее, в пунктате костного мозга может оказаться
с н и ж е н н ы м число миелокариоцитов при увеличении числа ретикулярных
клеток и гемоцитобластов. Часто имеет место повышение клеточности кост­
ного мозга за счет ретикулярных, плазматических клеток и гемоцитобластов.
Бензольная интоксикация может сопровождаться гиперпластическими
процессам и в костном мозге в виде лейкозов и лейкемоидных реакций.
Течение лейкозов может быть острым, подострым и хроническим. П р и этом
чаше всего развиваются миелоидные лейкемии, реже лимфолейкозы, эритролейкемические лейкозы, лейкемический миелоз, эритробластоз. Таким
образом, гематотоксичность бензола отличается значительным полиморфиз­
мом.
К наиболее тяжелым видам бензольной гемопатии, которые могут при­
вести к летальному исходу, относятся апластическая анемия, панцитопения,
тромбоцитопеническая пурпура, острая миелобластическая анемия, эритро­
лейкемия [84].
Морфологические изменения при вскрытии характеризуются в первую
очередь множественными кровоизлияниями во внутренних органах, струк­
турах мозга, на слизистых и серозных оболочках, а также в коже. Костный
мозг трубчатых костей, грудины и ребер в зависимости от стадий желтова­
то-красный или темно-красный. Кроветворная ткань находится в состоянии
различной степени гипоплазии вплоть до аплазии по типу панмиелофтиза.
Могут быть поражены все ростки костного мозга. Бензольная гипоплазия
кроветворения такого типа приводит к повышению титра антител к эрит­
роцитам, гранулоцитам, лимфоцитам костного мозга, что свидетельствует
об иммунной перестройке. При этом часто появляются противопеченочные
и противопочечные антитела, а также антитела в ткани мозга.
Реже встречается гиперплазия костного мозга в сочетании с очагами
экстрамедуллярного кроветворения в печени, селезенке, лимфатических узлах- Это сопровождается избытком гемосидерина в органах, придающего им
ржавый оттенок. Паренхиматозные органы отличаются дистрофическими
изменениями, а также “плазматизацией” тканей.
Биохимические изменения в клетках крови касаются изменения активости ряда^ ферментов. Наиболее закономерен рост активности (3-глюкуроидазы нейтрофилов независимо от степени воздействия бензола. Для вы­
раженных форм отравления характерно уменьшение активности миелопексидазы и увеличение содержания липидов в нейтрофилах. В качестве
птационных реакций со стороны нейтрофилов прослеживается рост акв *0С™ лизосомальных ферментов: кислой фосфатазы и р-глюкуронидазы.
Ноет п ЦИТЗХ на®людаются биохимические сдвиги аналогичной направленИз И- Примечательно, что для лиц молодого возраста наиболее характерны
нения клеточного состава костного мозга (в основном ядросодержащих
287
элементов), тогда как у лиц старшего возраста гораздо более выражены
изменения в периферической крови.
Наряду с поражением кроветворения для хронической бензольной ин­
токсикации характерны закономерные нарушения со стороны нервной сис­
темы в виде астеновегетативного и астеноневротического синдрома, а также
токсической энцефалопатии различной степени.
Существует мнение [29], что нарушение белкового обмена (положитель­
ная тимоловая проба, диспротеинемия), липидного и ферментного обменов
могут предшествовать ранним гематологическим изменениям, что объясня­
ется воздействием бензола на печень.
Нормализация патологических сдвигов, развивающихся в процессе хро­
нической интоксикации бензолом, может затягиваться до 10 лет и более.
Данные эксперимента в целом подтверждают и дополняют особенности
клиники бензольной интоксикации у людей. Наиболее чувствительными
животными для моделирования бензольной гемопатии являются кролики.
Состояние периферической крови характеризуется при этом снижением
уровня гемоглобина, изменением цветового показателя, гематокрита, появ­
лением ядросодержащих эритроцитов, анизо- и пойкилоцитозом, лейкопе­
нией, базофильной зернистостью и вакуолизацией протоплазмы нейтрофилов, изменением числа и свойств тромбоцитов [5]. У кроликов при введении
им бензола в дозе 0,1 мг/кг подкожно через день в течение 13 мес отмечались
существенные изменения костномозгового кроветворения, в первую очередь
нейтрофилопоэза и эритропоэза при наличии лейкопении.
В условиях хронического воздействия малых доз бензола (0,1—0,4 мг/кг)
у кроликов и мышей развивались изменения клеточного иммунитета, пред­
шествующие появлению специфических гематологических сдвигов [66].
В эксперименте на кроликах при длительном ингаляционном и подкож­
ном поступлении бензола в организм доказана его тропность к гипоталамогипофизарно-надпочечниковой системе. Установлено также гонадотокси­
ческое действие бензола на крысах (как самцах, так и самках), что вызывало
негативные последствия по отношению к потомству.
И наконец, есть множество экспериментальных данных о наличии у
бензола тератогенных, мутагенных свойств с соответствующими хромосом­
ными нарушениями, влиянием на синтез РНК и ДНК, а также канцероген­
ного эффекта по отношению к костномозговым гемопоэтическим клеткам
[81, 101]. Имеются доказательства гепатотоксичности бензола и его канце­
рогенное™ в опытах на крысах [97].
7.2.3. Вещества с бензолоподобным действием на кровь
Хлорбензол оказывает токсическое влияние на кровь, а н а л о г и ч н о е бен­
золу. Однако степень гемотоксического эффекта при этом с у щ е с т в е н н о
уступает бензольной гемопатии. Изменения в крови у людей при х р о н и ч е с ­
кой и н т о к с и к а ц и и хлорбензолом выражаются лейкопенией, о т н о с и т е л ь н ы м
лимфоцитозом, умеренной тромбоцитопенией при наличии кровоточивост^
десен и слизистой оболочки носа. Возможно развитие н о р м о х р о м н о й ане
мии с тенденцией к макроцитозу в сочетании с лейкоцитозом за сче^
лимфоцитоза и эозинопении. При этом изменения белой крови могут р*5
виваться без нарушений со стороны показателей красной крови [12].
В эксперименте на кроликах при введении им под кожу 0,9 мг'*
хлорбензола после 20 инъекций в периферической крови возрастало пр
центное содержание палочкоядерных нейтрофилов и псевдоэозинофил
288
отсутствии изменений в костном мозге. Введение хлорбензола в дозе
ПРИ мг/кг в желудок кроликам в течение 9 мес приводит к у гн ет ен и ю
т о о п о э з а с падением в крови уровня гемоглобина и числа эритроцитов,
Э^изо- и пойкилоцитозом, ростом числа ретикулоцитов и тромбоцитов и
д а в л е н и е м митотической активности клеток костного мозга. При этом
меняется ряд параметров эритроцитов, характеризующих их функциональ­
нее состояние, а именно: объем, толщина, размеры, индекс сферичности,
Н°д е р ж а н и е фосфолипидов и сульфгидрильных групп, активность дыхатель­
ных и гликолитических ферментов [12].
Гексаметиленамин обладает специфическим гематотропным действием
в э к с п е р и м е н т е на животных (крысах) при повторном воздействии в дозе
2 мг/л в желудок. При этом происходит обеднение костного мозга клеточ­
ными элементами с уменьшением и дегенерацией мегакариоцитов. В пери­
ф ерической крови лейкопения за счет лимфопении [17].
Гексаметилендиам ин относится к веществам, действующим на кровь
сходно с бензолом. У животных (крысы) при подостром воздействии в крови
снижалось содержание эритроцитов и гемоглобина на фоне возрастания
числа лейкоцитов и ретикулоцитов и падения уровня SH-групп крови.
У кроликов в условиях хронической ингаляционной затравки в концентра­
ции 10 мг/м3 в течение 6 мес падало содержание гемоглобина, повышалось
число эритроцитов и лейкоцитов (за счет лимфоцитов и сегментоядерных
нейтрофилов). При введении в желудок кроликам гексаметилендиамина в
дозе 0,05 мг/кг на протяжении 6 мес наступало снижение содержания
лейкоцитов [75].
Гексахлорциклогексан будучи ядом политропного действия вызывает сре­
ди прочих нарушений поражение системы кроветворения. Так даже в ре­
зультате острого отравления у мышей и кроликов наступает анемия со
снижением насыщенности крови кислородом на фоне выраженного лейко­
цитоза. По данным наблюдения на людях известны аналогичные случаи,
клиника острого отравления которых характеризуется кровотечениями из
носа. Как следствие острого отравления могут развиться агранулоцитоз,
лейкемические состояния, анемия.
Наиболее четко угнетающее влияние гексахлорциклогексана на гемопоэз
проявляется в условиях хронического отравления. При этом происходит
тотальная гипо- и даже аплазия костного мозга с развитием панмиелофтиза.
^то сопровождается анемией, агранулоцитозом, тромбоцитопенией и может
заканчиваться летальным исходом. В качестве причин гемодепрессии в
Данном случае рассматриваются прямое цитотоксическое действие, сенсиилизация (очевидно, за счет аутоиммунных процессов по аналогии с бенолом), а также ферментативные нарушения в виде недостатка Г-6-ФДГ
эритроцитов [39].
7.2.4. Первичное токсическое угнетение синтеза гемоглобина
3 П°Ражение крови, обусловленное первичным нарушением синтеза гема, выкровь>т Свинеи' и его соединения. Механизм токсического действия свинца на
нос хаРа кте РизУ ется вмешательством его в порфириновый обмен, в частсинте в ПРои,есс синтеза гема, представляющего собой железопорфирин. Био-
костн3 Г6Ма осУществляется в основном в митохондриях эритробластов
ТативнГ°” мозга и пРеДставляет собой сложный многоступенчатый ферменгема ЯЫИ пР°цесс (схема 7.1). Как известно, исходным продуктом синтеза
вляется глицин вместе с сукцинил КоА. Последний образуется из
10'7127
289
С х е м а 7.1. БИОСИНТЕЗ ТЕМА
fib iT O K
AJIK, которая в повышенных количествах выделяется с мочой.
J13
врем ен н о с тормозящим действием свинца на дегидратазу AJIK аналоное возд ей стви е оказывается и на ферменты декарбоксилазу и гемсинГИтазу В следствие этого в эритроцитах накапливается избыток уро- и проте о р ф и р и н а [71]. Причем по мере усугубления свинцовой интоксикации
янтарной кислоты и коэнзима А. При взаимодействии глицина с сукцинил
КоА вначале образуется а-амино-р-кетоадипиновая кислота. Фактически
первый этап синтеза гема — это синтез дельтааминолевулиновой кислоты
(AJIK) в янтарно-глициновом цикле при участии фермента синтетазы АПК
при условии, что коферментом этой реакции служит производное вита­
мина В^-пиридоксальфосфат. Следующая ступень синтеза — превращ ение
AJIK в порфобилиноген под влиянием дегидратазы AJIK. Далее через про­
межуточные продукты синтеза уро- и копропорфирин, после воздействия
на последний фермента декарбоксилазы (копрогеназы) образуется непосред­
ственный предшественник гема протопорфирин. Превращение п р о то п о р ф и рина в гем осуществляется благодаря включению в его молекулу д в у х в а л е н т ­
ного железа, причем катализатором этого процесса является фермент гемосинтетаза.
Угнетающее действие свинца на биосинтез гема обусловлено его инги­
бирующим влиянием на ферменты, катализирующие синтез гема. Сущность
такого ингибирующего влияния заключается в том, что свинец блокируе^
функционально активные центры ферментов: сульфгидрильные (SH), кар
боксильные и аминные группы. Особенно характерной является блокад
SH-групп ферментов, участвующих в синтезе гема, что, впрочем, свойстве
но всем “тиоловым” ядам, к которым принадлежит и свинец.
В результате падения активности фермента дегидратазы AJIK образуе
290
^отношение между количеством избыточного количества копро- и протоСорфирина смещается в сторону последнего [6]. Такое изменение первона­
ч ал ьн о й пропорции между копро- и протопорфирином, по-видимому, обу­
сл о в л е н о двояким влиянием свинца на порфириногенез. С одной стороны,
уровень протопорфирина возрастает за счет стимулирования на первом
этапе декарбоксилирования копропорфирина (фермент копрогеназа) с пре­
вращ ением его в протопорфирин, а с другой стороны, уровень последнего
возрастает благодаря торможению процесса включения железа в протопорфириновое кольцо. По мере развития интоксикации стимулирующее влия­
ние на декарбоксилирование копропорфирина снижается, однако дисбаланс
в содержании копро- и протопорфирина в крови с преобладанием послед­
него сохраняется. Это объясняется усиленным выведением копропорфиринов с мочой, тогда как для протопорфирина почечный барьер непреодолим.
Следовательно, в целом сдвиг соотношения копропорфирин/протопорфирин объясняется опять-таки двумя механизмами: гиперпродукцией прото­
порфирина с нарушением его утилизации, а также усиленным выведением
копропорфирина с мочой. Помимо традиционного пути образования про­
топорфирина из копропорфирина (см. схему 7.1), возможно его образование
непосредственно из AJIK.
Особенности вмешательства свинца в обмен порфиринов определяет
появление ранних признаков его воздействия на организм. Так, самыми
ранними диагностическими показателями влияния свинца на систему крови
служит появление в моче дельтааминолевулиновой кислоты в сочетании с
копропорфиринурией, а также протопорфиринемия. Угнетение биосинтеза
гема как такового приводит к дефициту гемоглобина. Поскольку при этом
нарушается включение железа в молекулу протопорфирина, в эритробластах
и эритроцитах появляется избыток неутилизированного железа (в виде гранул),
вследствие чего они превращаются в сидеробласты и сидероциты.
Нарушение синтеза гемоглобина приводит к стимуляции красного ростка
костного мозга, что сопровождается ретикулоцитозом и появлением базоФильно-зернистых эритроцитов, что свидетельствует об омоложении крас­
ной крови. При этом ретикулоцитоз и базофильная пунктация эритроцитов
ычно регистрируются параллельно. Существует точка зрения, согласно
оторой базофильная зернистость имеет протоплазматическую природу и
э * влени<г ее обусловлено усилением регенераторной активности в сфере
в 3JP °no33a- По мнению И.А.Кассирского (1970), базофильная зернистость
колл Т^°^ЛаСТаХ И эРитРоцитах является следствием дезинтеграции кислого
СЛу ж
Г а > т е- рибонуклеиновой кислоты, содержащейся в ретикулуме, что
ПримТ Д0СТ0ВеРным Доказательством ее костномозгового происхождения,
не всеЧаТеЛЬН° ’ ЧТ° Увеличение числа базофильно-зернистых эритроцитов
°ба эти13 сопРовождается анемией так же, как и ретикулоцитоз. Поэтому
системе СИмпто^ а являются наиболее ранними признаками изменений в
строго кРасн°й крови. При этом базофильная зернистость не является
^иянир0611
т°ксического воздействия свинца, появляясь и под
Рода анМ Д^ гих ЯД°В крови (бензол, мышьяковистый водород, оксид углеУглер0л и^ ин), а также ряда нейротоксических веществ (сероводород, сероД> оензин и т.д.), однако наиболее закономерно ее появление при
Ъг
291
поступлении в организм свинца. Все же чрезвычайная лабильность этого
признака — быстрое появление и столь же быстрое исчезновение базофильно-зернистых эритроцитов даже при непрерывном контакте со свинцом'
отсутствие корреляции с признаками анемии снижает диагностическую цен­
ность базофильной зернистости, если она регистрируется изолированно в
отсутствие других показателей свинцовой интоксикации [48].
Уже на ранних этапах свинцовой интоксикации развиваются грубые
отклонения в обмене железа прежде всего за счет торможения его утилиза­
ции в процессе биосинтеза гема, а следовательно, гемоглобина. Причем
именно подавление утилизации железа при образовании гема из протопорфирина является строго специфичным, так как образование других железо­
содержащих порфиринов при этом не страдает. Одним из наиболее значи­
мых изменений в обмене железа является накопление его избыточного
содержания в плазме в силу того, что угнетается процесс его включения в
протопорфирин. Однако имеют место и другие нарушения в обмене железа.
Как известно, до момента включения железа в ядро протопорфирина оно
выделяется из сидерофидина (трансферрина) плазмы, внедряется в строму
эритроцитов и соединяется с белком. Далее происходит освобождение же­
леза из стромы и поступление его в цитоплазму, и только потом осущест­
вляется включение железа в протопорфирин. Имеются доказательства того,
что свинец способствует задержке железа в строме эритроцитов, следствием
чего служит появление в ней при сатурнизме гранул железа. В результате в
костном мозге появляется большое количество сидеробластов, а в крови —
сидероцитов. Однако поскольку возможен усиленный синтез протопорфи­
рина непосредственно из AJ1 K, то протопорфиринемия не всегда сопровож­
дается гиперсидеремией.
Важным моментом в патогенезе свинцовой гемопатии служит нарушение
синтеза не только гема, но и глобина, который, как известно, относится к
важнейшим регуляторам нормального биосинтеза гема.
При достаточной интенсивности воздействия как конечный результат
токсического влияния свинца на красную кровь развивается гипохромная
гиперсидеремическая сидеробластная анемия.
Одной из особенностей свинцовой анемии служит появление в крови
гемоглобина фетального типа, что является следствием напряженного эритропоэза [57]. По данным наблюдений на людях, в фазе свинцовой инток­
сикации, предшествующей анемии, прослежено появление фетального ге­
моглобина порядка 4,5 % (при норме 1,7 %) параллельно с падением коли­
чества SH-групп крови. Кроме этого, отмечено нарастание уровня “ м ал ы х ”
фракций гемоглобина А (основного типа гемоглобина у взрослых), а и м ен н о :
гемоглобина А2 и А4 в количествах, вдвое превышающих таковые в н о р м ал ьн о й
крови. Такие сдвиги свидетельствуют об извращении синтеза не только гема,
но и глобина, поскольку перечисленные гемоглобины отличаются от гем огло­
бина А различной структурой глобина и повышенным сродством к кислородуВ результате появляются внутриэритроцитарные антитела.
Нарушение порфиринового обмена — не единственный механизм по­
вреждающего действия свинца на красную кровь. Об этом с в и д е т е л ь с т в у е т
способность свинца вызывать гемолиз эритроцитов, который о б у с л о в л е н
ингибированием защитных систем, предохраняющих мембраны э р и т р о ц и т о в
от перекисного окисления [50]. Это доказано в опытах in vitro и с в и д е т е л ь ­
ствует об окислительном характере гемолиза. Имеются и другие о б ъ я с н е н и я
происхождения гемолиза при свинцовой интоксикации. По одним д а н н ы м ,
свинец поражает эритроциты, циркулирующие в крови, приводя к п отере
292
эластичности, вследствие чего они становятся более хрупкими, менее
в связи с чем продолжительность их жизни сокращается. Есть
УсТпериментальные данные, свидетельствующие о том, что повышение проЭК<п а е м о с т и мембран эритроцитов под влиянием свинца сопровождается
нитерей калия. Существует точка зрения, также основанная на результатах
п°сПер и м е н т а , согласно которой свинец в организме взаимодействует с неорэ к и ч е с к и м фосфатом в клетках, вызывая образование нерастворимого неак^вного тиофосфата с одновременным освобождением свободной кислоты,
т зы в аю щ ей повреждение мембран эритроцитов [48]. И наконец, господству­
ющее м н е н и е о природе гемолиза при воздействии свинца заключается в том,
что свинец первично поражает клетки эритроидного ряда в костном мозге,
вы зы вая продукцию изначально неполноценных эритроцитов, которые
легко подвергаются гемолизу. Свинец поражает эритробласты, находящиеся
в стад и и митотического деления, в результате чего усиленно продуцируются
эл ем ен ты эритробластического ростка с образованием малостойких базоф и л ь н о - зернистых эритроцитов с последующим вторичным гемолизом.
Одним из проявлений токсического действия свинца на красную кровь
служ ит снижение эритропоэтической активности плазмы, в результате чего
то р м о зи тс я процесс созревания клеток красной крови [2 0 ].
Токсическое влияние свинца на клетки красной крови непосредственно
связано с воздействием на морфофункциональное состояние эритробластов
и эритроцитов с нарушением происходящих в них биохимических процес­
сов. Высокой чувствительностью к свинцу обладают мембраны эритроблас­
тов и эритроцитов. Это обусловлено агрегацией низкомолекулярных белков
с образованием крупных фрагментов высокомолекулярных белков за счет
увеличения активности протеолитических ферментов [68 ]. Наиболее выра­
жено повреждающее действие свинца на мембраны в виде разбухания де­
маркационных мембран у мегакариоцитов [20]. Судя по данным экспери­
ментов на крысах, происходят глубокое втягивание мембраны цитоплазмы
и ядер эритробластов, частичная дезагрегация ядер, накопление рибосом,
уменьшение доли полирибосом, увеличение количества крист в митохонд­
риях, повышение электронной плотности эндоплазматического ретикулума.
Среди органедл клеток костного мозга наиболее чувствительны к свинцу
митохондрии и полирибосомы. При этом в клетках костного мозга накап­
ливаются гранулы, состоящие из железа и фосфора, что является причиной
повышения электронной плотности клеточного состава костного мозга.
Свойственное свинцу угнетающее действие на биосинтез гема во многом
обусловлено нарушением нормального течения биохимических процессов.
В опытах in vitro на эритроцитах показано, что свинец инактивирует многие
ферменты, а именно, каталазу, Г-6 -ФДГ, глютатионпероксидазу, глютатионредуктазу на фоне снижения уровня глютатиона. Кроме этого, свинец
Угнетает монооксигеназную активность микросомальной фракции печени,
УДУмн ингибитором IV группы, согласно соответствующей классификации
1°3] способствует снижению уровня цитохрома Р-450, что прослежено при
ведении в организм свинца в дозе 10— 100 мкмоль/кг.
Влияние свинца на клеточном уровне во многом определяется его сродв°м к кальмодулину, низкомолекулярному Са-связывающему белку. Поседний регулирует функционирование многих ферментных систем (фосфоДиэстеразЬ1) киназы, фосфорилазы, фосфолипаза, кальций-зависимая АТФа), а также многих клеточных процессов, в частности клеточную пролиj Рацию, фосфорилирование мембран, высвобождение нейромедиаторов,
п°лимеризацию микротрубочек, многие постсинаптические и ядерные
ИХ о й ч и в ы м и ,
293
процессы. Взаимодействие свинца с кальмодулином приводит к вытеснению
из последнего кальция и накоплению его избытка в клетке. Поэтому накоп­
ление кальция в клетке — высокочувствительный тест на цитотоксичность'
поскольку появление избыточного количества кальция предшествует мопфофункциональным изменениям клетки. Ингибирующее влияние свинца на
кальмодулин объясняется тем, что кальмодулин способен связывать не толь­
ко кальций, но и ионы тяжелых металлов, к которым относится свинец
Причем сродство кальмодулина к свинцу даже выше, чем к кальцию. Соб­
ственно в силу этого свинец вытесняет кальций из кальмодулина. Это
подтверждено in vitro на модели эритроцитов человека. Можно считать
доказанным, что кальмодулин является мишенью для свинца, как, впрочем
и для других тяжелых металлов [68].
При свинцовой интоксикации в результате многолетнего контакта со
свинцом развиваются изменения белой крови в виде абсолютного снижения
палочкоядерных нейтрофилов со сдвигом вправо и увеличения числа деге­
неративных форм нейтрофилов. При этом, судя по данным производствен­
ных наблюдений, уменьшается содержание ДНК и увеличивается содержа­
ние РНК в нейтрофилах [20]. Как правило, нарушения обмена нуклеиновых
кислот имеют место при наличии явных признаков анемии.
Обладая специфическим токсическим влиянием на кровь, свинец вместе
с тем относится к ядам с политропным характером действия, поражая,
помимо системы крови, нервную и периферическую нервную систему, со­
суды, печень, вмешиваясь в обменные процессы, в частности синтез белка,
вызывая гонадо- и эмбриотоксическое действие [52, 59].
ЛИТЕРАТУРА
1.
Авилова Г.А., Карпухина Е.А. Бензол. — В кн.: Научный обзор советской литера­
туры по токсичности и опасности химических вещ еств/П од ред. Н.Ф.Измерова. — М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1985. — 43 с.
2.
Алиева З.А. — В кн.: III съезд гигиенистов и санитарных врачей Азербайджана
3.
Артамонова В.А., Кашубин В.Г. и др. Вопросы ранней диагностики и терапии
(Тез. докл.) — Баку, 1975. — С. 203.
интоксикаций метгемоглобинобразователями. — В кн.: Актуальные проблемы
ранней диагностики и профилактики профессиональных заболеваний химичес­
кой этиологии. — Л., 1973. — С. 53—57.
4.
Артамонова В.Г., Шаталов Н.Н. Профессиональные болезни. — М.: Медицина,
5.
Бандман А.Л. Ароматические углеводороды — производные бензола. — В кн.:
1 9 8 8 .- 415 с.
Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводоро­
дов: С правочник/П од ред. В.А.Филова. — Л.: Химия, 1990. — С. 111 — 140.
6.
Барам М.Г. О нарушениях порфиринового обмена при сатурнизме. — В кн..
Материалы I республ. науч. конф. профпатологов Таджикистана. — Д уш анбе,
1968.- С . 114-117.
7.
Белявская Л. И. и др. О восстановлении транспортной функции гемоглобина в
случаях острых отравлений окисью углерода. — В кн.: М о р ф о ф у н к ц и о н а л ь н ы е
особенности адаптации организма. —Л.: Медицина, 1988. — С. 17—18.
8.
птгояеожашие органические соединения: Справочник/П од ред. Б.А.Курляндского и В.А.Филова. - СПб.: Химия, 1992. - С. 8 8-242.
Василенко Н.М. Токсикология ароматических аминов и нитросоединений бен-
11
И
13
Василенко Н.М., Сонкин К С . и др. К вопросу о бластомогенной опасности
толуидинов и ее проф илактика. — В кн.: П роф ессиональны й рак: Сб. научн.
тр. — Вып. 2. — М., М НИ И гигиены им. Эрисмана, Комитет по канцерогенным
веществам, 1981. — С. 85—88.
14
Василенко Н.М., Сонкин К С . и др. Клинико-гигиенические параллели в совре­
менном производстве толуидинов//Врач. дело. — 1979. — № 4. — С. 110—113.
15. Велдинг Е.И., Пискунова В.В. Обмен железа при токсических анемиях. — В кн.:
Материалы по вопросам гигиены труда в клинике профзаболеваний. Вып. 7. —
Горький, 1957. — С. 8—12.
16. Гаврилов О К., Файнштейн Ф.Э., Турбина А. С. Депрессия кроветворения. — М.:
Медицина, 1987. — 256 с.
17. Гадаскина И.Д. Нитро- и аминосоединения жирного и полиметиленового ряда. —
В кн.: Вредные вещества в промышленности. II. Органические вещества: С пра­
вочник для химиков, инженеров и врачей/П од ред. Н.В.Лазарева и Э.Н.Левиной. — Л,: Химия, 1976. — С. 210—245.
18. Гаркави Л.Х., Квакина Е.Ю., Уколова М.А. Адаптационные системы организма, —
Ростов-на-Дону, 1977. — 120 с.
19. Горн А.Э. Цитохимическое исследование свойств и кинетика образования мет­
гемоглобина в отдельных эритроцитах: Автореф. дис. д-ра биол. наук. — Л.: И н-т
Цитологии АН СССР, 1968. — 30 с.
20. Гродецкая Н.С. Свинец. — В кн.: Научные обзоры советской литературы по
токсичности и опасности химических веществ/Под ред. Н.Ф .Измерова. — М.:
Центр международных проектов ГКНТ, 1983. — 43 с.
21. Давыдова В.И. М ыш ьяк и его соединения. — В кн.: Вредные химические веще­
ства. Неорганические соединения элементов V—VIII групп: С правочник/П од
Ред. В.А.Филова. - Л.: Химия, 1989. - С. 82-102.
22. Даценко И И. Некоторые биохимические сдвиги в организме при хронической
интоксикации окисью углерода. — В кн.: Гигиена населенных мест: Республ.
межведомств. сборник. — Киев: Здоров’я, 1973. — Вып. 12. — С. 49—53.
23. Журавлев В.В., Карелина Э.М., Никитина Е.М. Реакция системы крови при
хроническом воздействии малых доз окиси углерода в условиях замкнутого
°оъема//Косм. биол. - 1980. - Т. 14, № 1. - С. 3 1 -3 5 .
Захаров В.Н., Караулов А.В. и др. Изменение системы крови при воздействии
Блюменфельд Л.А. Гемоглобин и обратимое присоединение кислорода. — М"
Радиации и бензола. — Новосибирск: Наука, 1990. — 239 с.
Советская наука, 1957. — 139 с.
9.
294
ттьного ряда — продуктов анилинокрасочной промышленности: Дис. ... д-ра
наук - Харьков, 1979. - 488 с.
Василенко Н.М., Звездой В.И. Патологические превращения гемоглобина в условиях острого и подострого отравления ароматическими нитро- и аминосоединиями — В кн.: Материалы Республ. совещ. промыш ленных сан. врачей и
научн. сессии Х арьк. Н И И ГТиП З: Сб. статей. - К иев: З д о р о в’я, 1968. С. 3 0 -3 1 .
Василенко Н.М., Семилеткина Н.Н. Хлорпроизводные бензола. — В кн.: Научные
обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических веществ.
Программа ООН по окружающей среде М РПТХВ/Под ред Н.Ф .Измерова. — М.:
Центр международных проектов ГКНТ, 1988. — 32 с.
м е д
Захарова А.И., Манойлова И.К. О клинике хронического отравления тринитро-
Василенко Н.М. Ароматические амины. — В кн.: Вредные химические вещества-
толУолом//ГиГ. труда. -
Ш
1971. - № 12. - С. 2 8 -3 2 .
295
26. Звездой В.И. Экспериментальное обоснование рациональных методов ранней
диагностики хронических отравлений ароматическими нитро-, аминосоедине
ниями и их использование при гигиеническом нормировании: Автореф. канл~
мед. наук. — Харьков, 1968. — 17 с.
27.
Иделъсон Л.И . Нарушения порфиринового обмена в клинике. — Л.: Мединин.,
1968. 28.
183 с.
Минкина Н.А. Оксиды углерода. — В кн.: Вредные химические вещества. Неор-
44-
иИЦРС1<ие соединения элементов I—IV групп: С правочник/П од ред. В.А.ФиГова. - Л.: Химия, 1988. - С. 303— 331.
45 д4ихлин Д М - Биохимия клеточного дыхания. — М.: АН СССР, 1960. — 320 с.
на’
Монаенкова А.М. Актуальные вопросы современной клиники хронических проАессиональных интоксикаций. — В кн.: Профилактическая токсикология: Сб.
Лисйно-метод. м атериалов/П од ред. Н.Ф.Измерова. — Центр международных
Проектов. - Т. II, часть II. - М., 1984. - С. 222-233.
Идельсон Л .И ., Дидковская Н.А., Ермильченко Г.В. Гемолитические анемии — м
Медицина, 1976. - 287 с.
29. Кармазь И.Ф. Вопросы теоретической и практической медицины. — М., 1979
С. 7 2 -7 5 .
30.
Кпиорин А.И., Тиунов Л.А. Функциональная неравнозначность эритроцитов. —
Л.: Наука, 1974. — 145 с.
31.
Сердечно-сосудистая система при действии проф. ф акторов/П од ред. Н.М.Кон­
чаловской. — .М.: Медицина, 1976. — 256 с.
32. Коржуев П.А. Гемоглобин. — М.: Наука, 1964. — 420 с.
33. Кротова Е.И., Кротова Е.И., Музыка В.И. Содержание дельта-аминолевулиновой
кислоты в эритроцитах, имеющих контакт с окисью углерода//Гиг. труда —
1974.- № 6 . - С. 4 3 -4 4 .
34. Курляндский Б.А., Медведовский А.Г. О канцерогенном действии токсических
факторов малой интенсивности//Гиг. и сан. — 1972. — № 10. — С. 83—85.
35. Вредные хим ические вещества. Азотсодержащие органические соединения:
С правочник/П од ред. Б.А.Курляндского, В.А.Филова. — СПб.: Химия, 1992. —
431 с.
36.
Кушаковский М.С. Методы качественного и количественного спектрофотомет­
рического анализа гемоглобина и его дериватов в эритроцитах и в плазме
крови. — Л.: М едицина, 1968. — 365 с.
37.
Кушаковский М. С. Современные представления о процессах образования и вос­
становления метгемоглобина. — В кн.: М етгемоглобинемия различных этиоло­
гий и меры ее профилактики: Тезисы первой научн. конф. по метгемоглобинемии. - Л., 1971. - С. 3 1 -3 3 .
38. Лабори А. Регуляция обменных процессов. Теоретические экспериментальные,
фармакологические и терапевтические аспекты/Пер. с франц. — М.: Медицина,
1970. - 384 с.
39. Левина Э.Н. Органические окиси и перекиси. — В кн.: Вредные вещества в
промышленности. Органические вещества: Справочник/П од ред. Н. В.Лазарева,
Э.Н.Левиной. — Л.: Химия, 1976. — Т. 1. — С. 474—503.
40. Левина Э.Н. Хлорпроизводные циклопарафинов. — В кн.: Вредные вещества в
промыш ленности. Органические вещества: Справочник для химиков, инжене­
ров и в р а ч е й /П о д ред. Н .В .Л азарева, Э .Н .Л еви н ой . — Л.: Х им и я, 1976 . —
С. 2 49-258.
41. Ленинджер А. Биохимия. М олекулярные основы и функции клетки/П од рбДА.А.Баева, Я.М .Варшавского. — М.: Мир, 1974. — 975 с.
42. Лужников Е.А., Шиманко И. И. Острые отравления метгемоглобинобразуюшими
ядами. — В кн.: Вопросы травматологии, токсикологии, скоропостижной смерти
и деонтологии в экспертной практике: Сб. трудов. — М.: М едицина, 1966."
№ 3. - С. 104-107.
43.
296
Маторова Н.И. и др. Эмбриотоксическое и тератогенное действия н а ф т а л и н а и
хлорнафталина. — В кн.: Проблемы гигиены труда и профпатологии и охран
внешней среды: Сб. научн. тр. Вып. XII. — М., 1981. — С. 62—64.
ап
4
Спуджов РА — В кн.: III съезд гигиенистов и санитарных врачей Азербайджана
(Тез. докл.). - Баку, 1975. - С. 248-249.
4 » Рашевская А.М., Зорина Л.А. Профессиональные заболевания системы крови
' химической этиологии. — М.: Медицина, 1968. — 360 с.
49
Решетюк А.Л. и др. К токсикологии нафталинов. — В кн.: Вопросы гигиены
' труда и профессиональной патологии в химической и машиностроительной
промышленности (Тез. докл.). — Харьков, 1966. — С. 45—46.
50
Рибаров С. и др. Гемолитическое действие свинца в опытах in УЙго//Фармакол.
и токсикол. — 1980. — Т. 43. — № Б. — С. 20—22.
51. Румянцева Е.П. Материалы к изучению изменений крови при воздействии
экстралина на организм: Автореф. канд. мед. наук. — М., 1964. — 11 с.
52. Русин В.Я. Свинец и его соединения. — В кн.: Вредные химические вещества.
Неорганические соединения элементов I—IV групп: С правочник/П од ред.
В.А.Филова. — Л.: Химия, 1988. — С. 415—436.
53. Русин В.Я. Хлор и его соединения. — В кн.: Вредные химические вещества.
Неорганические соединения элементов V—VIII групп: С правочник/П од ред.
B.А.Филова. — Л.: Химия, 1989.— С. 369—386.
54. Русин В.Я., Филов В.А. Производные гидразина. — В кн.: Вредные вещества в
промышленности. Азотсодержащие органические соединения: С правочник/П од
ред. Б.А.Курляндского, В.А.Филова. — СПб.: Химия, 1992. — С. 247—249.
55. Рябое С И., Шостка Г.Д. Молекулярно-генетические аспекты эритропоэза. — Л.:
Медицина, 1973. — 280 с.
56. Савина В.П., Соколов Н.П., Никитин Е.И. Зависимость содержания карбоксигемоглобина в крови и окиси углерода в выдыхаемом воздухе испытателей от
концентрации окиси углерода в воздухе герм окам еры //К осм . биол. — 1976. —
№ 6. - С. 6 2 -6 5 .
57. Семенчева Э.М. Усиленный синтез гемоглобина Аг и фетального у рабочих,
находящихся в длительном контакте со свинцом//Врач. дело. — 1971. — № 1. —
C. 130-132.
58. Соколов В.В., Грибова И.А. Адаптационные и компенсаторные реакции системы
крови при действии токсических факторов. — В кн.: Проблемы токсикологии.
Итоги науки и техники. — М., 1973. — Т. 5. — С. 103—110.
59. Соркина Н.С., Евлашко Ю.П. Профессиональные заболевания химической этио­
логии с преимущественным поражением системы крови. — В кн.: Профессио­
нальные заболевания: Руководство для врачей/Под ред. Н.Ф .Измерова. — М.:
Медицина, 1986. - Т. 1. - С. 9 4 -1 3 6 .
60- Метгемоглобинемия различных этиологий и меры ее профилактики. — В кн.:
/пСЫ Докладов первой научн. конф. по метгемоглобинемии 21—22 сентяб^
Ря/Под ред. Ф.Н.Субботина. - Л.: М3 РСФ СР, ЛСТМ Н , 1971. - 47 с.
Тетерин В.А. К вопросу о соотношении порфиринов, дериватов гемоглобина,
егемоглобинового железа и пигментов плазмы при воздействии окиси углерода
в остром эксперименте. — В кн.: Научн. труды Кубанского мед. ин-та. — Крас
нодар, 1975. - Вып. 46. - С. 7 9 -8 1 .
62.
Тетерин В.А., Эйтигон А.И. Влияние окиси углерода на порфириновый обмен прц
остром и хроническом воздействии//Гиг. труда. — 1977. — № 12. — С. 33—36.
63.
Тиунов Л.А. Биохимические механизмы токсичности (общие механизмы токси­
ческого действия). — М.: М едицина, 1986. — С. 114—205.
64.
Тиунов Л.А. Механизмы гемолиза. — В кн.: Основы общей промыш ленной ток­
сикологии: Руководство/Под ред. Н.А.Толоконцева, В.А.Филова. — JI.: Медицина, 1976.- С . 192-195.
65.
Тиунов Л.А., Кустов В.В. Токсикология окиси углерода. — Л.: М едицина, 1980.
66.
Тихачек Е.С. и др. Механизмы повреждения и адаптации функциональных
систем организма. — Свердловск, 1978. — С. 25—30.
67.
Толоконцев Н.А., Филов В.А. Основы общей промышленной токсикологии: Ру.
ководство. — Ni: Медицина, 1976. — 303 с.
68.
Трахтенберг И.М., Колесников B.C., Луковенко В.П. Тяжелые металлы во внешней
среде. — Минск: Наука i тэхнжа, 1994. — 288 с.
69.
Фам-Куанг-Чи. О токсичности фенилгидразина при ингаляционном воздействии//Гиг. труда, 1979. — N° 3. — С. 45—47.
70.
Филов В.А., Левина Э.Н., Дикун П.П. Ароматические углеводороды с конденси­
рованными кольцами. — В кн.: Вредные химические вещества. Галогенопрои­
зводные углеводороды: Справочник/П од ред В.А.Филова. — Л.: Химия, 1990. —
С. 219.
71.
Фомина Л.И., Алданазаров А. Т. Изменения уровня предшественников порфири-
Bnnk K.D et al. Cronlsche interstitialle nephritis bei langjahrigen Gebrauch phenacetihaltiger Asth-napulvers//Dtsch. med. Wchr. - 1973. - Vol. 98, N 47. - P. 2234-2238.
j jyean E.G. Mutation Res. — 1985. — Vol. 154, N 3. — P. 16—25.
Fnivre M. e t al. Methemoglobine toxique pour des derives de l’aniline; paraphloroaniline et paratoluidine (Deux cas)//Arch. Mai. Prof. — 1971. — Vol. 32, N 9. — P.
575-577.
<n Frendo G.R. Sulfeemoglobinemia//Folia medica oracoviesia. — 1972. — Vol. 14, N 1. —
P. 5 8 -9 5 .
g4 Goldstein B.D. Benzene Toxiolty. F. Criterial Evaluation N.Y.eto., 1977. — P. 69—105.
«5 Graisely B., D ebray J. et al. Aneinie haemolytique’aique aveo methemoglobinemie due
a la phenaoetine. A propos d’une nouvel le observation//Sem. pep. Paris. — 1973. —
Vol. 49, N 24. - P. 758-1853.
»6 Haan G et al. Reduction von nitrosobensol zu anilin in roten Blutzellen//Arch. exp.
' Path. Pharmak. - 1959. - Vol. 253, N 4. - P. 365-371.
87. Henderson V.E., Haggard A.H. Вредные газы в промышленности. Русский перевод
Гендерсон и Хаггард. — М .—Л.: Гострудиздат, 1930. — 52 с.
88. Jope Е.М. The disappiarence of sulfhaemoglobin from the blood o f TN T workers in
relation to the dyhantios of red oell destruction//B rit. J. Industr. Med. — 1964. —
N 3. - P. 136-142.
89 Nordenfelt O. Deaths from renal failure in abuses of phenacetincontain ing//A cta med.
soad. - 1972. - Vol. 191, N 1 - 2 . - P. 11-16.
90. Pacseri J., Magos L. Detenriination o f the measure o f exposure nitro and amino
compounds//J. Hyg. Epid., Praha. — 1958. — Vol. 2, N 1. — P. 92—110.
нов при хронической свинцовой интоксикации//Вопр. гиг. труда и проф. забол. —
Алма-Ата. — 1972. — С. 30—32.
91. Paiek J. Methemoglobinemie, hemolyza a tvorba heinzovych telisok v oervenych
orvinkach//Lek. Ved. Zahn. — 1964. — N 1. — P. 1— 10.
72.
Фраш В.Н. М еханизмы действия бензола на систему крови (экспер. исслед.):
Автореф. д-ра мед. наук. — М., 1980. — 43 с.
73.
Фраш В.Н., Караулов А.В. О лимфопоэзе и гетерогенности популяции лимфоци­
тов при бензольной интоксикации//Гиг. труда. — 1976. — № 9. — С. 30—33.
92. Paoholuk B. Toksyhologicza ooena niektoryoh oddzialow Z.P.B. “ Boruta” w oparciu
о wybrane badania labolatoryjne//B rom atol. i Chem. Toxyhol. — 19 7 2 .— Vol. 5,
N 4. - P. 449-455.
74.
75.
Чарный А.М. Патофизиология аноксических состояний. — М.: Наука, 196).—
93. Pfordte K. Uber die akute Toxisitat und hamiglobinbilden Eigenschaften einiger Industrienoxen: Nitrobenzol und seine Reduktionsprodukte//Z, gesainte Hyg. — 1973. — Bd
19. - N I. - S. 3 5 -3 9 .
Шафиров Ю.Б. Алифатические ди- и полиамины. — В кн.: Вредные химические
94. Popovic K. et al. Sideroblastio anemia in choronio misuse//Clin. Toxicol. — 1973. —
Vol. 6, N 4. - P. 585-598.
270 с.
вещества. Азотсодержащие соединения: Справочник/Под ред. Б.А.Курляндского
и В.А.Филова. — СПб.: Химия, 1992. — С. 56—58.
76.
77.
Эйтингон А. И. Н итраты//П рограмма ООН по окружающей среде. Научные
обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических вещ еств/П од ред. Н .Ф .Измерова. — М.: Центр международных проектов ГКНТ,
1983. - 4 7 с.
Эйтингон А. И. Н итриты //П рограм ма ООН по окружающей среде. Научные
обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических вещ еств/П од ред. Н .Ф .Измерова. — М.: Центр международных проектов ГКНТ,
1983. - 35 с.
78.
Эйтингон А.И. Окислы азота//П рограмма ООН по окружающей среде. Научные
обзоры советской литературы по токсичности и опасности химических вещ еств/П од ред. Н.Ф.Измерова. — М.: Центр международных проектов ГКНТ,
1989. - 79 с.
79. Allen D.W., Jandl Н. Oxidative hemolysis and precipiation o f hemoglobin. II Role of
thiols oxidant drug action//J. Clin. Invest. — 1961. — Vol. 40, N 3. — P. 454—475.
95. Prins H.K. et al. Congenital nonspherooytic hemolytio anemia, associated with glu­
tathione deficiency of the erythrocytes//Blood. — 1966. — Vol. 27. — P. 145—166.
96. Smith R.p . Chemically induced methaemoglobinemias in the m ouse-63//Biochem
rharmacol. - 1967. — Vol. 16. — P. 317—328.
97. Snyder G.A. et al. A irier//J. Jnd. Med. - 1984. - Vol. 5, N 6. - P. 429 -4 3 4 .
98' Sonnenfeld Y„ Hudgens R. W .// Cancer Res. - 1983. - Vol. 43, N 10. - P. 4720-4722.
Suteanu St. et al. Asupra nefritei interstitiale toxice prin oonsum de fenacetina//M ed.
interna. -
| Qq it*
1973 . _ Vol. 25. -
P. 1411-1434.
• ursz. Fh. et al. Sulfhemog-lobine et deficit in glutathion peroxydase//Nouv. Pres,
medic. - 1974. - Vol. 5, N 23. - P. 1487-1490.
102 W° lman S R Benzene Toxioity//A Critical Evaluation. N.Y., 1977. - P. 6 3 -6 8 .
^
et °l- Chemical oyanosis anemia rvndrom e//Aroh. Environ. Health. —
■~~ Vol. 9, N 4. — P. 478—491.
но К о н в е н ц и и , включаются только те вещества, которые за счет специдействия на ЦНС вызывают патологическое привыкание и предФ иЧ
ют о п а с н о с т ь для здоровья человека и социальную проблему). Следует
ставть и то обстоятельство, что б о л ь ш а я группа веществ, обнаруживающих
У ч е ^ 0 а к т и в н ы е свойства, не входит в соответствующие списки К о н в е н ц и и ,
П° акже в аналогичные международные и национальные документы. Отече3 Тенная классификация ПАВ учитывает эти обстоятельства и разделяет их
находящиеся или не находящиеся под международным контролем [2, 3].
К
п е р в о й
группе относят наркотические и психотропные вещества, ко
торой — вещества, не отнесенные к наркотическим и психотропным. В обеих
г р у п п а х выделяют лекарственные средства и вещества, не отнесенные к ним.
В первую группу также входят вещества, запрещенные для применения на
человеке.
Отличительны м свойством ПАВ является их способность вы зы вать ток­
сикомании — группу заболеваний, характеризующихся стойким влечением к
регулярному употреблению ПАВ с целью получить удовольствие или под­
держать состояние психологического или физического комфорта. Общность
всех токсикоманий определяется наличием в их клинической картине трех
“больших наркоманических синдромов”: психической и физической зави­
симости и измененной реактивности организма к употребляемому веществу.
Наркоманиями традиционно называют токсикомании к веществам, отне­
сенным к списку наркотических. Разграничение этих понятий сугубо услов­
ное и определено правовым регулированием производства, хранения, рас­
пространения и употребления наркотиков и соответственно административ­
ной или уголовной ответственностью индивидуума за нарушение регламен­
тированных законом требований. Сохраняют свое значение и наименования
частных форм токсикомании (алкоголизм, никотинизм, гашишизм, кокаи­
низм и др.). В зарубежной литературе для описания патологических сдвигов
при контакте индивидуума с ПАВ наибольшее распространение получил
термин “лекарственная зависимость” (Drug abuse). Следует учесть, что в
английском языке слово “Drug” семантически трактуется шире чем “лекар­
ство”, поэтому сегодня широкое распространение получает термин “хими­
ческая зависимость”.
Токсикоманическая (наркотическая, наркоманическая) интоксикация (токсикоманический эксцесс, опьянение) — состояние, развившееся после упот­
ребления ПАВ, имевшего своей целью удовольствие или поддержание со­
стояния психофизического комфорта. Термин предложен для разграничения
данного состояния с острой интоксикацией, под которой традиционно под­
разумевают отравление с острыми проявлениями, повлекшими за собой
более или менее продолжительное расстройство здоровья или смерть. Ток­
сикоманическая интоксикация в частных случаях может протекать незамет­
но для окружающих и стабилизировать или улучшать состояние индивидуу­
ма- Очевидно, что токсикоманическая интоксикация генетически связана с
0СтРым отравлением. Во-первых, эффекты многих ПАВ проявляются ост­
рым нарушением сознания с оглушением, галлюцинозом или неадекватным
введением, а также реакциями со стороны сердечно-сосудистой и дыхаП Й "0* систем. Во-вторых, сознательное или случайное увеличение дозы
си ВЬ13ывает передозировку, которая имеет все признаки острой интокнкации данным веществом.
ч
е^Улярное (систематическое) употребление ПАВ часто называют хрони­
к о й интоксикацией или наркотизацией (при употреблении алкоголя —
оголизацией). Иногда в данном контексте используют и термин “злоГ Л а° е с к о г о
В Е Щ Е С Т В А НАРКОТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
8.1. Общие представления о наркотических веществах
Комплекс медицинских проблем, связанных с употреблением человеком
наркотических веществ, имеет отчетливый междисциплинарный характер и
вследствие этого не стал пока традиционным предметом токсикологических
исследований. Это обстоятельство обусловливает необходимость рассмотре­
ния некоторых ключевых терминов наркологии — “отрасли медицинской
науки, изучающей клинические проявления, этиологию и патогенез алко­
голизма, наркомании и токсикомании, а также медицинские, психологичес­
кие, социальные и правовые аспекты этих проблем и разрабатывающей
методы их предупреждения и лечения” [2].
Веществами наркотического действия (наркотические вещества, наркоти­
ческие средства) называют обширную группу веществ различной химической
структуры, удовлетворяющих следующим медицинским, социальным и юриди­
ческим критериям:
• вещество или лекарственное средство должно оказывать специфичес­
кое (стимулирующее, седативное, галлюциногенное и др.) действие
на ЦНС, что служит причиной его немедицинского потребления;
• потребление вещества имеет большие масштабы, вследствие чего при­
обретает большую социальную значимость;
• вещество в установленном законом порядке признано наркотическим
и включено в список наркотических веществ.
Способность вещества вызывать синдром зависимости называют наркогенным (токсикологическим, аддитивным) потенциалом. Наркогенный по­
тенциал — это качественная и количественная характеристика наркотичес­
кого вещества и, с точки зрения фармакологии, является нежелательным
свойством.
В последние годы в литературе, посвященной различным аспектам зло­
употребления наркотическими веществами, все чаще встречается термин
“психоактивное вещество" [4].
Психоактивное вещество (ПАВ) — химическое вещество, способное вызы­
вать при однократном приеме эйфорию либо другие желательные с точки
зрения потребителя психотропные эффекты, а при систематическом прие­
м е — психическую и физическую зависимость. Введение определенных средств
в организм приводит к появлению в ограниченном временном и н т е р в а л е
эйфории, стимуляции восприятия, идеаторного и моторного в о з б у ж д е н и я ,
седации, сна, галлюцинаций. ПАВ вызывают у индивидуума э м о ц и о н а л ь н о позитивное состояние и нейтрализуют э м о ц и о н а л ь н о - н е г а т и в н о е . Этот тер­
мин был предложен относительно недавно в связи с тем, что после Кон­
венции о психотропных средствах (1971) существующий ранее термин “пси­
хотропные средства” приобрел тройной смысл: традиционный к л и н и ч е с к и и ,
фармакологический (лекарственные средства, специфически действующи
на ЦНС) и социально-юридический (в список психотропных веществ, с0'
300
j
301
употребление”. Однако в настоящее время под злоупотреблением понимают
и регулярное употребление ПАВ индивидуумом без очевидных признаков
зависимости. Так, в Международной классификации болезней (DSM-IVi
диагностические критерии зависимости и злоупотребления рассматривают
отдельно. Для последнего характерны следующие признаки: продолжаю­
щийся прием, несмотря на понимание того, что употребление ведет к
социальным, деловым, психологическим или соматическим проблемам; по­
вторяющийся прием в ситуациях, когда употребление веществ связано с
непосредственной опасностью (например, вождение автомобиля в состоя­
нии опьянения). Злоупотребление определяют следующие два критериянекоторые проявления сохраняются не менее одного месяца либо отмеча­
ются повторно в течение более длительного периода времени; никогда не
диагностировалась зависимость от ПАВ. В отечественной литературе этот
феномен также обозначают как наркотизм, привычный наркотизм, привы­
чная наркотизация (привычная алкоголизация, бытовое пьянство).
Психическая зависимость — состояние психического комфорта в токсикоманической (наркотической) интоксикации и болезненное влечение к упот­
реблению ПАВ с целью вновь ощутить желаемый гедонический эффект или
подавить состояние психического дискомфорта. Влечение может осозно-
ваться или не осозноваться, иметь обсессивный или компульсивный ха­
рактер, сопровождаться или не сопровождаться борьбой мотивов, а также
проявляться не менее остро и интенсивно, чем жажда или голод.
Физическая зависимость — состояние физического комфорта в токсикоманической интоксикации и явления абстиненции (абстинентный синдром,
синдром отмены) при внезапном прекращении употребления вещества. Регу­
лярное употребление ПАВ приводит к перестройке регуляторных систем
организма, реализованной на всех биологических уровнях, а само вещество
включается в естественные метаболические циклы. В результате формиру­
ется новый гомеостаз, в котором психоактивному веществу отведена роль
регулятора. Внезапное прекращение употребления данного вещества сопро­
вождается гомеостатическим сдвигом, который и определяет патогенетичес­
кую сущность абстиненции как системной реакции организма. Абстинент­
ный синдром — комплекс психопатологических, вегетативных, неврологи­
ческих и соматических расстройств, возникающих вслед за прекращением
регулярного употребления ПАВ, причем постоянными симптомами являют­
ся психический и физический дискомфорт, а также выраженное влечение
к принимаемому веществу.
Синдром измененной реактивности организма заключается в модификации
центральных эффектов П А В и развитии к нему толерантности. М о д и ф и к а­
ция проявляется изменением действия ПАВ на психику ин ди в и д у у м а ти­
пичного течения токсикоманической интоксикации. Например, при сфор­
мированной зависимости барбитураты обнаруживают а к т и в и зи р у ю щ и е эф­
фекты вместо седации. Толерантность — способность переносить возрастаю ­
щие дозы употребляемого вещества и одновременно потребность в посте­
пенном увеличении дозы для достижения желаемого эффекта. Т ол еран т­
ность проявляется исчезновением за щ и т н ы х реакций организма, нап рим ер
рвоты при интоксикации алкоголем или опиатами.
Общепринятой классификации ПАВ не существует. Обычно ориентиру­
ются на клинические классификации токсикоманий. Так, согласно МежДУ^
народной классификации болезней (1994) [5], частные формы т о к с и к о м а н и и
подразделяют в зависимости от вида ПАВ (наркотического).
302
рЮ П с и х и ч ес к и е и поведенческие расстройства в результате
ления алкоголя
p H П с и х и ч е с к и е и п оведенческие расстройства в результате
ления оп и ои дов
Р12 П си хически е и поведенческие расстройства в результате
ления канн аби н оидов
F13 П си хические и п оведенческие расстройства в результате
ления седативны х или снотворны х веществ
F14 П си хически е и поведенческие расстройства в результате
ления кокаина
F15 П сихические и п оведенческие расстройства в результате
ления других стимуляторов, включая коф еин
F16 П сихические и п оведенческие расстройства в результате
ления галлю циногенов
F17 П си хически е и п оведенческие расстройства в результате
ления табака
уп отреб­
уп отреб­
употреб­
уп отреб­
уп отреб­
уп отреб­
уп отреб­
уп отреб­
F18 Психические и поведенческие расстройства в результате употреб­
ления летучих растворителей
F19 Психические и поведенческие расстройства в результате употреб­
ления наркотиков и использования других психоактивных веществ
8.2. Общие проявления клинического течения
токсикоманических интоксикаций
“Большие наркоманические синдромы” ни в биологическом, ни в кли­
ническом отношении нельзя признать автономными. Так, наибольшая ин­
тенсивность влечения к ПАВ определяется на “пике” абстиненции; моди­
фикация действия вещества во многом обусловливает психический и физи­
ческий комфорт в токсикоманической интоксикации; влечение к веществу
может не исчезать при токсикоманической интоксикации и на фоне высо­
кой толерантности проявляться потерей количественного контроля за дозой;
компульсивное влечение может возникать в состоянии психофизического
комфорта спустя длительное время после прекращения наркотизации и т.д.
Все токсикомании являются прогредиентными заболеваниями с исходом
в наркоманический дефект. Хроническая интоксикация ПАВ вне зависи­
мости от их фармакологических свойств сопровождается постепенным раз­
витием психоорганического синдрома со стойкими астеническими, аффек­
тивными, интеллектуальными, мнестическими и другими нарушениями.
В свою очередь ПАВ определяют темп прогредиентности, наличие и выражен­
ность различных симптомов. Индивидуальные особенности потребителя ока­
зывают значительное влияние на прогредиентность. Токсикомании у лиц с
психическими расстройствами, в том числе резидуальными, легко форми­
руются, приводят к быстрому нарастанию тяжести симптомов дефицитарн°го (негативного) круга, а также вызывают патоморфоз имеющейся патоЛогии. Аналогичные закономерности прослеживаются и при клинической
°ценке токсикоманической интоксикации, проявлений психической и физи­
ческой зависимости. Например, при злоупотреблении алкоголем опьянение
ьгвает типичным и атипичным (осложненным); психическая и физическая
^исимость формируется в период от 1 года до 10 лет и более или не
формируется вообще; абстиненция протекает с дисфорическими, депрессивныи>тРевожно-фобическими или острыми психотическими расстройствами.
Абстинентный синдром при различных формах токсикомании имеет как
общие неспецифические, так и специфические проявления. К неспецифи.
ческим можно отнести резкое усиление тяги к употребляемому веществу'
быстро нарастающую астенизацию, тревогу, депрессивный аффект, вегета­
тивные нарушения (потливость, тахикардия, тошнота, гиперсаливация, тре­
мор и др.). Характер специфических расстройств определяется фармаколо­
гическими особенностями употребляемого вещества. Так, при опиатной
абстиненции отмечают костно-мышечные боли, акатизию, диарею; при бар­
битуровой абстиненции — эпилептиформные припадки и т.д.
Регулярное употребление ПАВ может маскировать резидуальную психи­
ческую и соматическую патологию и даже повышать адаптационные спо­
собности индивида. Однако на фоне внезапной отмены употребляемого
вещества сопутствующие токсикомании заболевания претерпевают бурную
декомпенсацию. Поэтому клиника абстиненции определяется не только
типичными (облигатными) симптомами, но и симптомами сопутствующих
заболеваний, которые могут иметь различный генез, но их появление на­
прямую связано с отменой ПАВ. В структуре синдрома они играют факуль­
тативную роль, так как встречаются только у отдельных больных. Сомати­
ческие нарушения инфекционного или токсического генеза, суммируясь с
абстинентными явлениями, способствуют ухудшению общего состояния
больных. В тяжелых случаях (сепсис, обширные флегмоны, пневмония,
кровотечения, токсические реакции, сердечно-сосудистая недостаточность
и др.) абстинентный синдром протекает атипично, с затяжными сопороз­
ными и коматозными состояниями, нарушениями гемодинамики и дыхания,
нефро-, гепато- и коагулопатиями. Клинические проявления абстиненции
зависят также от суточной дозы ПАВ и периода непрерывной наркотизации
(алкоголизации).
Внезапная отмена ПАВ сопровождается декомпенсацией, обнажением
или манифестированием психических нарушений различных регистров. Эти
расстройства начинают доминировать в клинической картине постабстинентного периода, структура которого включает энцефалопатические, асте­
нические, психопатоподобные и депрессивные проявления различной сте­
пени выраженности. У больных с неотягощенным преморбидом токсикома­
нии постабстинентные расстройства в большинстве случаев имеют транзиторный характер и редуцируются одновременно с остаточными проявле­
ниями абстиненции. Психические нарушения, связанные с с о п у т ств у ю щ ей
психической патологией или последствием длительной наркотизации (алко­
голизации), не исчезают одновременно с редукцией остаточных п р о я в л е н и й
абстинентного синдрома, а приобретают динамику, соответствующую част­
ной нозологической принадлежности.
Таким образом, в частных случаях клиническая картина т о к с и к о м а н и и
может быть представлена широкой палитрой психических и с о м а т и ч е с к и х
расстройств.
Ремиссия при токсикомании представляется как результат в з а и м о д е й с т ­
вия различных факторов. Факторами-предикторами являются б и о л о г и ч е с ­
кие механизмы, обеспечивающие адаптационные резервы о р г а н и з м а при
отмене наркотика; факторами-индукторами — механизмы п с и х о л о г и ч е с к о й
защиты от возврата к наркотизации (алкоголизации). Ф а к т о р ы - п р е д и к т о р ы
формируют биологическую почву для реализации целей пациента, л е ж а щ и х
вне плоскости токсикомании, которые не могут быть реализованы при
условии регулярного злоупотребления. В свою очередь установка на р е а л и ­
зацию целевой программы может быть пусковым фактором ф о р м и р о в а н и я
304
еМиссии. Факторы-индукторы вызывают деструкцию аддитивного поведе­
ния и способствуют формированию нового поведения, направленного на
достижение поставленных целей. В частных случаях наркомании представ­
л ен н о с ть и взаимодействие этих факторов имеют индивидуальные различия,
но длительная и качественная ремиссия всегда была результатом их опти­
мального сочетания.
В отечественной наркологии динамика токсикомании представляется
как трехстадийный процесс. Выделение стадий в какой-то мере искусственн0 и условно, не лишено противоречий, но удобно для практики. Стадии
т о к с и к о м а н и и отражают не только динамику больших наркоманических
с и н д р о м о в , но и выраженность психических нарушений, связанных с упот­
реблением ПАВ.
I
стадия характеризуется развитием психической зависимости и нарас­
тан и ем толерантности при минимальной выраженности физической зави­
си м о сти . Психическая зависимость проявляется обсессивным влечением к
у п о т р е б л я е м о м у веществу. Формируется ритм наркотизации (алкоголиза­
ции). В клинической картине преобладают астенические расстройства с
за о с т р е н и е м личностных черт, эмоциональной лабильностью, раздражитель­
ностью, нарушениями сна, повышенной отвлекаемостью, рассеянностью и
плохим запоминанием. Эти явления купируются повторным употреблением
ПАВ. Другими словами, у больного наряду с гедоническими эффектами
появляется психофизический комфорт в токсикоманической интоксикации.
При II стадии “большие наркоманические синдромы” достигают в своем
развитии максимальной выраженности. Влечение к употребляемому веще­
ству компульсивное. Абстинентный синдром тяжелый. Толерантность вы­
сокая. Ритм употребления ПАВ окончательно сформирован, токсикоманические эксцессы учащаются. Меняется форма токсикоманической интокси­
кации: эйфория и другие эффекты, связанные с переживанием удовольст­
вия, существенно ослабевают. Достижение психофизического комфорта ста­
новится самоцелью наркотизации (алкоголизации). Астения прогрессирует.
Появляются выраженные аффективные расстройства и отчетливые личност­
ные изменения. Манифестирует соматическая патология, обусловленная
злоупотреблением ПАВ.
III стадия характеризуется ослаблением толерантности, глубокими необ­
ратимыми психическими и соматическими расстройствами. Интеллектуаль­
ные и мнестические расстройства четко выражены. Больные резко астенизированы и эмоционально лабильны вплоть до недержания аффекта. Упот­
ребление ПАВ не обеспечивает психофизического комфорта.
8.3. Биологические механизмы (патогенез)
химической зависимости
Согласно теории функциональных систем П.К.Анохина (1975), инициа­
ция и закрепление новых форм поведения, равно как и деструкция поведе­
ния, потерявшего адаптационную ценность, реализуются через механизм
подкрепления. Подкрепляющие агенты, выступая в качестве генераторов
эмоционального состояния положительной модальности, закрепляют ту или
иную поведенческую реакцию, которая с высокой вероятностью будет иметь
место при повторном предъявлении стимула.
Механизмы подкрепления служат физиологической основой формиро­
вания зависимости. Для макроорганизма ПАВ — это один из бесконечного
множества стимулов окружающей среды. Контакт с веществом вызывает
305
эмоционально положительные реакции, а при повторном введении — био­
логически обусловленную сенситизацию к данному веществу. Сенситизация
при повторном введении ПАВ проявляется не только специфическим отве­
том, но и не связанным с введением вещества повышением активности
животного в обстановке, где проводился эксперимент, что говорит о почти
одномоментном включении новых мотивационных компонентов в поведе­
ние, которые в конечном счете формируют аддитивное поведение, т.е.
направленный поиск и самовведение ПАВ. Последнее постепенно стано­
вится “суррогатом” естественного подкрепления. Хроническое введение
ПАВ приводит к развитию толерантности, выражающейся в ослаблении
специфических центральных эффектов. Формируется “ вторичный дефицит”
подкрепления, который преодолевается увеличением дозы и усиливает мо­
тивацию. Одновременно формируется синдром отмены — основное прояв­
ление “физической зависимости”. Синдром отмены заключает в себе аверсивные черты, которые также стимулируют самовведение наркотика и аддиктивное поведение. Физическая зависимость — это новый гомеостаз орга­
низма, сформировавшийся на фоне хронического введения ПАВ.
Длительные и сложные нейробиологические исследования показали, что
основным нейроанатомическим субстратом механизма подкрепления служит
вентро-тегментальная область (Ventro-tegmentic area — VTA) и n.accumbens
(NAc). В современных исследованиях убедительно доказано, что система
VTA/NAc и проводящие пути между мезолимбическими и переднемозговы­
ми областями опосредуют мотивационные компоненты поведения, участву­
ют в формировании ответа организма на стресс и обеспечивают реализацию
эффектов не только опиатов, кокаина и амфетамина, но и других ПАВ, в
частности этанола, никотина и каннабинолов.
Однократное введение ПАВ вызывает увеличение, а хроническое —
уменьшение внеклеточного дофамина. Возможно, что этот эффект является
рефлекторным адаптивным ответом на длительное стимулирующее воздей­
ствие на высвобождение дофамина. После отмены опиатов, кокаина и
алкоголя отмечается сначала увеличение, а затем падение содержания до­
фамина, что свидетельствует о наличии общих механизмов в формировании
зависимости от ПАВ. Эти данные подтверждают, что длительное угнетение
дофаминергических процессов в мезолимбической области может играть
роль в мотивационных механизмах самовведения ПАВ, с помощью которых
достигается увеличение внеклеточного дофамина.
Психотропные эффекты ПАВ реализуются в результате влияния на дофаминергическую систему и участия других медиаторных систем. Известно,
что гомеостаз обеспечивается механизмами межмедиаторных взаимодейст­
вий. В норме изменение параметров функционирования одной системы
сопровождается немедленным компенсаторным ответом со стороны других
систем. Этот механизм позволяет организму не только оптимально реагиро­
вать на раздражитель, но и возвращаться к исходному уровню функциони­
рования. Межмедиаторные взаимоотношения, как известно, о с у щ е с т в л я ю т ­
с я через ионные каналы, вторичные мессенджеры, G -протеины ( А Т Ф /Г Д Ф связующие белки), а также с помощью других участников нейромедиации.
При этом серотонинергическая и ГАМКергическая системы наделены спе­
циализированными функциями регуляции межмедиаторного баланса. Во­
влечение межмедиаторных взаимоотношений в патогенез зависимости под­
тверждается и тем обстоятельством, что ПАВ, будучи лигандами различных
медиаторных систем, вызывают сходные нейрофизиологические ф е н о м е н ы Толерантность является результатом вмешательства ПАВ н е п о с р е д с т в е н 306
н0 в механизмы передачи сигнала, а не только десенситизации тех или иных
рецепторов. Речь идет об обратном влиянии изменений в системе цАМФ
на активацию G -протеинов и проницаемость ионных каналов, а также об
иЗМенении активности протеинкиназ. При этом происходит изменение чув­
ствительн ости всех рецепторов, сопряженных с G -протеином. Феномен
толеран тн ости опосредован и изменениями в системе кальция, что под­
тверж дается данными о повышении аналитических эффектов морфина и
сн и ж ен и и толерантности на фоне введения зависимым животным антаго­
нистов кальция. Интересно, что агонисты серотонина обнаруживают такие
же свойства. Хроническое введение ПАВ приводит к опосредованному с и с ­
темой цАМФ нарушению механизмов транскрипции и трансдукции генов,
о тветствен н ы х за синтез медиаторов и прежде всего катехоламинов. О важ­
ной роли генетических факторов в формировании зависимости свидетель­
ствую т данные о существовании различной чувствительности к морфину у
искусственно выведенных мышей.
В основе абстинентного синдрома лежат межмедиаторные нарушения.
Целостная клиническая картина абстиненции при различных формах зави­
симости существенно отличается по тяжести, продолжительности и частным
проявлениям, но для всех случаев характерна своеобразная “ мозаичность”
последних, свидетельствующая об одновременном возбуждении или, точнее,
о нарушении баланса медиаторных систем. Популярностью пользовалась
гипотеза, объясняющая развитие абстиненции избыточным выделением ацетилхолина в синапсах мозга в результате инверсии физиологического кон­
троля катехоламинов над холинергической системой и ослаблением тормоз­
ного влияния ГАМК. На фоне синдрома отмены наблюдался также прирост
серотонина мозга. При этом современные исследователи говорят о специ­
фическом вовлечении системы серотонина в патогенез абстиненции, считая,
что она опосредует ряд психических и соматических симптомов. Активация
серотонинергических рецепторов вызывает усиление болевой перцепции,
тошноту, рвоту, тревогу и психотические нарушения, которые в качестве
автономных симптомов входят в структуру синдрома отмены и имеют аверсивные свойства. Отмена ПАВ у зависимых животных вызывает в средне­
мозговых структурах сначала прирост, а затем падение дофамина. Значи­
тельная роль отводится и усилению транспорта кальция через ионные ка­
налы при абстиненции. Вместе с тем нейроанатомические исследования
показали относительность этих данных. В опытах по локальному измерению
нейромедиаторов в структурах мозга и повреждению проводящих путей было
установлено, что, во-первых, содержание тех или иных медиаторов в раз­
личных областях мозга существенно различается и, во-вторых, зависит от
нейрональной деятельности других областей. Недавние исследования под­
твердили, что при абстинентном синдроме отмечались нейробиологически
обусловленная диссоциация между соматическими и психическими наруше­
ниями, а также то, что ряд симптомов абстиненции, в частности интести­
нальные, имеют не центральную природу, а периферическую.
8.4. Частные ф ормы токсикоманий
Алкоголизм. Типичное или простое алкогольное опьянение имеет фазы
возбуждения и торможения. Продолжительность и выраженность каждой
фазы зависит от дозы алкоголя, крепости напитка, количества и характера
закуски, времени суток, психического и физического состояния и других
факторов. Выделяют три степени тяжести опьянения (легкая, средняя и
307
тяжелая). Тяжелое опьянение (острое отравление) наступает при содержании
алкоголя в крови свыше 350 мг%. Развивается сопор или кома. При затяж­
ном сопоре могут появиться патологические рефлексы и эпилептиформные
припадки. Кожные покровы багровые или бледно-цианотичные, влажные.
Сердечная деятельность ослаблена, постепенно нарастает артериальная
гипотензия. Дыхание урежается или становится периодическим. Характерны
рвота, непроизвольные дефекация и мочеиспускание.
Атипичное или осложненное алкогольное опьянение возможно на фоне
переутомления, острых психогенных реакций, при сопутствующей психи­
ческой, неврологической и соматической патологии и при злоупотреблении
суррогатами алкоголя. Выделяют маниакальноподобный, психопатоподоб­
ный, эпилептиформный, дисфорический и истерический варианты. Для
осложненных вариантов опьянения характерна перфорационная амнезия.
В судебной психиатрии для оценки вменяемости при совершении социально
опасных деяний используют диагноз “патологическое опьянение”. Состоя­
ния, объединенные понятием “патологическое опьянение”, можно отнести
к атипичным формам алкогольной интоксикации, однако клинические про­
явления этих состояний весьма специфичны. Выделяют эпилептоидную и
параноидную формы патологического опьянения, но возможны и другие
психотические варианты. Эти состояния генетически близки к сумеречным
расстройствам. Начало патологического опьянения проявляется остро воз­
никшей тревогой, страхом, растерянностью, отчуждением от окружающей
среды. Внешняя обстановка воспринимается как угрожающая. Могут раз­
виться зрительный, вербальный или сценоподобный галлюцинозы. Больные
совершают сложные действия с нормальной координацией, но бедной ре­
чевой продукцией. Реакция на внешние раздражители отсутствует или резко
ослаблена. Гораздо реже встречается эксплозивный тип реагирования на
раздражители.
Действия индивидуума, как правило, направлены на защиту от мнимой
угрозы для жизни. Соответственно поведение становится агрессивным, стеничным, противоправным и непредсказуемым. Совершаемые субъектами
преступления против личности отличаются жестокостью и отсутствием мо­
тивировки. Для индивида при патологическом опьянении не характерны
кражи, хулиганство и изнасилования. Патологическое опьянение продолжа­
ется короткое время (от минут до нескольких часов), развивается в ответ на
различные дозы алкоголя и заканчивается внезапно наступающим сном.
После пробуждения отмечается полная или резко выраженная перфораци­
онная амнезия на имевшие место события. В генезе патологического опья­
нения участвуют многочисленные факторы, но у абсолютного большинства
больных удается выявить признаки органического поражения головного
мозга или другой психической патологии.
При алкоголизме употребление алкоголя наряду с регулярным м о ж е т
быть и периодическим в форме запоев. Различают истинные запои и псев­
дозапои. Истинные запои перемежаются полной или почти полной трезвос­
тью, на фоне которой влечение к алкоголю существенно редуцировано или
вообще отсутствует. Предвестниками истинного запоя могут быть обостре­
ние тяги к алкоголю, снижение настроения, нарастание тревоги, д и с ф о р и ческие явления, бессонница и другие психические нарушения. Эти я в л е н и я
наблюдаются и непосредственно в период запоя. Истинные запои часто
сочетаются с тяжелыми дисфориями или депрессиями и имеют х а р а к т е р
правильной периодичности, что дало основание некоторым авторам рас­
сматривать их как варианты эпилепсии и маниакально-депрессивного пси308
хо3а. Такая форма употребления алкоголя получила название “дипсомания”
и длительное время претендовала на нозологическую самостоятельность.
В настоящее время перемежающееся пьянство рассматривают в рамках
а л к о г о л и з м а , а алкоголизация при иных психических заболеваниях считает­
ся симптоматической. В первом случае появление истинных запоев — этап
в динамике алкоголизма, во втором — симптомы основного психического
за б о л е в а н и я , а алкоголизация совпадает с дисфорией или депрессией. В кон­
це истинного запоя толерантность к алкоголю падает.
Псевдозапои ситуационно обусловлены, т.е. периодичность их зависит
оТ внешних причин (праздники, выходные дни, дни зарплаты и т.д.). Обыч­
но они появляются на фоне систематического пьянства. Псевдозапои не
с о п р о в о ж д а ю т с я глубоким снижением настроения, но могут проявляться
а т и п и ч н ы м опьянением, особенно в случаях, когда запой спровоцирован
психогенными факторами.
В большинстве случаев стадии алкоголизма хорошо очерчены. Следует
подчеркнуть, что во многих руководствах первую стадию описывают как
состояние, при котором не определяются симптомы физической зависимос­
ти [4, 6]. Вместе с тем диагноз “алкоголизм”, равно как и диагноз других
форм токсикоманий, может быть установлен только при наличии в клини­
ческой картине признаков всех “больших наркоманических синдромов”.
Поэтому правильнее говорить о минимальных или стертых проявлениях
абстиненции при первой стадии алкоголизма.
Для первой стадии алкоголизма характерен абстинентный синдром с
преобладанием астенических и вегетативных нарушений (общая слабость,
сухость во рту, повышенная потливость, тремор, тахикардия, головная боль
и т.д.). Состояние продолжается не более суток и может развиваться после
однократного (однодневного) алкогольного эксцесса. Желание опохмелить­
ся появляется во второй половине дня и в связи с обстоятельствами соци­
ального или этического характера может легко подавляться. В первой стадии
алкоголизма пьянство постепенно теряет культуральные мотивы. Алкоголь
все чаще рассматривается индивидуумом как атарактическое средство и
употребляется с целью “снять напряжение, расслабиться”. Больные указы­
вают также и на отчетливый стимулирующий эффект алкоголя. Мнестические нарушения в опьянении не характерны.
Алкоголизация становится регулярной, появляются псевдозапои, растет
толерантность. В редких случаях алкоголизм изначально протекает с истин­
ными запоями. Социальная адаптация, как правило, не страдает. Психичес­
кие нарушения у большинства больных исчерпываются незначительной
астенизацией и обсессивным влечением к алкоголю.
Вторая стадия, как отмечалось выше, характеризуется максимальной
выраженностью “больших наркоманических синдромов”. Патологическое
влечение к алкоголю приобретает неудержимый, компульсивный характер.
В опьянении полностью теряется контроль над количеством выпиваемого
алкоголя, а во многих случаях — и ситуации. Появляются истинные запои.
Личностные особенности заостряются, поведение приобретает психопато­
подобную окраску. Абстинентный синдром проявляется не только вегета­
тивными, но и выраженными психическими расстройствами. Желание опох­
мелиться возникает с утра и сохраняется днем. Абстиненция возникает
после каждого алкогольного эксцесса. При этом типично резко сниженное
настроение с тревогой, чувством внутреннего напряжения, непоседливос­
тью, опасениями за свое здоровье, идеями самоуничижения. У личностей
возбудимого круга в состоянии абстиненции развивается тяжелая дисфория.
309
Очень характерны преследующие алкоголиков суицидальные мысли, бессон­
ница. Процесс засыпания больные описывают как “проваливание”, “забы­
тье” на фоне усиливающейся к ночи тревоги. Расстройства сна сопровож­
даются кошмарными сновидениями и частыми пробуждениями. Вегетатив­
ные нарушения проявляются сильным потоотделением, стойкой тахикар­
дией, подъемом артериального давления, размашистым тремором конечнос­
тей, языка, а иногда и генерализованным тремором. В первые дни абсти­
ненции могут развиться развернутые или абортивные судорожные припадки
Аффективные и вегетативные нарушения без лечения постепенно убывают
к 5—6-м суткам и сменяются выраженной астенией. При этом суточные
колебания настроения, бессонница, быстрая утомляемость с вегетативными
компонентами могут сохраняться до 6 мес и более. Во второй стадии
манифестируют соматические заболевания, связанные с алкоголизацией.
Наиболее характерны жировая дистрофия печени с повышением актив­
ности трансаминаз, панкреатит и миокардиодистрофия. Социальный рост
прекращается и постепенно становится очевидным снижение способнос­
ти индивидуума адаптироваться к меняющимся условиям социальной
среды.
В третьей стадии алкоголизма происходит падение толерантности к
алкоголю, дальнейшее утяжеление абстинентного синдрома и быстрое на­
растание интеллектуально-мнестического дефекта вплоть до слабоумия (ал­
когольная деградация личности, корсаковский синдром и др.). Психические
компоненты абстиненции приобретают параноидные черты. Характерны
элементарные нарушения восприятия, немотивированный страх, сверхценные идеи отношения, преследования, виновности и другие включения субпсихотического и психотического регистров. Симптомы абстиненции дости­
гают такой степени выраженности, что иногда бывают опасны для жизни
больного. В частных случаях на первый план могут выходить обратимые
психоорганические расстройства: оглушение, головокружение, атаксия, ге­
нерализованный тремор, судорожные припадки, дизартрия, анизорефлек­
сия, нистагм и пирамидные знаки. Соматические расстройства хронизируются. Больные выглядят существенно старше своих лет. Отмечается соци­
альная деградация. Для второй и третьей стадий алкоголизма характерны
алкогольные психозы.
Алкогольные психозы развиваются в состоянии абстиненции. Они, как
правило, манифестируют в вечернее и ночное время, наиболее часто воз­
никают после тяжелых и длительных запоев, при употреблении суррогатов
алкоголя, на фоне декомпенсированной соматической патологии и у лич­
ностей с признаками органического поражения головного мозга. Существует
различная систематизация алкогольных психозов. С практической точки
зрения необходимо выделять острые, затяжные и хронические психозы, а
также ведущие в клинической картине психопатологические синдромы: делириозный, галлюцинаторный, параноидный, бредовый и др. Особенность
острых алкогольных психозов — своеобразный полиморфизм клинических
проявлений, не характерный для других экзогенно и эндогенно обусловлен­
ных состояний. Так, алкогольный делирий в частных случаях сопровожда­
ется транзиторным онейроидом, психическими автоматизмами, вербальным
псевдогаллюцинозом и т.д. При острых психозах важно учитывать и тяжесть
состояния, так как делирий или другой психоз может протекать на фоне
прогрессирующей энцефалопатии с отеком головного мозга и нарушением
функций жизненно важных органов и систем. В свою очередь а л к о г о л ь н ы е
энцефалопатии могут быть острыми и хроническими.
310
В связи с этим можно выделить следующие алкогольные (металкогольнЫе) психозы:
• алкогольные делирии (абортивный, типичный, мусситирующий, ати­
пичный: систематизированный, с вербальным псевдогаллюцинозом,
с транзиторным онейроидом, психическими автоматизмами; острое
течение);
• алкогольные галлюцинозы (вербальный, с чувственным бредом, с
психическими автоматизмами; острый, затяжной и хронический типы
течения);
• алкогольные бредовые психозы (алкогольный параноид, алкогольный
бред ревности; острый, затяжной и хронический типы течения);
алкогольные энцефалопатии (острая и хроническая энцефалопатия,
энцефалопатия Гайе-Вернике, алкогольный псевдопаралич).
На фоне современной терапии алкогольный делирий продолжается не
более 10 сут. Возможна последующая трансформация делирия в галлюциноз
или параноид. Другие алкогольные психозы считаются острыми, если реду­
цируются в течение месяца; затяжные психозы продолжаются до 6, а хро­
нические — свыше 6 мес.
Алкогольный делирий манифестирует с выраженной тревогой и стойкой
бессонницей, на фоне которых появляются парейдолические иллюзии. Ил­
люзорное восприятие окружающей обстановки быстро сменяется зритель­
ными и вербальными галлюцинациями. Сознание в этот период оценивают
как ундулирующее: при активации больного галлюциноз на короткое время
может претерпеть существенную редукцию вплоть до полного исчезновения.
Характерны кратковременные транзиторные состояния помрачения созна­
ния с нарушением ориентировки, которые больные описывают как “прова­
лы”, “забытье” , “кошмары” (абортивный делирий). Симптоматика сохраня­
ется мерцающей от нескольких часов до 1 сут, после чего галлюциноз
приобретает форму статичного состояния. Галлюцинации угрожающего ха­
рактера. Галлюциноз постепенно усложняется, становится сценоподобным.
Одновременно нарастает оглушение. Теряется ориентировка в месте и вре­
мени, но сохраняется в собственной личности (типичный делирий). Харак­
терны переживания бытового и профессионального плана. Нарастание при­
знаков помрачения сознания сопровождается уменьшением двигательной и
речевой продукции. Активность больного ограничена постелью. Он безучас­
тен к окружающей обстановке, перебирает пальцами одеяло, что-то нераз­
борчиво бормочет, не узнает близких (мусситирующий делирий). Повыша­
ется температура тела, резко снижается диурез, падает артериальное давле­
ние. Без лечения это состояние неблагоприятно для жизни. Алкогольный
делирий может состоять из симптомокомплексов других психопатологичес­
ких регистров (атипичный делирий).
Алкогольный галлюциноз — психоз с преобладанием слуховых, вербальных
галлюцинаций, бреда и аффективных тревожных расстройств. Острые тяжелые
алкогольные галлюцинозы по клинике близки к делирию. Так, на высоте
психоза может развиться галлюцинаторная спутанность, подобная клиничес­
ким проявлениям онейроидного помрачения сознания. Однако абсолютное
большинство алкогольных галлюцинозов протекает при ясном сознании.
Острые алкогольные психозы манифестируют на фоне бессонницы и
сопровождаются тревогой, двигательным беспокойством, аффектом недо­
умения. Эти явления могут исчезнуть после глубокого сна. Одновременно
ослабевают и аффективные расстройства. При дальнейшем развитии психоза
311
появляются множественные вербальные галлюцинации с бредом отноше­
ния, воздействия, обвинения, преследования или физического уничтожения.
Характерны приступы страха и паники.
Затяжные (протрагированные) и хронические алкогольные психозы харак­
теризуются стойким вербальным псевдо- или истинным галлюцинозом с
присоединением выраженных депрессивных и бредовых расстройств.
Алкогольный параноид проявляется чувственным бредом, тревожно-деп­
рессивным аффектом и сенсорными расстройствами. Для острого алкоголь­
ного параноида наряду с бредовой трактовкой окружающего характерно
иллюзорное восприятие. Больные в разговорах слышат в свой адрес угрозу,
издевательства, видят в бытовых предметах орудия убийства и т.д. Преоб­
ладает аффект страха. В отношении мнимых преследователей могут совер­
шаться агрессивные поступки. При затяжном параноиде исчезает иллюзор­
ный компонент бреда, наблюдается его некоторая систематизация. Поведе­
ние становится бол£е упорядоченным, но больные остаются замкнутыми,
подозрительными. Настроение сохраняется тревожным, угрюмо-злобным.
Постепенно интенсивность переживаний ослабевает. Относительно длитель­
ное время сохраняется резидуальный бред.
Алкогольный бред ревности (алкогольная паранойя) — это психоз, преиму­
щественно с затяжным и хроническим типом течения, с преобладанием пер­
вичного систематизированного бреда. Встречается, как правило, у мужчин с
психопатическими паранойяльными чертами характера. Бред монотематический, развивается постепенно, его формированию часто предшествуют реальные
негативные изменения в семейных отношениях, связанные с характерологи­
ческими особенностями и алкоголизацией супруга. Напряженные семейные
отношения становятся фабулой сверхценных переживаний. Сначала бредовые
высказывания появляются только в состоянии опьянения или похмелья. Со­
держание бреда нередко сохраняет правдоподобные черты. Однако со временем
круг событий, получающих бредовую трактовку, расширяется, а поведение
приобретает специфические бредовые черты. Возможны агрессивные и ауто­
агрессивные действия. Бред ревности может диссимулироваться. На фоне
лечения паранойяльный бред сменяется стойким резидуальным бредом.
Острые энцефалопатии наблюдают при массированной алкоголизации в
III стадии алкоголизма или при интоксикации суррогатами алкоголя и техни­
ческими жидкостями (метиловый спирт, этиленгликоль, дихлорэтан и др.). Для
этих состояний характерны помрачение сознания вплоть до аменции, делирий
и массированные неврологические нарушения. Проявления острой энцефало­
патии отчасти обратимы. Энцефалопатия Гайе-Вернике — это геморрагическая
энцефалопатия или верхний полиэнцефалит с подострым течением. П р о д р о м
продолжается 4—5 мес, проявляется выраженной астенизацией и нарастанием
дистрофических расстройств. Н а этом фоне остро развивается м у с с и т и р у ю щ и й
делирий. Состояние быстро ухудшается, повышается температура тела, появ­
ляются кататонические явления, аментивная спутанность. Прогноз для жизни
неблагоприятный. Хроническая энцефалопатия по сути является исходом ал­
коголизма. В клинической картине наряду с деменцией могут н аб л ю д а ть ся
полиневриты, поражения мозжечка и мозолистого тела, корсаковский си н д р о м
(фиксационная, ретро-, антероградная амнезия, конфабуляции, эйфория) и
другие расстройства. Алкогольный псевдопаралич — вариант хронической эн­
цефалопатии, п р о я в л я ю щ и й с я интеллектуально-мнестическим с н и ж е н и е м с
беспечностью, эйфорией, идеями величия.
Опиаты и опиоиды (алкалоиды опия и синтетические аналоги м о р ф и н а :
морфин, кодеин, героин, промедол, омнопон, метадон, фентанил и др)312
Наибольшее распространение получили высокотоксичные препараты кус­
тарного изготовления, содержащие опий-сырец (маковая соломка, ханка) и
героин (ангидрированный опий). Применяют внутривенно, ингаляционно
(курен ие) и внутрь. Субъективное воздействие препаратов типа опия неоди­
н а к о в о для различных лиц и для одного и того же лица в разное время. Это
возд ей стви е зависит от дозы, способа употребления, физических и психи­
ческих особенностей потребителя, а также от ожидаемого им результата.
О бы чно прием препаратов типа опия создает ощущение “невесомости”,
“легкости”, “истомы” , которые сменяются эйфорией, благодушием, иллю­
зией отсутствия каких-либо проблем. При приеме больших доз наркотика
развивается сомноленция.
О с т р ы е отравления при злоупотреблении опиатами происходят вследст­
вие передозировки или попадания в раствор наркотика веществ общетокси­
ческого действия при нарушении технологии его изготовления. Передози­
ровку опиатами в основном фиксируют у лиц, не имеющих длительного
опыта наркотизации, после перенесенного абстинентного синдрома и при
комбинации наркотика с алкоголем или другими ПАВ. Для этого отравления
характерны глубокий сопор или кома, резкое угнетение дыхания, миоз,
брадикардия, артериальная гипотония. В крайне тяжелых случаях на фоне
брадикардии и гипотонии может быть мидриаз (табл. 8.1).
Т а б л и ц а 8.1. Диф ф еренциальны й диагноз между отравлениями опиатами и д ру­
____________________________ _
гими средствами
Опиаты
Показатель
АД
Резко или умеренно
снижено
ЧСС
Брадикардия, с уве­
личением экспози­
ции — тахикардия
Синусовая брадикар­
дия, при тахикардии
высокий зубец Т
ЭКГ
Барбитураты
Выход из
комы
Миоз
Гипоксическая энце­
фалопатия
Атропиноподоб­
ные
В норме или
умеренно сниже­
но
Умеренная тахи­ Умеренная тахи­
кардия
кардия
В норме или
умеренно по­
вышено
Выраженная та­
хикардия
Синусовая тахикардия
Синусовая или
пароксизмаль­
ная тахикардия
Умеренно сни­
жено
Различные варианты нарушения
В норме или
редко миоз
Тонус ске­
Повышен, тризм же­ Редко тризм же­
летных
вательных
вательных мышц,
мышц
мышц и судороги
редко судороги
Тонус моче­ Спазм
В норме, редко
выводящих
спазм
путей
Реакция на Пробуждающий эф­
Отсутствует или
налоксон
слабая
фект, стабилизация
гемодинамики и ды­
хания
Реакция на Не вводили
Отсутствует
аминостигМин
Зрачок
Бензодиазепины
проводимости
В норме или ми­
дриаз
Релаксация
Мидриаз
1Ч
Релаксация
В норме
Спазм
Отсутствует
Отсутствует
Слабая
Пробуждающий
эффект, стаби­
лизация гемоди­
намики
Делирий, асте­
ния
Выраженная астения, редко энце­
фалопатия
,
313
В случаях средней тяжести и тяжелых течение отравления волнообраз­
ное. Передозировка опиатами сопровождается формированием энцефалопа­
тии различной степени тяжести. Структуру энцефалопатии составляют ас­
тенические, мнестические, аффективные и психотические нарушения. Ди­
намика энцефалопатии имеет 3 фазы: фазу оглушения со спутанностью
нарушением ориентировки в месте и времени, ундулирующим сознанием'
фазу пробуждения с атаксией, дизартрией, мнестическими расстройствами
и аффективными нарушениями; фазу редукции с преобладанием расст­
ройств астенического круга. Тяжесть энцефалопатии напрямую зависит от
продолжительности бессознательного состояния. Среди лиц, злоупотребля­
ющих опиатами, часто встречаются случаи отравления снотворно-седатив­
ными и другими средствами, которые используют при самолечении абсти­
ненции.
Отравление веществами общетоксического действия отличается значи­
тельным полиморфизмом клинических проявлений. При этом далеко не
всегда удается установить этиологический фактор. Наименее дифференци­
рованные клинические проявления интоксикаций описывают как токсикоаллергические реакции. Токсико-аллергическую реакцию дифференцируют
сепсисом, вирусным гепатитом, геморрагическим синдромом, гемолитичес­
кой реакцией и сифилисом (внутривенный путь заражения). Гемолитичес­
кую реакцию наблюдают редко, но ее можно считать специфичной для
героиновой и эфедроновой наркомании, так как в технологии изготовления
этих средств используют уксусную кислоту или уксусный ангидрид. Легкие
случаи гемолитической реакции по клинической картине близки к токсико-аллергической реакции, гепатиту. Более сложны в диагностическом от­
ношении состояния, вызванные острым отравлением бензолом и хлористым
метиленом. Эти отравления связаны с использованием в изготовлении нар­
котика растворителей на основе бензола и хлорированных углеводородов.
При отравлении бензолом тяжесть состояния обусловлена глубокими пато­
логическими сдвигами в системе крови (нормохромная анемия III степени,
панцитопения). Тромбоцитопения служит основной причиной кровотече­
ний. Отравление хлористым метиленом, как и при интоксикации бензолом,
имеет подострый характер. Для этого отравления характерны эрозивный
гастрит, гепато- и спленомегалия, геморрагический синдром с анемией,
тромбоцитопенией, сдвигом лейкоцитарной формулы влево вплоть до мие­
лоцитов. Непосредственной причиной летальных исходов у данной группы
больных бывает вторичная инфекция, проявляющаяся в основном пневмо­
нией или сепсисом.
Хроническая интоксикация приводит к заострению неустойчивых черт
характера, волевым и эмоциональным нарушениям. Наркоманы становятся
все более грубыми, эгоистичными и лживыми. Без введения наркотиков
больные угнетены и раздражительны. Сразу же после инъекции они преоб­
ражаются, становятся веселыми, общительными, исчезают вялость, апатия,
упадок сил. В поздней стадии заболевания формируется глубокий астени­
ческий синдром. Характерны мнестические расстройства.
Толерантность к опиатам высокая. Психическая и физическая зависи­
мость выражены сильно. Зависимость формируется быстро и может быть
вызвана дозами, не превышающими терапевтические. У многих н а р к о м а н о в
сразу после первых инъекций наркотика появляется непреодолимое ж е л а н и е
продолжить его прием и достать его любым способом.
Абстинентный синдром начинается через 8—16 ч после приема послед­
ней дозы, достигает максимальной интенсивности через 2—3 сут, а затем
314
убывает. Наиболее тяжелые симптомы обычно исчезают в тече­
ние 10 дней, но остаточные явления продолжаются долго. В синдром абс­
т и н е н ц и и входят следующие симптомы (приблизительно в порядке разви­
тия): беспокойство, раздражительность, боли во всем теле, бессонница,
н а с м о р к , обильное потоотделение, приливы крови к лицу, тошнота, рвота,
п о н о с, акатизия, повышение температуры, спазм гладкой мускулатуры кищ е ч н и к а , обезвоживание организма. Внезапное прекращение наркотизации
для лиц с выраженной соматической патологией представляет опасность для
жизни.
Производные эфедрина. Наибольшее распространение получили препара­
ты нелегального изготовления — эфедрон и первитин, отличающиеся высо­
кой токсичностью. Применяются внутривенно. Наркоманическая интокси­
кация сопровождается ярко выраженной эйфорией, возбуждением, речевой,
двигательной и сексуальной расторможенностью. Некоторые наркоманы
с к л о н н ы вводить эфедрон с интервалом 2—3 ч в течение нескольких суток.
При прекращении наркотизации нередко развивается психоз по типу дели­
рия или острого параноида.
Острые отравления вследствие передозировки проявляются психомотор­
ным возбуждением, психотическими явлениями, артериальной гипертен­
зией, пароксизмальной тахикардией. На фоне нарастающей сердечно-сосудистой недостаточности развивается кома. Смерть может наступить от ин­
фаркта миокарда или кровоизлияния в мозг. При злоупотреблении препа­
ратами этой группы возможны гемолитические реакции, так как в техноло­
гии их изготовления используется уксусная кислота. Хроническая интокси­
кация приводит к формированию стойкого астенического синдрома с шизоформными расстройствами мышления и интеллектуальным снижением.
Толерантность высокая. Психическая зависимость сильная. Физическая за­
висимость слабовыраженная. При внезапном прекращении наркотизации
появляются депрессивные с дисфорической окраской состояния и вегета­
тивные нарушения. Следует помнить о возможности развития психоза.
Производные каннабиса (гашиш, анаша, марихуана, план, чаре и др.).
Препараты каннабиса изготавливаются кустарно из дикорастущей конопли.
Психоактивные свойства обеспечиваются наличием в растении транс-тетрагидроканнабинола и других каннабиноидов.
Наркоманическая интоксикация проявляется морией или эйфорией, ис­
кажением восприятия пространства и времени, потерей ощущения подлин­
ности собственного “я ” и чувства реальности происходящего, иногда зри­
тельными и слуховыми галлюцинациями.
Острое отравление вследствие передозировки вызывает сопор или кому
с последующим развитием энцефалопатии и полиневропатии (спутанность
сознания, галлюциноз, нарушение схемы тела, дизартрия, астазия-абазия,
апраксия, анестезии, парезы и др.). При хронической интоксикации наибо­
лее часто развивается “амотивационный синдром” , характеризующийся апа­
тией, аутизацией, пассивностью, вялостью, ослаблением памяти и интел­
лекта. Возможны деперсонализационные и дереализационные явления, ощу­
щения чуждости тела, нереальности и измененности всего окружающего.
В других случаях клиническая картина проявляется грубым психоорганичес­
ким синдромом или шизофреноформными психозами. Считается, что каннабиноиды обладают свойством актуализовывать латентную психическую
патологию.
Толерантность невысокая, зависит от индивидуальных особенностей по­
требителя. Психическая зависимость умеренная или сильная. Абстинентный
постепенно
315
синдром проявляется нестойкими нарушениями сна, повышенной возбуди­
мостью, тахикардией, неприятными ощущениями в области сердца, отсут­
ствием аппетита, потливостью и т.д.
Токсикомании к транквилизаторам и антидепрессантам (лекомании) полу­
чили преимущественное распространение среди лиц, принимавших их в
течение длительного времени. В отличие от большинства токсикоманий при
лекомании нет потребности в постоянном повышении доз. Привыкание к
этим препаратам сопровождается психической зависимостью. Физическая
зависимость слабо выражена. Явления абстиненции нестойкие и не выходят
за рамки вегетативных расстройств. Однако у некоторых больных непосред­
ственно после прекращения длительного приема транквилизаторов появля­
ются резкая раздражительность, тревога, сопровождающаяся двигательным
беспокойством, бессонницей, судорогами в конечностях и жалобами на
ломоту в суставах. Острые отравления бензодиазепинами протекают с нару­
шением сознания в форме сопора или комы, с относительно стабильными
показателями гемодинамики и мышечной релаксацией. После тяжелых от­
равлений может развиться энцефалопатия со стойким, до нескольких не­
дель, астеническим синдромом.
Средства с антихолинергическим действием (циклодол, димедрол, астматол,
белладонна и др.). Механизм токсического действия этих препаратов опре­
деляется способностью блокировать холинореактивные системы мозга. При
легких интоксикациях отмечаются нарушение запоминания, снижение ак­
тивного внимания, затрудняется осмысление происходящих событий. С
увеличением дозы возникает состояние тревоги, страха, наблюдается пси­
хомоторное возбуждение, нарушается ауто- и аллопсихическая ориентиров­
ка. Для отравлений средней тяжести характерны делириозные состояния.
Иллюзии и галлюцинации носят неприятный, устрашающий характер. Речь
больных становится бессвязной, контакт с ними невозможен. В тяжелых
случаях развиваются сопор или кома с нарушениями в деятельности сердеч­
но-сосудистой системы. В дальнейшем отмечаются грубые амнестические
расстройства, в течение длительного времени сохраняются астенические
нарушения. Соматовегетативные нарушения при отравлениях антихолинергическими средствами проявляются расширением зрачков, сухостью слизис­
тых оболочек и кожных покровов, тахикардией, повышением температуры
тела. Зависимость к антихолинергическим средствам развивается крайне
редко. Злоупотребление ими распространено среди подростков и имеет
характер токсикоманических эксцессов.
Кокаин. Препарат применяется внутривенно или интраназально. Психо­
тропное действие кокаина сочетает мощный эйфоризирующий и психости­
мулирующий эффекты. На высоте интоксикации развивается психотическое
состояние с параноидными реакциями, психомоторным возбуждением и
нередко агрессивным поведением. Клиника острого отравления такая же,
как и у амфетаминов.
Хроническая интоксикация относительно быстро формирует психоорга­
нический синдром. Толерантность высокая. Психическая зависимость силь­
ная. Абстинентный синдром проявляется астеническими, депрессивными и
вегетативными расстройствами.
Барбитураты (барбамил, фенобарбитал, этаминал-натрий и др.). П р и н и м а ­
ются внутрь, реже внутривенно. Наркоманическая интоксикация барбиту­
ратами напоминает алкогольное опьянение. Непродолжительная стадия эй­
фории и возбуждения сменяется оглушенностью, спутанностью сознания,
речевыми и двигательными нарушениями, с последующими глубоким сном
316
или сопором. Возможно появление колебаний аффекта, а также агрессивное
п о в е д е н и е . При хронической интоксикации развиваются нарушения по пси­
хоорганическому типу: атаксия, дизартрия, заторможенность, рассеянность
в н и м а н и я , снижение интеллекта и памяти, эмоциональная неустойчивость,
у острых отравлений барбитуратами и опиатами имеются общие черты (см.
табл. 8 .1 ).
Т о л е р а н т н о с т ь относительно невысокая. Употребляемая доза может пре­
в ы ш а ть первоначальную в 5—10 раз. Опасная для жизни барбитуромана
д о за — 2,5 г чистого вещества. При прекращении наркотизации толерант­
ность к барбитуратам быстро исчезает и больные могут стать даже более
ч у в с т в и т е л ь н ы м и к наркотику, что нередко приводит к тяжелым отравлени­
ям. Психическая и физическая зависимость сильная. При внезапном пре­
кращении наркотизации развивается синдром абстиненции. Он начинает
проявляться в течение первых суток после прекращения приема наркотиков,
достигает максимальной интенсивности через 2—3 дня, а затем медленно
исчезает. В синдром абстиненции входят следующие симптомы (в порядке
их появления): беспокойство, дрожание рук и пальцев, прогрессирующая
слабость, головокружение, искажение зрительного восприятия, тошнота,
рвота, бессонница, резкое падение артериального давления, конвульсии
эпилептического типа, психические расстройства — реакции пароноидного
типа с бредом и галлюцинациями, состояния оцепенения и панического
страха. Для лиц с выраженной зависимостью от барбитуратов внезапное
прекращение наркотизации представляет опасность для жизни.
Амфетамины (фенамин, сиднокарб и др.). Наибольшее распространение
получил фенамин кустарного изготовления. Принимается внутрь и внутри­
венно. Случайное или нерегулярное употребление относительно малых доз
этих наркотиков создает ощущение уменьшения усталости, повышенной
ясности сознания и бодрости. Употребление больших доз (особенно путем
внутривенного введения) вызывает эйфорию, психомоторное возбуждение,
обусловливает стимуляцию и искажение восприятия.
Передозировка амфетаминами напоминает острое отравление производ­
ными эфедрина, протекает с острым параноидом. Хроническая интоксика­
ция приводит к значительным психическим нарушениям, нередко психоти­
ческого характера. Характерны затяжные шизоформные психозы. Быстро
формируется стойкий астенический синдром с депрессивными и апатоабулическими включениями.
Толерантность высокая. Употребляемая доза может превышать первона­
чальную в сотни раз. Психическая зависимость сильная, физическая —
незначительная. С прекращением наркотизации наступает депрессия, кото­
рая резко усиливает стремление возобновить прием препарата. При внезап­
ном лишении наркотика у больных развиваются вялость, адинамия, общая
слабость, сонливость. В дальнейшем на первый план выступают симптомы
вегетативной группы.
Психотомиметики. Психотомиметики (галлюциногены, психодизлептики,
Делиранты) — психоактивные вещества, вызывающие обратимые психоти­
ческие нарушения без выраженных соматических расстройств. В настоящее
время преимущественное распространение получили диэтиламид лизергиНовой кислоты (ДЛК, ЛСД), псилоцибин (в России получает распростране­
ние злоупотребление псилоцибинсодержащими грибами, произрастающими
в средней полосе), фенциклидин и его производные (РСР, “экстази” и др.).
Препараты применяются внутрь и внутривенно. Имеются сведения о транскутальном введении препаратов типа “экстази” .
317
В патогенезе психоза, вызываемого ДЛК и другими психотомиметиками,
>сновное значение придается влиянию этого вещества на серотонинерги1еские и дофаминергические системы мозга.
Классическим представителем группы психотомиметиков является ДЛК,
Эн относится к числу наиболее токсичных препаратов и вызывает у человека
>стрый психоз в дозе 0,0005—0,001 мг/кг. Психические расстройства разви1аются через 10—30 мин после попадания препарата в организм и сохраня­
ется в течение 5—10 ч.
Начальные симптомы отравления: общая слабость, головокружение,
-ошнота, ощущение жара или холода. Отмечаются мидриаз, потливость,
;люнотечение, рвота, тахикардия. В дальнейшем развиваются разнообразные
тсихотические расстройства. На высоте интоксикации с постоянством от­
вечаются различные обманы восприятия (гиперестезии, иллюзии, зрительш е и слуховые галлюцинации). Галлюцинаторные образы отличаются ярсой окрашенностью, калейдоскопически сменяют друг друга. Настроение
вольных, как правило, приподнятое, однако в ряде случаев возможно появ1ение подавленности, тревоги, страха, враждебности к окружающим. При
гяжелых отравлениях наблюдаются явления дереализации и деперсонализа­
ции, характерны расстройства восприятия времени. Нарушения мышления
зыражаются в его замедлении, невозможности сосредоточиться, возникнозении отрывочных бредовых идей. При этом в большинстве случаев больные
остаются доступными контакту. Только при очень тяжелых отравлениях
«растает бессвязность мышления, нарушается ориентировка в окружаюцем, отмечаются грубые расстройства памяти. Двигательные нарушения
лроявляются как в виде речедвигательного возбуждения, так и развитием
$аторможенности, иногда с явлениями восковой гибкости (каталепсии).
После редукции психотических нарушений сохраняются астенические рас­
стройства, выраженность которых зависит от тяжести интоксикации. В ряде
случаев возможно повторное развитие кратковременных психотических со­
стояний, появляющихся в отдаленные сроки после интоксикации ДЛК.
Психозы, вызываемые другими психотомиметиками, имеют общие черты
: проявлениями острой интоксикации ДЛК.
Хроническая интоксикация психотомиметиками сопровождается форми­
рованием астенических, апатоабулических и вялотекущих шизоформных
расстройств.
Психическая и физическая зависимость слабовыражены. Толерантность
низкая.
Эфирные растворители (ацетон, бензин, бензол, диэтилэфир, х л ороф орм ,
голуол, четыреххлористый углерод и др.). Последнее время с токсикоманической целью преимущественно используется ацетон и толуол (составн ы е
части многих промышленных продуктов, в том числе растворителей и не­
которых типов клея), а также бензин. Применяются ингаляционно, реже в
виде аппликации на волосистую часть головы.
Острая интоксикация сопровождается эйфорией со спутанностью с о зн а ­
ния и нарушениями ориентировки. Некоторые вещества, в том числе бензин
и толуол, вызывают иллюзию беспредельности собственных во зм о ж н о стей ,
галлюцинации, значительную потерю самоконтроля, нередко с а г р е с с и в н ы м
поведением. С увеличением дозы могут наступить судороги, кома и смерть.
Смерть возможна и от удушья, если ингаляция проводилась из п л а с т и к о в о г о
мешка и сопровождалась потерей с о зн а н и я .
Хроническая интоксикация (бензином, бензолом и ч е т ы р е х х л о р и с т ы м
углеродом) приводит к патологическим изменениям в легких, печени, по­
318
чках и в составе крови. Развиваются глубокие психические нарушения по
психоорганическому типу. Толерантность незначительная, за исключением
толуола. Психическая зависимость слабее по сравнению с другими типами
т о к с и к о м а н и й , а физическая — незначительна. Внезапное прекращение нар­
ко ти зац и и приводит к появлению заторможенности, сонливости, раздражи­
тельности. Крайне редко развивается психоз, напоминающий алкогольный
делирий.
8.5. Лечение токсикоманий
С точки зрения практики, целесообразно разделить потоки больных по
виду оказываемой помощи. Можно выделить ургентную помощь (острые
интоксикации, абстинентный синдром, опасные для жизни соматические
заболевания, обусловленные хронической интоксикацией наркотиком); ле­
чение психических и соматических нарушений в постабстинентный период;
противорецидивную терапию. В одних случаях при поступлении больных в
плановом порядке эти виды помощи составляют этапы лечения, в других —
больным оказывается только один вид помощи (например, лечение острых
интоксикаций на догоспитальном этапе). Очевидно, что содержание отдель­
ных видов помощи требует участия в лечении различных специалистов,
компетентность которых выходит за рамки специальностей психиатр-нар­
колог или токсиколог. Современные подходы рассматривают каждый этап
лечения как необходимый и достаточный. Подход распространяется на
больных, поступающих как в неотложном, так и в плановом порядке. После
завершения первого этапа лечения (купирование абстинентного синдрома
или острой интоксикации в условиях стационара или амбулаторно) больным
в добровольном порядке предлагается перейти ко второму и третьему этапу
(соответственно коррекция постабстинентных психических расстройств и
противорецидивная терапия).
Лечение психических и соматических расстройств постабстинентного
периода проводится преимущественно в стационаре, однако при слабо вы­
раженной симптоматике допускается перевод больного на амбулаторный
режим помощи. Продолжительность второго этапа в частных случаях бывает
от 7 дней до месяца и более.
Третий этап помощи осуществляется амбулаторно. Продолжительность
противорецидивной терапии во времени не ограничивается. Лечение вклю­
чает комплекс фармакологических и психотерапевтических тактик, направ­
ленных на профилактику рецидива. При этом решающую роль будет играть
социальная реадаптация больного.
Если пациент в силу субъективных причин отказывается принимать
участие во всей терапевтической программе, то ему предлагается самостоя­
тельно определить потребность в том или ином виде медицинской помощи.
Лечение острых отравлений ПАВ. Несмотря на значительную полиморфНость острых отравлений, практически всем больным назначается трансфузионная дезинтоксикационная терапия, направленная на максимально бы­
строе выведение токсиканта из организма, профилактику гиповолемических
и метаболических нарушений, коррекцию кислотно-основного и электро­
литного баланса. При продолжительной экспозиции токсиканта с целью
влияния на осмотический градиент массопереноса в состав назначений
вводятся осмотически активные соединения — маннитол и гипертонический
раствор глюкозы. При длительной детоксикации в состав интенсивной те­
рапии включаются средства для парентерального питания. Форсированный
319
диурез проводится по общепринятым методикам в объеме до 6 л в сутки с
введением хлорида калия до 3 г в сутки и лазикса до 200 мг в сутки.
Кислотно-щелочной баланс регулируется введением закисляющего (аскор­
биновая кислота 10—15 мг/кг) и ощелачивающего (натрия гидрокарбонат)
препаратов. Для коррекции нарушений гемодинамики и дыхания применя­
ются аналептики — этимизол, сульфокамфокаин, дофамин. При выражен­
ной дыхательной недостаточности применяется искусственная вентиляция
легких. С целью профилактики гипоксической энцефалопатии при отравле­
ниях назначаются внутривенно пирацетам и рибоксин до 3 г в сутки.
При передозировке опиатами в качестве антидота используется налоксон. Инфузия препарата продолжается до развития абстиненции.
При отравлении веществами с антихолинергическим действием, ДЛК и
псилоцибином антидотами служат обратимые ингибиторы холинэстеразы —
галантамин и аминостигмин.
При отравлении метиловым спиртом и этиленгликолем антидотом явля­
ется этиловый спирт (30 % раствор на глюкозе, инфузия до состояния
опьянения).
При поступлении токсиканта в организм через ЖКТ необходимо сделать
зондовое промывание желудка, дать внутрь активированный уголь или дру­
гие сорбенты и слабительные средства.
Лечение абстинентного синдрома при опиатной наркомании. Лечение опи­
атного абстинентного синдрома представлено двумя подходами.
Первый подход является логическим продолжением методики “дробной
деморфинизации”, применявшейся с конца XIX в. Методика предусматри­
вала постепенное лишение наркотика в период от 2 до 6 нед. В настоящее
время за рубежом с данной целью назначают опиатные агонисты с пролон­
гированным действием (метадон и левоальфа-ацетилметадол) или селектив­
ные агонисты-антагонисты (бупренорфин). В России метадон пока не раз­
решен к применению.
Второй подход предусматривает одномоментное (абортивное) лишение
наркотиков и лечение абстинентного синдрома средствами, подавляющими
возбуждение в различных медиаторных системах.
Очевидно, что существование двух подходов обусловлено наличием у них
положительных и отрицательных сторон.
Лечение абстинентного синдрома метадоном является чрезвычайно эф­
фективным. Препарат позволяет купировать синдром за 6—8 дней. Более
того, у ослабленных больных или беременных женщин детоксикация мета­
доном является методикой выбора. Основным недостатком этого м ето д а
является риск формирования новой зависимости, потому что метадон об­
ладает наркогенным потенциалом. Вместе с тем многие зарубежные с п е ц и ­
алисты этот факт опускают, так как метадон используется для п о с л е д у ю щ е й
поддерживающей, а точнее заместительной терапии.
В отношении бупренорфина существуют аналогичные подходы. И з н а ­
чально на бупренорфин возлагались большие надежды, так как с ч и т а л о с ь ,
что он лишен главного недостатка метадона — способности вызывать зави­
симость. Оптимальный срок детоксикации бупренорфином с п о с т е п е н н ы м
уменьшением дозы — 36 дней. В длительных циклах детоксикации м етад о н
и бупренорфин сопоставимы по эффективности. Существует методика де­
токсикации, предусматривающая сочетанное назначение б у п р е н о р ф и н а и
опиатного антагониста — налтрексона. Препарат оказался э ф ф е к т и в н ы м
при лечении кокаинового абстинентного синдрома, острого отравления ко­
каином, случаев сочетанного злоупотребления героином и кокаином и слу'
чаев злоупотребления синтетическими психостимуляторами. Однако постепеНно накопились данные, поставившие под сомнение его достоинства.
Было показано, что отмена бупренорфина сопровождается появлением
опиатоподобных абстинентных расстройств. Имеется и риск формирования
вторичной зависимости.
Среди методик абортивного лишения наркотиков с конца семидесятых
годов наибольшей популярностью за рубежом пользуется метод, основанный
на применении клонидина. Клонидин (клофелин) — агонист а 2-адренорецепторов, специфически подавляет адренергическое возбуждение, с кото­
рым связываются многие симптомы абстиненции. Клонидин позволяет ку­
пировать абстинентный синдром в течение 12—14 дней, однако препарат
неодинаково эффективен в отношении отдельных симптомов и малоэффек­
тивен в отношении тяжелых случаев. Клонидин слабо влияет на психические
нарушения при абстиненции и полностью лишен снотворного действия,
вызывает нежелательные гемодинамические сдвиги. Попытки купировать
синдром назначением повышенных доз оборачиваются гипотоническими
коллапсами, нарушением сердечного ритма, а в некоторых случаях и сину­
совой остановкой сердца. Препарат не рекомендуется при коронарной не­
достаточности, поражении сосудов мозга, почечной недостаточности и дру­
гой патологии, распространенной у наркоманов. Задача удержаться в рамках
терапевтических доз клонидина (0,6—0,8 мг в сутки) решается путем созда­
ния комбинаций препаратов из различных групп. В частности, удачной
оказалась комбинация клонидина и опиатного антагониста налорфина. Как
эффективные описываются комбинации клонидина с налоксоном или налтрексоном. В отечественной практике для купирования абстиненции из
препаратов с адренолитическим действием получили также распространение
пироксан, анаприлин (бета-адреноблокаторы).
Другим направлением в лечении абстиненции является применение антихолинергических средств. Выбор этих препаратов, по-видимому, основан
на представлении о холинергической природе симптомов абстиненции. Абс­
тиненция купируется атропином, комбинацией атропина с трициклическими антидепрессантами, которые также обладают холинолитическими свой­
ствами. Как в первом, так и во втором случае течение абстиненции ослож­
нялось делирием, который купируется аминостигмином или галантамином.
Абстинентный синдром купируется в течение 3—6 сут кетамином. При
абстиненции также применяются барбитураты, нейролептики и транквили­
заторы, ноотропы с ГАМКергическими свойствами (баклофен, пирацетам).
Имеются сведения о попытках купировать абстинентный синдром с помо­
щью адренокортикотропного гормона, преднизолона, пептида дельта-сна,
микроволнового облучения, транскраниальной электроаналгезии, электро­
сна, иглорефлексотерапии, гемосорбции и плазмафереза. Внедрение экстра­
корпоральных методов детоксикации в практику лечения абстинентного
синдрома осуществили преимущественно отечественные клиницисты. Од­
нако в отношении частных методик нет единого подхода, а оценка реальной
эффективности экстракорпоральной детоксикации затруднена из-за того,
что она применяется в комплексе с другими средствами.
В собственных исследованиях нами установлена антиабстинентная ак­
тивность у верапамила (финоптин, изоптин) и у антидепрессантов с четыРехциклической структурой: мапротилина (людиомил), миансерина (миансан, леривон) и инказана (метралиндол).
Введение в схему анальгетиков — опиоидов (промедол, бупренорфин,
трамал и др.) мы считаем оправданным, так как в терапевтических дозах на
320
321
11 -7127
высоте абстиненции они потенцируют действие неопиатных антиабстинентных средств. Трамал не обладает наркогенным потенциалом и не относится
к списку наркотических препаратов, поэтому может более широко исполь­
зоваться, чем другие опиоиды.
Согласно нашему опыту, оптимальной тактикой в фармакотерапии абс­
тинентного синдрома можно считать назначение комбинации лекарствен­
ных средств, которая будет построена на нескольких принципах:
• Выбор препаратов должен осуществляться с учетом их антиабстинентного селективного действия.
• Дозировка и распределение назначений антиабстинентных средств
должны учитывать динамику облигатных и факультативных симпто­
мов и общую токсическую нагрузку на организм.
• При комбинировании лекарственных средств необходимо исключить
одновременное назначение препаратов, взаимно усиливающих отри­
цательное влияние на факультативные симптомы.
• Проявление побочных эффектов лекарственных средств может быть
ослаблено введением в схему лечения препаратов — функциональных
антагонистов, которые оказывают и положительное влияние на об­
лигатные симптомы абстиненции.
• При лечении абстинентного синдрома необходимо учитывать исход­
ное соматическое и психическое состояние больного.
В качестве примера удачной комбинации можно привести следующую
схему лечения.
На фоне начальных проявлений абстиненции больному назначается в
суточных дозах внутрь людиомил — 150 мг или миансан (леривон) в соот­
ветствующих дозировках; верапамил — 320 мг; амитриптилин — 75 мг; на­
трия оксибутират — 8—12 г; феназепам — 10 мг внутрь. Совокупность этих
назначений в первые сутки лечения обеспечивает сомнолентное состояние,
отсутствие психотических нарушений, стабильные показатели гемодина­
мики.
На 2-е сутки лечения в утренние часы отменяются или резко ограничи­
ваются все назначения, но в схему вводится трамал — 300—600 мг в сутки
подкожно или внутрь. Назначения от первых суток в разовых дозах повто­
ряются на ночь, что обеспечивает нормальный ночной сон.
На 3-и сутки трамал с утра дают только по показаниям (алгические
явления). В схему вводится пирацетам до 3 г в сутки. На ночь — трамал
200 мг и снотворные средства (натрий оксибутират, феназепам). На четвер­
тые сутки и далее — назначения аналогичные. Суточные дозы пирацетама и
трамала сокращаются.
Начиная с 6—7-х с у т о к явления абстиненции полностью к у п и р у ю т с я .
В клинической картине на первый план выступают астенические, аффек­
тивные расстройства, стойкая бессонница и другие нарушения, я в л я ю щ и е с я
задачей следующего этапа лечения.
Лечение абстинентного синдрома при других формах токсикоманий. В ле­
чении абстинентного синдрома при других формах токсикоманий с о б л ю д а ­
ются изложенные выше принципы. Назначаются комбинации из а д р е н о б л о кирующих средств (анаприлин, пироксан), антагонистов кальция (в е р а п а ­
мил, нифедипин), бензодиазепинов (феназепам, диазепам), натрия о к с и бутирата, антидепрессантов (амитриптилин, мапротилин, миансерин) и ней­
ролептиков (дроперидол, клозепин). Барбитураты и бензодиазепины о т м е ­
няются только дробно с введением в схему противосудорожных ср е д с тв
322
(финлепсин, бензонал). Наибольшую избирательную активность по отноше­
нию к дисфорическим состояниям при злоупотреблении психостимуляторами обнаруживает клозапин (азалептин, лепонекс). Психомоторное возбуж­
дение лучше купировать дроперидолом.
Лечение абстинентного синдрома при алкоголизме. Особенностью алко­
гольной абстиненции является ее частое сочетание с явлениями интоксика­
ции подострого характера. Поэтому в случаях массированного алкогольного
эк сц есса или запоя целесообразно провести форсированный диурез. Для
ускорен и я метаболизма ацетальдегида (метаболит этанола, сильный протоплазматический яд) в схему лечения вводятся аскорбиновая кислота, вита­
м ины группы В, никотиновая кислота, рибоксин. Высокой детоксикационной и антиабстинентной активностью обладают метадоксил (Италия) и
пикамилон (Россия). Следует учесть, что алкогольная абстиненция часто
сопровождается артериальной гипертензией, пароксизмальной тахикардией,
остры м панкреатитом и другой соматической патологией, требующей неот­
ложного вмешательства и набора средств симптоматической и патогенети­
ческой терапии. Комбинируя психотропные средства, следует сделать выбор
в пользу натрия оксибутирата и бензодиазепинов. Аминазин и амитрипти­
лин противопоказаны из-за их способности провоцировать психозы в ост­
ром периоде абстиненции. Психомоторное возбуждение купируется дропе­
ридолом.
Лечение алкогольного делирия и других острых алкогольных психозов.
Современная тактика лечения острых алкогольных психозов предусматри­
вает проведение форсированного диуреза с введением в схему больших доз
аскорбиновой кислоты, витаминов Bi (до 1 г в сутки) и Bg, АТФ и других
мероприятий для профилактики отеков, гипоксии головного мозга. Следует
учесть, что современные психотропные средства не обнаруживают достовер­
ной антипсихотической активности при острых экзогенных психозах. По­
казаниями для их применения являются тревога, бессонница и психомотор­
ное возбуждение. Препаратами выбора являются натрий оксибутират, бар­
битураты и бензодиазепины с противотревожным действием (феназепам,
диазепам). В случаях мусситирующего делирия и острых энцефалопатий
введение психотропных средств противопоказано.
Лечение затяжных и хронических алкогольных психозов. В лечении затяж­
ных и хронических алкогольных психозов следует придерживаться синдромального подхода. Препаратами выбора являются нейролептики. При за­
тяжных и хронических галлюцинозах и параноиде назначается галоперидол
или другие нейролептики — бутирофеноны. Алкогольный бред ревности ле­
чится трифтазином.
Лечение психических нарушений постабстинентного периода. Вне зависи­
мости от формы токсикоманий в постабстинентном периоде наиболее ха­
рактерны аффективные, психопатоподобные и астенические расстройства.
При ведущих аффективных расстройствах выбор делается между амитриптилином, мелипрамином, людиомилом и леривоном. Неулептил и азалептин
обнаруживают избирательную активность по отношению к психопатоподоб­
ным состояниям. При ведущих астенических явлениях эффективный резуль­
тат может быть достигнут неспиртовыми формами адаптагенов (экстракт
Родиолы розовой сухой, препараты женьшеня и др.).
Противорецидивная терапия. Противорецидивная терапия также предус­
матривает коррекцию психических нарушений, но на первый план высту­
пают психотерапия и социальная реабилитация. Целью психотерапии явля­
ется формирование стойкой установки на прекращение наркотизации (ал­
и*
323
коголизации). В отдельных случаях эффективными оказываются эмоцио­
нально-стрессовые суггестивные процедуры.
При алкоголизме сохраняют свою актуальность методики, основанные
на назначении или имплантации препаратов дисульфирама (эспераль). Дисульфирам при наличии в организме алкоголя блокирует распад ацетальдегида, вызывая тем самым токсико-аллергическую реакцию. Назначению
дисульфирама должна предшествовать аверсивная психотерапия. Суть ее
методов заключается во введении в организм одновременно с алкоголем
средств, вызывающих бурную вегетативную реакцию (например, рвоту).
С этой целью используется апоморфин (0,2—0,5 мл 1 % раствора). Антидо­
тами при тяжелой реакции служат нейролептики — фенотиазины (аминазин,
этаперазин). Менее выраженную реакцию вызывают магния сульфат и ни­
котиновая кислота. В последние годы с аналогичными целями стали ис­
пользоваться средства для наркоза короткого действия типа кетамина (калипсол) и даже миорелаксанты типа дитилина. Процедуры с использованием
этих препаратов Должны выполняться анестезиологом в отделении интен­
сивной терапии.
При опиатной наркомании для противорецидивной терапии применяют
селективный опиатный /w/'-антагонист налтрексон (трексан). Налтрексон
блокирует центральные эффекты опиатов, тем самым предупреждает слу­
чайный срыв. Более слабый антагонистический эффект с опиатами был
зарегистрирован у нифедипина (коринфар). Вместе с тем эти методы вне
комплексной психотерапии неэффективны. В отношении других токсико­
маний методы фармакологической антидотной терапии остаются неразра­
ботанными.
Большую роль в предотвращении рецидива играют мероприятия по нор­
мализации семейных отношений и социальной реадаптации.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. — М.: Медицина,
2.
3.
Вальдман А. В., Бабаян Э.А., Звартау Э.Э. Психофармакологические и медико­
4.
5.
6.
1975. —447 с.
Бабаян Э.А., Гонопольский М.Х. Наркология. — М.: Медицина, 1990. —336 с.
правовые аспекты токсикоманий. — М: Медицина, 1998. — 285 с.
Гельдер М., Гэт Д., Мейо Р. Оксфордское руководство по психиатрии/ Пер. с
англ. - Киев: Сфера, 1997. - Т. 2. - 435 с.
Международная классификация болезней (10-й пересмотр). Классификация пси­
хических и поведенческих расстройств/Пер. с англ. — СПб.: Адис 1994. — 302
с.
Пятницкая И.Н. Наркомании. Руководство для врачей. — М.: Медицина, 1994. —
541 с.
В Е Щ Е С Т В А РАЗДРАЖ АЮ Щ ЕГО ДЕЙСТВИЯ
9.1. Общие положения
Многие химические соединения обладают способностью оказывать раздра­
жающее действие — вызывать развитие воспалительного процесса в тканях
при контакте с ними. При этом первичный характер изменений зависит от
хим ических свойств вещества, а последующее воспаление не связано с природой
первичного поражения.
При острых ингаляционных отравлениях раздражающими ядами у по­
страдавших возможно развитие (в зависимости от концентрации и продол­
жительности экспозиции, реактивности организма и особенностей действия
вещества) от острого токсического ларингофарингита и/или бронхита до
токсической пневмонии и отека легких. Значительное место в течение
острой интоксикации принадлежит рефлекторным реакциям, которые обу­
словлены сильным раздражением интерорецепторов бронхиального дерева
и могут сопровождаться выраженными расстройствами моторики.
Длительное профессиональное ингаляционное воздействие раздражаю­
щих ядов в низких концентрациях (превышающих ПДК в воздухе рабочей
зоны в 3 раза и более) приводит к хроническим поражениям органов
дыхания работающих, которые могут иметь различную распространенность
и выраженность. В некоторых случаях процесс ограничивается нарушения­
ми в верхних дыхательных путях (катаральные, атрофические, реже — гипер­
трофические изменения слизистой оболочки), в других, наиболее часто
встречающихся случаях имеет место поражение более глубоких отделов
дыхательного тракта с развитием хронического токсического бронхита и
пневмосклероза.
При попадании на кожу раздражающие яды способны вызывать различ­
ные ее нарушения — от легкой формы контактного дерматита до тяжелых
некротических изменений с образованием труднозаживающих кровоточа­
щих язв.
В последние годы активно изучается роль раздражающих ядов в развитии
аллергических нарушений дыхательной системы у населения. Предполага­
ется, что определенную роль в патогенезе указанных заболеваний играет
стимуляция раздражающими веществами (такими как сернистый ангидрид
и двуокись азота) образования медиаторов воспаления — противовоспали­
тельных цитокинов (в том числе — a -фактора некроза опухолей и интерлей­
кина-1), хемокинов (интерлейкина-8), окиси азота и др. [17, 18, 20, 22, 23].
В силу особенностей вредного действия на организм — способности вы­
зывать у работающих неприятные субъективные ощущения и легко обнару­
живаемые поражения кожи, слизистых оболочек глаз и дыхательной систе­
мы — вещества с раздражающими свойствами издавна находятся в поле
зрения гигиенистов и токсикологов. Так, среди первых веществ, для которых
в нашей стране установлены в 1922 г. ПДК в воздухе рабочей зоны, были
сернистый ангидрид, окислы азота и хлористый водород.
Еще Г.Гендерсен и Х.Хаггард не только выделяли группу раздражающих
325
ядов, но и разделяли ее на две подгруппы. К первой — “первично раздра­
жающие вещества” относятся соединения, обладающие в основном раздра­
жающим действием. Ко второй — “вторичным раздражающим” относятся
химические соединения, действие которых суммируется за счет общего
токсического и раздражающего.
В настоящей главе описаны некоторые закономерности действия на
организм веществ первой группы, обладающих избирательным раздражаю­
щим эффектом. Критерием включения вещества в эту группу является
величина зоны специфического раздражающего действия (Zir = Limac/Lim ir).
Если раздражающее действие вещества проявляется в концентрации ниже,
чем общетоксический эффект (Z;r > 1), то оно относится к избирательно
действующим раздражающим ядам [6].
Избирательно действующие раздражающие яды (кислоты, щелочи, ве­
щества с кислотными и основными свойствами, амины, альдегиды и их
галоидопроизводные, некоторые иминосоединения и многие другие) часто
используются в промышленности. В списке “ПДК вредных веществ в воз­
духе рабочей зоны” (ГН 2.2.5.686-98), по нашим подсчетам, 8,7 % составля­
ют избирательно раздражающие яды. Среди химических загрязнителей ок­
ружающей среды также немало подобных веществ. В последние годы уста­
новлены гигиенические нормативы содержания в воздухе рабочей зоны и
атмосфере населенных мест для многих новых химических загрязнителей
окружающей среды с раздражающими свойствами (четырехфтористая сера,
хлорангидрид кротоновой кислоты и др.).
В настоящей главе приведены данные о биомаркерах раздражающего
действия на дыхательную систему, закономерностях развития хронической
интоксикации и видовой чувствительности к раздражающим ядам, а также
о зависимости между параметрами токсикометрии веществ этой группы. На
основе указанных данных разработана система оценки и гигиенического
нормирования раздражающих химических соединений в воздухе рабочей
зоны.
Данные экспериментальных исследований, приведенные в этой главе,
получены автором совместно с А.А.Германовой, B.C.Поздняковым, А.А.Асмангуляном, JI.П.Коротич, А.М.Бегишевым, А.М.Клячкиной и Р.П.Родио­
новой, сотрудниками Отдела токсикологии НИИ медицины труда и про­
мышленной экологии РАМН.
9.2. Биомаркеры раздражающего действия веществ
на ды хательную систему
Измерение частоты дыхания. В механизме рефлекторного влияния раз­
дражающих ядов на дыхание основная роль принадлежит тройничному
нерву, что подтверждено в многочисленных экспериментах, включавших его
прямую стимуляцию или перерезку. При раздражении чувствительных водокон тройничного нерва в слизистой оболочке носа возникают афферент­
ные импульсы, которые вызывают снижение частоты дыхания. При ингадяции раздражающих веществ также происходит стимуляция о к о н ч а н и й
фойничного нерва, что и приводит к зависимому от концентрации сниже­
нию частоты дыхания.
Определение частоты дыхания у подопытных животных является наибодее распространенным и доступным тестом при исследовании раздражаю­
щих ядов.
В диапазоне концентраций Limac — Limch ингаляция раздражающих ве326
0,2
|
I___ I___ I
I
0,в
1,0
1,4
I
I___ I____1___ I_____
1,8
2,2
Концентрация,
UrTV=1
Рис. 9.1. Изменение частоты дыхания у крыс при однократном воздействии раздра­
жающих веществ.
1— хлорацетопропилацетат; 2 — этиловый эфир 6-кето-8-хлороктановой кислоты; 3 — аммиак;
4 — бромистый водород; 5 — сернистый ангидрид; 6 — бромацетопропилацетат; 7 — бром; 8 —
гидроперекись третичного бутила; 9 — морфолин; 10 —йод; 11 — средняя.
ществ, как правило, приводила к изменению частоты дыхания. Развитие
изменений указанного показателя было связано с увеличением концентра­
ции вещества в воздухе, что позволяет устанавливать минимально эффек­
тивные и недействующие уровни для раздражающих ядов. Подавляющее
большинство веществ вызывало угнетение частоты дыхания у подопытных
животных (при измерении непосредственно после окончания 4-часовой
экспозиции), что согласуется с представлениями о влиянии возбуждения
рецепторного поля тройничного нерва верхних дыхательных путей на час­
тоту дыхания и служит подтверждением именно раздражающего эффекта
изученных ядов [15].
Степень снижения частоты дыхания у подопытных животных зависит от
величины концентрации действующего химического агента (рис. 9.1).
Если выразить концентрации раздражающих веществ в частях от Lirrijr,
то для каждого из них возможно получить уравнение степени изменения
частоты дыхания от уровня воздействия. Например,
S 0 2: у = 178,6 - 54,5 • х (г = 0,96; р<0,05);
Вг2: у = 143,7 — 1,1 ■х (г = 0,65; р<0,05).
'
В целом указанная зависимость выражается уравнением:
у= 1 4 7 - 9
х (г = 0 ,5 4 ; р<0,05),
где у — частота дыхания белых крыс (дыханий/минуту), х — концентрация
вещества в частях от Lirrijr.
На рис. 9.2 демонстрируются изменения частоты дыхания у крыс при
ингаляции некоторых раздражающих веществ в различных концентрациях.
327
60
120
180
240
Время наблюдения, мин
Рис. 9.2. Изменение частоты дыхания у крыс во время 4-часовой экспозиции сер­
нистого ангидрида в различных концентрациях.
1 — 80 мг/м3; 2 — 280 мг/м3; 3 — 740 мг/м3 (норма ш±25).
Важно отметить, что в пределах концентраций веществ на уровне Limac—
Lirrijr снижение частоты дыхания у белых крыс не превышало 20—30 % от
исходного уровня. Более глубокое угнетение частоты дыхания имело место
при ингаляции ядов в частично смертельных концентрациях. Так, однократ­
ная ингаляция паров брома приводила к снижению частоты дыхания у крыс
до 96±94 дых/мин (примерно 50 % от исходного уровня) лишь при концент­
рации, соответствующей */5 LC50.
Возможно предположить, что при регистрации частоты дыхания у жи­
вотных после экспозиции выявляются лишь наиболее выраженные измене­
ния дыхательной системы, которые не были компенсированы регуляторны­
ми механизмами в течение экспозиции.
Для решения этого вопроса было проведено изучение динамики изме­
нения частоты дыхания у подопытных животных после 4-часовой экспози­
ции и в течение периода воздействия яда. Так, была проведена непрерывная
регистрация частоты дыхания у крыс при действии сернистого ангидрида в
различных концентрациях. При ингаляции сернистого ангидрида в концент­
рации 50 мг/м3 частота дыхания подопытных животных существенно не
отличалась от контроля. Воздействие трех больших концентраций яда вы­
зывало нарушение ритма дыхания у подопытных животных по сравнению с
параллельным контролем. При этом выраженность нарушений возрастала с
увеличением действующей концентрации газа (см. рис. 9.2). Воздействие
сернистого ангидрида в концентрации 80 мг/м3 вызвало учащение д ы х ан и я
в течение первой половины экспозиции. Наиболее резкое увеличение час­
тоты дыхания имело место в конце первого часа. Ингаляция сернистого
328
ан ги д ри д а в концентрации 280 м г /м 3 вызвала вначале урежение, а потом
увеличение частоты дыхания. Наиболее высокая из испытанных концентра­
ций привела, напротив, к резкому замедлению дыхания у животных, осо­
бенно в первые 70 мин воздействия. В течение экспозиции имели место
периоды нормализации частоты дыхания, а окончательное ее восстановле­
ние происходило в течение 1 ч после прекращения воздействия вещества.
Аналогичные наблюдения были сделаны и при ингаляции третичного
ац ети л ен о во го карбинола. Воздействие вещества в концентрации 360 мг/м3
вы зы вало заметное угнетение частоты дыхания у крыс на протяжении пе­
риода экспозиции. Более низкая концентрация третичного ацетиленового
карбинола (8 мг/м3) оказалась недействующей.
В случае сернистого ангидрида изменение частоты дыхания у животных
при регистрации после экспозиции отмечалось при концентрации 500 мг/м3
и выше, что значительно превосходит минимально эффективную концент­
рацию этого вещества, установленную по изменению частоты дыхания во
время экспозиции (80 мг/м3). Указанное подчеркивает роль общих регуля­
торных механизмов в развитии реакции организма на воздействие раздра­
жающих веществ. В практическом плане полученные данные свидетельст­
вуют о предпочтительном измерении частоты дыхания у подопытных жи­
вотных во время экспозиции (несмотря на определенные методические
трудности) для установления Lirrijr.
Изменение “остроты обоняния”. В клинической практике издавна исполь­
зуются сравнительно простые методы ольфактометрии для характеристики
функции обонятельного анализатора и слизистой оболочки носа. Объектив­
ная ольфактометрия основывается на безусловных рефлексах и тесных свя­
зях обонятельного анализатора с различными отделами головного мозга.
Предложено несколько тестов, основанных на ольфактивно-пупилярном,
психогальваническом и других рефлексах. С успехом в объективной ольфак­
тометрии используется электроэнцефалография и регистрация частоты пуль­
са. Разработанный нами метод объективной ольфактометрии у животных,
основанный на ольфакторно-респираторном рефлексе, заключается в изме­
нении дыхательного ритма вследствие обонятельного ощущения.
Определение “остроты обоняния” (ориентировочной реакции на запаховые компоненты) животных (белых крыс) проводили к ряду ольфакторных
веществ (дегтю, тимолу, камфоре и розмарину).
В настоящее время нами накоплены данные об ориентировочной реак­
ции животных на запаховые компоненты после однократной ингаляции
более 50 промышленных ядов.
Большинство изученных веществ вызывало снижение “остроты обоня­
ния” у подопытных животных, причем выраженность изменений зависела
от величины действовавшей концентрации яда (рис. 9.3).
При математической обработке выявлена зависимость между концент­
рацией вещества, которую выражали в частях от Limir, и степенью снижения
остроты обоняния, которая для отдельных ядов имела следующий вид:
НВг: у = 0,49 + 0,39х (г = 0,93; р<0,05);
S 0 2: у = 0,4 + 0,7х (г = 0,89; р<05);
NH3: у = 0,57 + 0,38х (г = 0,71; Р<0,05).
В общем виде указанная зависимость имела вид:
у = 0,013 + 0,07х,
где у _ количество воздуха (мл, содержащее запаховое вещество — тимол),
329
"Острота" обоняния,
Пн ■
<«Чср ,
к-
ГЭД
Uм
/.1t*ci
Концентрация, Lirri|r = 1
Рис. 9.3. Зависимость изменения “остроты обоняния” крыс от концентрации раздра­
жающих веществ.
I — этиловый эф ир 6 -кето- 8 -хлороктановой кислоты; 2 — SO 2 ; 3 — ГПТБ; 4 — G e C l^ 5 — N H 3 ;
— НВг; 7 — средняя.
6
которое изменяет частоту дыхания животного); х — концентрация раздража­
ющего вещества в частях от Lirrijr.
После воздействия ядов отмечалось одновременное снижение остроты
обоняния животных ко всем 4 запаховым компонентам примерно в равной
степени, что позволяет сделать предположение о том, что ингаляция веществ
с раздражающими свойствами влияет не на ту или иную функцию обоня­
тельного анализатора, а поражает в целом слизистую оболочку верхних
дыхательных путей, в том числе обонятельный анализатор. При морфоло­
гическом исследовании слизистой оболочки носа после воздействия сернис­
того ангидрида, брома, бромистого водорода, йода, гидроперекиси третич­
ного бутила в концентрациях примерно на порядок выше м и н и м а л ь н о
эффективных по снижению остроты обоняния обнаружили изменения об­
щего характера — отек, небольшие кровоизлияния в области обонятельного
эпителия, деструктивные изменения клеток респираторной области.
При ингаляции более низких концентраций указанных веществ качест­
венных морфологических изменений не обнаружено.
От величины действовавшей концентрации вещества с раздражающими
свойствами зависит не только выраженность снижения остроты обоняния
непосредственно после ингаляции, но и скорость нормализации развившихся
изменений.
Так, в первые сутки после воздействия паров брома количество воздуха,
содержащего розмарин и вызвавшего изменения частоты дыхания у крыс,
330
возрастало в среднем до 5 мл. Нормализация данного показателя происхо­
дила на 3-и сутки. Аналогичное снижение чувствительности обоняния про­
исходило к тимолу, камфоре и дегтю. Ингаляция брома в концентрации на
порядок ниже также вызывала снижение чувствительности обоняния, одна­
ко через сутки каких-либо различий между подопытными и контрольными
животными не обнаружено. Ингаляция самой низкой из испытанных кон­
центраций паров Вг2 (0,75 мг/м3) не вызывала проявлений раздражающего
эффекта.
Клеточная реакция верхних дыхательных путей и легких. Важным показа­
телем функционального состояния слизистой оболочки верхних дыхатель­
ных путей является миграция на ее поверхность клеточных элементов. Еще
в 1931 г. М.А.Ясиновским было высказано предположение, что о выражен­
ности патологического процесса и степени поражения дыхательного тракта
можно судить по количеству свободных клеток, смываемых со слизистой
оболочки.
Увеличение миграции лейкоцитов на слизистую оболочку носа является
одним из ранних признаков поражения слизистой оболочки верхних дыха­
тельных путей у рабочих, подвергающихся хроническому влиянию низких
концентраций раздражающих веществ. Так, среднее количество клеточных
элементов на слизистой оболочке носа у рабочих, подвергающихся воздей­
ствию производственных вредностей, в том числе SO 2, фтора и др., превы­
шало среднюю физиологическую норму в 3—12 раз.
Исследование качественного и количественного состава смывов с верх­
них дыхательных путей и легких крыс, подвергавшихся кратковременному
воздействию веществ, обладающих раздражающим действием, позволило
установить ряд закономерностей формирования клеточной реакции дыха­
тельной системы под влиянием химических агентов. Из 56 исследованных
ядов 48 вызывали изменения указанного показателя в концентрациях на
уровне Limac—Limjr.
Так, было установлено, что ингаляция паров йода в концентрации
100 мг/м3 приводила к изменению клеточной реакции в обоих отделах
дыхательного тракта; воздействие яда в концентрации 30 мг/м3 вызывало
усиленный выход свободных клеточных элементов в легких, а пары йода в
концентрации 10 мг/м3 (Lirrijr) не влияли на количество свободных клеточ­
ных элементов в перфузате.
Воздействие монохлористой серы в концентрации 90 мг/м3 приводило к
увеличению количества свободных клеточных элементов и в верхних дыха­
тельных путях (опыт 354±48, контроль 155±21,4 кл/мм3, р<0,01), и в глубоких
отделах легких (опыт 1б4±18,2, контроль 64±5,3 кл/мм3; р<0,05), в то время
как ингаляция вещества на уровне 8—7 мг/м3 оказалась неэффективной.
Аналогичные результаты получены при воздействии бромистого водорода,
четыреххлористого германия, йода, аммиака, третичного ацетиленового кар­
бинола, двуокиси азота, аэрозолей каустической соды и гидроперекиси
третичного бутила.
Значительная вариабельность содержания клеток в смывах с легких и
особенно верхних дыхательных путей (годовая физиологическая норма
307±268 кл/мм3) затруднила возможность установления зависимости коли­
чества клеток в перфузате от величины действующей концентрации. Но для
отдельных веществ указанная зависимость прослеживается. Так, при инга­
ляции аммиака в концентрации 463 мг/м3 количество клеток в перфузате
Верхних дыхательных путей составило 734,4+58,9 кл/мм3, в то время как при
ингаляции аммиака в концентрации 228 (иг/м3 их количество равнялось
331
522,4±18,0 к л / м м 3. Аналогичные результаты имели место в опытах с йодом,
монохлористой серой, гидроперекисью третичного бутила.
Проведение наряду с регистрацией общего количества клеток перфузата
детального цитологического его исследования позволило определить роль
отдельных клеточных элементов в формировании реакции на воздействие
раздражающих веществ. Важно было установить, какие именно клеточные
элементы принимают участие в этой реакции и зависит ли состав перфузата
от конкретного исследуемого соединения. При анализе клеточного состава
в перфузатах глубоких отделов дыхательного тракта обнаруживали альвео­
лярные макрофаги — крупные клетки с овальным или бобовидным ядром и
светлой “кружевной” протоплазмой; клетки бронхиального эпителия в виде
отдельных клеток или целых групп клеток, иногда с ресничками и ядрами,
расположенными линейно на некотором расстоянии от края клеток, а также
нейтрофилы и лимфоциты, имеющие те же отличительные особенности, что
и соответствующие элементы крови. В составе клеточных элементов перфузатов верхних дыхательных путей определялись нейтрофилы, лимфоциты,
клетки многослойного плоского эпителия, выстилающие преддверие носо­
вой полости и многоядерного плазматического мерцательного эпителия,
выстилающего дыхательную часть носовой полости, гортань и трахею. Два
последних вида клеток регистрировались нами как “эпителиальные клетки”.
Наряду с указанными клетками в составе перфузатов верхних дыхательных
путей были обнаружены клетки, напоминающие моноциты крови.
Показано, что от величины действующей концентрации яда зависело не
только общее количество клеточных элементов перфузата, но и его состав.
Так, при ингаляции четыреххлористого германия в концентрации 12,8 мг/м3
в составе перфузата легких преобладали макрофаги, а при воздействии
большей концентрации (18,8 мг/м3) к ним присоединяются нейтрофилы
(рис. 9.4). Однократное воздействие йода в концентрации 30 мг/м3 вызывало
в легких усиленный выход только макрофагов. Увеличение действующей
концентрации в 3 раза привело к тому, что в перфузате легких появились
нейтрофилы, эпителиальные клетки, лимфоциты, а в перфузате верхних
дыхательных путей — нейтрофилы. Подобная зависимость имела место и
при ингаляции бромистого водорода, аммиака, гидроперекиси третичного
бутила.
Состав перфузатов при действии различных соединений существенно не
различался между собой. В легких клеточная реакция на ингаляцию раздра­
жающих веществ определяется выходом в полость альвеол макрофагов. Чаще
всего к ним присоединялись нейтрофилы. Подобный характер и з м е н е н и й
имел место при воздействии четыреххлористого германия, монохлористой
серы, йода, гидроперекиси третичного бутила, двуокиси азота. Как известно,
миграция альвеолярных макрофагов может быть связана с непосредствен­
ным повреждающим действием изучаемых ядов на ткань легких, в с л е д с т в и е
чего усиливается имеющееся в физиологических условиях отторжение кле­
ток альвеолярной стенки. Одновременное присутствие в перфузате нейтро­
филов, свидетельствующее о повышении сосудистой проницаемости, позво­
ляет предположить, что часть макрофагов, входящих в состав перфузата
легких, мигрирует в альвеолы вместе с нейтрофилами из кровяного русла
или прилежащей соединительной ткани, имеет, таким образом, экстрапульмональное происхождение.
Изменения в составе перфузатов верхних дыхательных путей после ин­
галяции раздражающих веществ большей частью определяли нейтрофилыОднако наряду с ними изменялось и содержание лимфоцитов и эпители332
Клетки /мм
si J'MM' jSl-tSi}'
л *,. -С'Г №
80
Уv:*■ *Ю-
75
■/. ■I" U s ; ?р
70
65
60
55
50
45
40
1
35
30
V Г,
Л
'/у
25
20
15
10
5
б
;а/
Ъ.
1
Концентрация 12,8 мг/м
I
' а'
&
✓а,
2
1
/ а/
I
£
&
Концентрация 9,0 мг/м3
Рис. 9.4. Изменение клеточного состава смывов с легких после однократного воз­
действия четыреххлористого германия в различных концентрациях.
I —макрофаги; 2 — нейтрофилы; 3 —лимфоциты; 4 — эпителиальные клетки; а — опыт; б —
контроль.
альных клеток (монохлористая сера), эпителия иммуноцитов (гидроперекись
третичного бутила) и лимфоцитов (третичный ацетиленовый карбинол).
Таким образом, состав перфузатов подтверждает воспалительный характер
изменений, возникающих в легких и верхних дыхательных путях после
действия раздражающими веществами, причем проявление воспаления не
зависело от химической структуры вызвавшего их соединения.
Ингаляция раздражающих веществ приводила не только к изменению
числа клеточных элементов, но и к изменению их функциональной актив­
ности. По данным JI.П.Коротич [8], ингаляция паров брома в концентрации
на уровне Lim;r усиливало переваривающую способность альвеолярных мак­
рофагов, а после ингаляции вещества на уровне Limac имело место снижение
их фагоцитарной активности.
Большинство изученных веществ после ингаляции вызывало увеличение
333
количества свободных клеточных элементов перфузата. Подобная направ­
ленность реакции может быть объяснена именно воспалительным характе­
ром изменений, поскольку усиленная миграция клеточных элементов в очаг
воспаления является составным компонентом воспалительной реакции. Од­
нако ингаляция парами брома в концентрации в 5 раз выше Lirrijr приводила
к уменьшению клеточных элементов перфузатов легких. Причем более низ­
кая концентрация паров брома, напротив, стимулировала выход свободных
клеточных элементов в просвет альвеол. Принимая во внимание широко
известные данные о цитотоксическом действии некоторых химических со­
единений, можно предположить, что снижение свободных клеточных эле­
ментов связано с разрушающим действием на клетки испытанных веществ
в определенных концентрациях.
От величины действующей концентрации яда зависит и обширность
поражения дыхательного тракта.
В наших опытах одновременно с количественной оценкой реакции лег­
ких определялось содержание свободных клеточных элементов в просвете
верхних дыхательных путей экспериментальных животных. При этом пока­
зано, что после ингаляции испытанных веществ изменения клеточной ре­
акции возникали в различных отделах дыхательного тракта. Глубокие отделы
дыхательного тракта оказались более чувствительными к воздействию паров
брома, тетрахлорида германия, бромистого водорода, двуокиси азота, в то
время как аммиак, сернистый ангидрид, гидроперекись третичного бутила
вызывали преимущественное поражение верхних дыхательных путей.
Некоторые вещества (монохлористая сера, третичный ацетиленовый кар­
бинол) вызывали одновременное изменение и в глубоких, и в верхних
отделах дыхательного тракта. Учитывая некоторые физико-химические
свойства и, в частности, растворимость в воде, можно было предположить,
что преимущественное поражение того или иного отдела дыхательного трак­
та связано со способностью хорошо растворимых в воде веществ задержи­
ваться верхними отделами дыхательного тракта, а плохо растворимых —
проникать в глубокие отделы дыхательной системы [16].
Сернистый ангидрид и аммиак, хорошо растворимые в воде и практи­
чески полностью задерживающиеся слизистыми оболочками носоглотки,
вызывали прежде всего изменения качественного и количественного состава
перфузатов верхних дыхательных путей. Напротив, бром, растворимость
паров которого в воде в 2 раза ниже, чем S 0 2, проникал в глубокие отделы
дыхательной системы и вызывал их преимущественное поражение. Однако
эта зависимость прослеживается не для всех исследованных веществ. В част­
ности, такие хорошо растворимые вещества, как бромистый водород и
четыреххлористый германий, вызывали прежде всего изменения в глубоких
отделах дыхательного тракта. Более того, четыреххлористый германий —
соединение легко гидролизующееся — частично разлагался в верхних дыха­
тельных путях с образованием высокодисперсного аэрозоля НС1, проник­
новение которого в легкие затруднительно.
Отсюда следует, что связь преимущественного поражения того или и н о г о
отдела дыхательного тракта с особенностями биологического действия изу­
чаемого соединения определяется не только растворимостью вещества в
воде. Вероятно, определенную роль в формировании клеточной реакции
играет и концентрация водородных ионов на поверхности слизистой обо­
лочки, которая может определять цитологическую картину экссудата при
воспалении [21].
Известно, что содержание свободных клеточных элементов в л е г к и х
334
изменяется при воздействии многих факторов внешней среды [26]. Выдви­
га л и с ь предположения использовать этот показатель для интегральной оцен­
ки качества атмосферного воздуха. Поэтому представляли интерес данные
об изменении количества клеток в дыхательной системе при однократной
ингаляции веществ, не обладающих раздражающим эффектом. Результаты
исследования гидрида германия (в концентрации в 2 раза выше Limac) и
диметилового эфира терефталевой кислоты, которые не являются раздража­
ющими ядами, показали отсутствие клеточной реакции легких и верхних
дыхательных путей при их кратковременной экспозиции. Указанные факты
позволяют сделать вывод о том, что выход клеточных элементов в просвет
дыхательного тракта после однократной ингаляции связан с наличием у
веществ раздражающих свойств.
Развитие паранекротических изменений в ткаиях легких. Как известно,
содержание основных гранулярных красителей в тканях позволяет судить о
функциональном состоянии клеток. При окраске нормальных клеток ядро
и цитоплазма остаются бесцветными, а краситель откладывается в прото­
плазме в виде гранул. При повреждении клетки наряду с подавлением
различных клеточных функций снижается ее способность откладывать кра­
ситель в гранулах. Одновременно ядра и цитоплазма приобретают способ­
ность окрашиваться диффузно. При возвращении клетки к исходному со­
стоянию восстанавливаются и нормальные отношения к красителю.
Показатели витального окрашивания весьма чувствительны к различным
воздействиям на организм.
В наших исследованиях изучали паранекротические изменения в ткани
легких с помощью регистрации прижизненной окраски по методу Я.И.Ажипа в модификации A.JI.Германовой.
Регистрацию накопления и выведение красителя нейтрального красного
в тканях легких проводили после ингаляции 47 химических соединений.
Подавляющее большинство веществ приводило к изменению накопления
и/или выведения красителя в ткани легких в зависимости от величины кон­
центрации. В этих случаях были установлены минимально эффективные и
недействующие по указанному показателю концентрации веществ в воздухе.
Следует отметить, что при действии ядов способность ткани легких
накапливать краситель изменялась по разному. Так, ингаляция 2-хлорэтансульфохлорида в концентрации 12 мг/м3 вызывала увеличение накопления
красителя по сравнению с контролем (опыт — 0,68±0,022, контроль —
0,6±0,021 ед. экстинкции), а при концентрации 34 мг/м3 наблюдалось сни­
жение количества красителя в ткани легких (опыт — 0,62±0,02, контроль —
0,б9±0,021 ед. экстинкции). Аналогичные изменения наблюдались при воз­
действии хлорокиси фосфора. Концентрация яда 4 мг/м3 вызывала сниже­
ние, а концентрация 8 мг/м3 — повышение количества красителя в тканях
легких по сравнению с контролем.
В некоторых случаях отклонение показателя выведения отсутствовало,
тогда как при воздействии меньшей концентрации вещества изменения
имели место. При ингаляции большей концентрации яда отклонения от
контроля выявлялись вновь. Такие явления, которые могут быть связаны с
фазовыми колебаниями накопления и выведения красителя, отмечены при
воздействии бромацетопропилацетата. Указанное вещество в концентрации
4 мг/м3 вызывало только повышение скорости выведения красителя из
ткани легких; при воздействии концентрации 12 мг/м3 не наблюдалось
°тличий от контроля ни накопления, ни выведения красителя, в то время
как при концентрации 19 мг/м3 оба приведенных показателя изменялись.
335
ПАС
Рис. 9.5. Петля гистерезиса у здоровой крысы и у
крысы после однократного воздействия двуокиси
азота в концентрации на уровне Lirrijr.
1 — контроль; 2 — опыт.
Фазовые колебания накопления и выве­
дения красителя отмечали ряд авторов. Они
установили, что количество красителя в гра­
нулах в протоплазме зависит как от сродства
к красителю, так и от интенсивности про­
цесса гранулообразования. Поэтому сниже­
ние количества гранулярного красителя в
ткани может иметь место и при повышении
сорбционных свойств протоплазмы. При по­
вреждении протоплазмы некоторыми агента­
ми подавлению гранулообразования предше­
ствует стадия его усиления, что может сти­
мулировать увеличение сорбционной спо­
собности.
Активность сурфактанта легких. Сурфактант является основным компо­
нентом поверхностно-активной выстилки легких и играет главную роль в
установлении правильного дыхания после рождения, препятствуя спадению
раскрывшихся альвеол путем снижения их поверхностного натяжения. При
различных патологических процессах в легких сурфактант изменяет свои
поверхностно-активные свойства. Принято считать, что состояние поверх­
ностно-активных свойств сурфактанта в легких зависит от нормального
соотношения вентиляция — кровоток на уровне альвеол и адекватного тока
крови через альвеолярные капилляры.
При одних заболеваниях поверхностно-активные свойства сурфактанта
повышаются (эмфизема легких), при других — снижаются (ателектаз, отек
легких).
Известно, что раздражающие яды при кратковременных и длительных
экспозициях способны влиять на сурфактант легких. В наших исследованиях
установлено, что изменение поверхностно-активных свойств сурфактанта
зависит от физико-химических свойств ингалируемого раздражающего ве­
щества, в частности от растворимости в воде. Так, аммиак, п о д а в л я ю щ а я
часть которого при ингаляции абсорбируется слизистой оболочкой верхних
дыхательных путей, не проникает в глубокие отделы дыхательного тракта.
Воздействие этого вещества в концентрациях выше Lirrijr не приводило к
изменению сурфактанта легких.
В отличие от аммиака двуокись азота — плохо растворимый в воде газ —
проникает в легкие и вызывает угнетение поверхностно-активных с в о й с т в
сурфактанта и увеличение клеточной реакции легких. Вдыхание белыми
крысами двуокиси азота в концентрации 20,1±0,6 мг/м^ при 4 -часовой
экспозиции вызывало угнетение поверхностно-активных свойств сурфак­
танта (контроль 0,91±0,022, опыт 0,7±0,02; р<0,01).
Как видно на рис. 9.5, у крыс, вдыхавших двуокись азота в указанной
концентрации, происходило значительное и з м е н е н и е петли г и с т е р е з и с а .
Воздействие двуокиси азота в концентрациях 7,5±0,8 и 6,6±1,1 мг/м-* соот­
336
ветственно при 2- и 4-часовой экспозициях не вызывало изменений поверх­
ностно-активных свойств сурфактанта.
Изменение активности сурфактанта легких при ингаляции двуокиси
азота позволяет сделать предположение о нарушении микроциркуляции в
легких и изменении газообмена на уровне субклеточных мембран, которые
происходят уже после однократной ингаляции вещества в концентрации на
уровне Limir.
9.3. Характерные изменения дыхательной системы
при кратковременном воздействии раздражающих
ядов
Как следует из приведенных выше данных, для характеристики состоя­
ния дыхательной системы животных при кратковременном воздействии
раздражающих ядов используют ряд показателей, отражающих функцио­
нальное состояние различных ее функций. Проявления раздражающего дей­
ствия химических соединений на дыхательную систему зависят от величины
концентрации яда, что позволяет устанавливать Limir при ингаляции.
Сравнение величин эффективных концентраций ядов по отдельным по­
казателям позволяет выявить как наиболее ранние и характерные изменения
в дыхательной системе животных при однократном воздействии раздража­
ющих веществ, так и нарушения, которые возникают позже и характеризуют
далеко зашедший патологический процесс.
Так, у подопытных животных не удалось обнаружить сокращения глад­
кой мускулатуры трахеи и бронхов после однократного воздействия ряда
веществ с раздражающими свойствами с помощью методики, описанной
В.М.Бутом. Проба с флюоресцеином также оказалась недостаточно чувст­
вительным тестом.
Ингаляция раздражающих соединений прежде всего приводила к измене­
нию частоты дыхания, остроты обоняния, клеточной реакции верхних дыха­
тельных путей и легких, а также витальной окрашиваемости ткани легких.
В табл. 9.1 приведены изменения показателей дыхательной системы у
крыс при воздействии некоторых веществ в концентрации на уровне Lirrijr
Т а б л и ц а 9.1. Изменения показателей функции ды хательной систем ы при воз­
действии раздражающ их веществ в концентрациях на уровне Lim jr
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вещество
Аммиак
Гидроперекись третичного бутила
Бром
Йод
Монохлористая сера
Двуокись азота
Сернистый ангидрид
Каустическая сода
2-Хлорэтансульфохлорид
Бромистый водород
Частота Острота
дыхания обоняния
--0
0
0
—
—
—
—
Клеточная реакция
вдл
легкие
0
—
—
*
+
0
+
0
0
0
+
0
*
0
0
0
0
0
+
0
0
*
—
0
+
—
—
—
—
Прижиз­
ненная
окраска
легких
+
0
(
0
+
—
0
0
,
*
0
—
*
:
'
’•
337
Продолжение
№
п/п
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Вещество
Бромацетопропилацетат
Хлорацитопропилацетат
Третичный ацетиленовый карбинол
Этиловый эфир 6-кето-8-хлороктановой кислоты
Хлорангидрид моноэтилового эфи
ра адипиновой кислоты
Хлор
Хлорангидрид монохлоруксусной
кислоты
Этинилвиниловый эфир
Четыреххлористый германий
Ацетальдегид
Хдорангидрид трихлоруксусной ки
слоты
Морфолин
Хлорокись фосфора
Частота Острота
дыхания обоняния
Клеточная реакция
Прижиз­
ненная
окраска
легких
вдп
легкие
*
*
#
*
*
*
_
+
+
—
+
0
—
---
0
0
«
—
0
--*
+
—
0
+
*
•
—
0
0
—
*
*
+
*
*
0
0
—
0
0
—
'
*
*
0
*
+
0
*
0
+
*
*
*
*
*
*
*
*
#
#
0
+
+
0
Условные обозначения: + — увеличение; — снижение; 0 — отсутствие изменений; вдп —
верхние дыхательные пути, * — исследование не проводили.
В целом для всей группы из 97 изученных раздражающих ядов частота
дыхания явилась лимитирующим показателем при определении Linijr в 56 %
случаев, острота обоняния — в 84,5 % случаев, витальная окраска ткани
легких — в 52 % случаев, клеточная реакция верхних дыхательных путей —
в 46 % случаев и клеточная реакция легких — в 33 % случаев.
Таким образом, ни один из выбранных биомаркеров не изменялся при
ингаляции всех изученных ядов, что свидетельствует о разнонаправленном
действии веществ на дыхательную систему в минимально эффективных
концентрациях.
Для характеристики изменений дыхательной системы животных при
ингаляции веществ в концентрациях на уровне Lirrijr важное значение имеет
и сочетание изменений тех или иных ее функций. Оказалось, что наиболее
отчетливая и статистически значимая связь существует между снижением
частоты дыхания и остротой обоняния при воздействии раздражающих
веществ (р = 0,02). Одновременное снижение частоты дыхания и усиление
миграции клеточных элементов на поверхность слизистой оболочки верхних
дыхательных путей происходило после воздействия 60 % раздражающих ве­
ществ. Имеется связь между снижением остроты обоняния и у в е л и ч е н и е м
клеточной реакции верхних дыхательных путей.
Перечисленные показатели характеризуют в основном состояние верх­
них дыхательных путей, хотя и с различных сторон. Если изменение частоты
дыхания является следствием рефлекторной реакции, то снижение остроты
обоняния и особенно усиление миграции клеток на поверхность слизистой
оболочки свидетельствуют о непосредственном влиянии яда на с л и з и с т у ю
оболочку (и в том числе на обонятельный анализатор).
Как и следовало ожидать, зависимости между изменениями биомарке­
338
ров, характеризующими функциональное состояние различных отделов ды­
хательного тракта, менее существенны. Так, частота дыхания и витальная
окраска ткани легких одновременно изменялись лишь при ингаляции 26 %
изученных веществ, а снижение частоты дыхания у животных и увеличение
количества свободнолежащих клеток в легких имело место после воздейст­
вия 33 % исследованных соединений. Указанное, вероятно, связано с тем,
что только некоторые вещества (йод, монохлористая сера, 2-хлорэтансульфохлорид, бромистый водород и др.) поражают дыхательный тракт на всем
его протяжении.
Реакции легких на воздействие раздражающих соединений весьма раз­
нообразны. Об этом свидетельствует тот факт, что одновременное изменение
витальной окраски легких и миграции клеточных элементов на поверхность
легких имело место после ингаляции лишь нескольких веществ.
Результаты проведенных исследований позволяют сделать важный в
практическом отношении вывод о том, что для установления Lirrijr промыш­
ленных ядов должен быть использован комплекс показателей, отражающих
функции различных отделов дыхательного тракта. Только многосторонняя
оценка позволяет достаточно точно определить минимально эффективные
концентрации промышленных веществ, оказывающих раздражающее дейст­
вие при ингаляции.
С точки зрения общих принципов гигиенического нормирования полу­
ченные результаты свидетельствуют о необходимости комплексной оценки
функционального состояния избирательно поражаемого органа или системы
при установлении порога острого специфического действия, на котором
основывается прогнозирование ПДК вредных веществ в воздухе рабочей
зоны и атмосфере населенных мест.
9.4. Особенности развития хронической интоксикации
при ингаляции раздражающих ядов в различных
концентрациях
Анализ собственных и литературных данных о токсикодинамике разви­
тия хронической интоксикации раздражающими ядами, в частности об
изменении биомаркеров функции различных органов и систем организма,
свидетельствует о ведущей роли величины действующей концентрации ве­
щества.
Для изучения закономерностей изменений биомаркеров функции дыха­
тельной системы (специфичных для раздражающих веществ) и отдельных
органов и систем организма были проведены исследования значительной
группы раздражающих ядов (сернистый ангидрид, двуокись азота, бром,
2-хлорэтансульфохлорид и др.) при длительном ингаляционном воздействии
в двух концентрациях — на уровне Limir и Limch.
Полученные данные свидетельствуют о различной динамике изменений
интегральных и специфических показателей интоксикации при ингаляции
Раздражающих веществ в концентрациях на указанных уровнях.
Как следует из приведенных в табл. 9.2 результатов исследования 3
типичных раздражающих ядов, изменения дыхательной системы у подопытных животных развивались с первого дня воздействия яда на уровне Lirrijr
как правило, сохранялись на протяжении всего периода наблюдений.
Имели место изменения остроты обоняния клеточной реакции легких и
ВеРхних дыхательных путей, витальной окрашиваемости легких и при экс­
339
позиции двуокиси азота — сурфактанта легких. Изменения интегральных
показателей и функции важнейших органов и систем организма наступали
позднее (за исключением реакций эндокринной системы, которые характер­
ны для периода так называемых первичных реакций) и носили фазовый
характер.
Т а б л и ц а 9.2. Динамика изменений интегральных и специф ических показателей
при длительном воздействии раздражающих ядов на уровне Lim ir
Система
или орган
Дыхатель­ 2-хлорэтансульфохлорид
ная систе­ Бром
Сернистый ангидрид
ма
2-хлорэтансульфохлорид
Нервная
Бром
система
Сернистый ангидрид
Эндокрин­ Бром
Сернистый ангидрид
ная сис­
тема
Печень
Почки
Срок наблюдения, дни
Вещество
2-хлорэтансульфохлорид
Бром
Сернистый ангидрид
2-хлорэтансульфохлорид
Бром
Сернистый ангидрид
1-й 2-й 4-й 8-й
+
+
+
+
+
+
+
0
+
+
+
0
*
*
•
0
15-й
*
*
+
*
*
*
30-й
+
+
+
60-й
+
+
+
0
+
0
0
+
0
+
0
0
0
0
0
0
+
0
0
+
+
0
+
+
0
0
+
*
*
*
*
*
0
0
*
0
0
*
0
0
*
0
+
*
*
*
0
0
0
0
0
+
0
0
+
0
*
•
*
90-й
0
+
+
120-й
+
+
+
+
+
0
+
*
+
+
0
*
«
0
+
+
+
*
«
+
*
«
0
+
*'
0
0
+
0
0
0
+
0
0
0
0
0
Даже применение функциональных нагрузок на неспецифические пора­
жаемые органы и системы организма (введение алкоголя, питуитрина, ат­
ропина и др.) не выявило каких-либо изменений.
Напротив, нагрузка на дыхательную систему позволяла обнаружить сни­
жение у нее компенсаторных возможностей.
Исследование динамики изменений интегральных и специфических по­
казателей при ингаляции раздражающих ядов в концентрациях на уровне
Limch выявило несколько иные закономерности (табл. 9.3). Реакции дыха­
тельной системы у подопытных животных развивались позже, чем при
ингаляции веществ в более высокой концентрации, и, как правило, совпа­
дали с реакциями эндокринной и нервной систем. Однако последние носили
нестойкий характер, в то время как изменения дыхательной системы про­
грессировали и выходили за пределы физиологической нормы.
Т а б л и ц а 9.3. Динамика изменений интегральных и специф ических показателей
при длительном воздействии раздражающих ядов на уровне Lim ch
Вещество
Дыхатель­ Бром
ная систе­ Сернистый ангидрид
ма
2-хлорэтансульфохлорид
Срок наблюдения, дни
1-й 2-й 4-й 8-й
*
«г
*
*
0
«
0
*
0
*
0
*
15-й
*
0
+
30-й
+
+
0
60-й
+
+
0
90-й
+
+
0
Система
или орган
Вещество
Срок наблюдения, дни
0
*
0
*
0
*
0
*
0
*
30-й
0
0
0
Эндокрин­ Сернистый ангидрид
ная сис­
тема
0
0
+
+
0
+
+
0
+,
Печень
2-хлорэтансульфохлорид
Бром
Сернистый ангидрид
»
*
»
«
*
*
*
*
«
*
0
*
»
0
*
*
0
*
*
+
0
+
0
0
0
2-хлорэтансульфохлорид
Бром
Сернистый ангидрид
0
*
*
0
0
0
Почки
0
*
*
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
+
0
0
0
0
0
Нервная
система
2-хлорэтансульфохлорид
Сернистый ангидрид
Бром
1-й 2-й 4-й 8-й
*
*
*
*
15-й
*
60-й
0
0
0
90-й
+
0
+
120-й
0
0
+
.
+
У с л о в н ы е о б оз н а ч е н и я : здесь и в табл. 9.3 + — наличие эффекта; 0 — отсутствие эф­
фекта; * — исследование не проводили.
Система
или орган
Продолжение
1
12