Основные понятия о природе жизненных процессов
Человек входит в биотический компонент биосферы, где он связан пищевыми и непищевыми взаимоотношениями с другими организмами, участвует в биогеохимическом круговороте веществ. Человек подчиняется закону физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского: Все живое вещество Земли физико-химически едино.
Для человека выполняется закон соответствия условий среды генетической предопределенности организма: Вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.
Требования любого живого организма к качеству окружающей среды консервативны. Каждый вид возник в определенной среде, и дальнейшее его существование возможно лишь в ней. Согласно фундаментальным биологическим принципам – закону толерантности и закону Либиха – только определенное сочетание разнообразных факторов внешней среды является оптимальным для ныне существующих видов, в том числе и для человека, также представляющего собой хотя и особый, но биологический вид. Резкое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям жизни. Единственная во Вселенной система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях, – это биосфера. В.И. Вернадским и рядом других ученых сформулирован закон незаменимости биосферы, согласно которому: Человек, как и все живое, может мыслить и действовать в планетарном аспекте только в области жизни – в биосфере, в определенной Земной оболочке, с которой он неразрывно связан и уйти из которой он не может. Его существование есть ее функция.
Формы и уровни жизни
Иерархичность – важнейшее свойство систем со сложной структурой, характеризующееся наличием субординации или соподчинения ее подсистем или… При переходе от одного уровня организации к другому возникают качественно… макромолекулы ® органеллы ® клетки ® органы ®
Обмен веществ
Обмен веществ, осуществляемый между организмами и внешней средой, называют внешним, или общим. Обмен веществ, обусловленный превращениями внутри… Хим.превращения в организме осуществляются в двух противоположных направлениях… Различают три основных типа метаболизма:
Структурный обмен
Углеводы (сахара и крахмал) – важные пищевые продукты, за счет которых организм человека получает большую часть необходимой ему энергии (теплота… Углеводы образуются в процессе фотосинтеза, записываемого суммарной реакцией в…,
Энергетический обмен
В общем энергетическом обмене животных выделяют основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для поддержания жизни организма в… W = 70 × m0,75 ккал/сут, где m – масса тела, кг.
Регуляция обмена веществ
Более сложные механизмы регуляции обмена веществ обусловлены прямыми и обратными управляющими связями. Суть их состоит в воздействии метаболитов на… Многоклеточные организмы наряду с внутриклеточными механизмами имеют… Нарушения механизмов регуляции обмена веществ могут быть вызваны прямым влиянием на него неблагоприятных факторов…
Понятие о гомеостазе
Гомеостаз характерен и необходим для всех природных систем. Однако чаще термин «гомеостаз» употребляется для структурного (организменного) уровня… Каждый биологический объект находится в постоянном взаимодействии с окружающей… Гомеостаз – это способность биологического объекта к авторегуляции при изменении условий окружающей его среды.
Классификация ядов
В хим.классификации деление всех веществ на группы проводят по химическим свойствам, исходя из принятой химической номенклатуры на органические, неорганические и элементоорганические вещества.
Практическая классификация предусматривает систематику веществ по цели применения. При этом в отдельные группы выделяют:
– промышленные яды, которые в свою очередь подразделяют на органические растворители, химические реагенты, красители, пластификаторы и т.п.;
– пестициды, в зависимости от назначения которых различают инсектициды (для уничтожения насекомых), гербициды (для уничтожения сорняков и других нежелательных растений), фунгициды (токсичные по отношению к грибковым организмам и применяющиеся для защиты от болезней), др. специфические фунгициды;
- бытовые химикаты;
- боевые отравляющие вещества;
- лекарственные вещества и т.д.
Токсикологическая классификация выделяет в отдельные группы вещества по виду их вредного воздействия на живой организм. При этом различают вещества, вызывающие воспаление, дистрофические изменения, лихорадку, аллергические заболевания, изменения в нервной системе, поражение органов дыхания, изменения в сердечно-сосудистой системе, в крови, в органах пищеварения, костной системе, коже и т.д. В отдельные группы выделяют вещества, вызывающие отдаленные последствия воздействия их на биологический объект. К ним относятся канцерогенные вещества (вызывающие злокачественное перерождение клетки), эмбриотропные и тератогенные вещества (вызывающие нарушение развития плода), мутагенные (вызывающие повреждение наследственного аппарата клетки).
Гигиеническая классификация предусматривает систематику веществ по степени их опасности: чрезвычайно опасные (I класс), высокоопасные (II класс), умеренно опасные (III класс) и малоопасные (IV класс). Классификацию веществ по избирательной токсичности проводят в зависимости от поражения тех или иных органов и систем. При этом выделяют в отдельные группы нейротропные, гепатотропные, нефротоксические, кардиотоксические яды, яды крови и др.
По агрегатному состоянию токсичные вещества классифицируют на газы, пары и аэрозоли (жидкие или твердые).
В зависимости от источника происхождения различают синтетические токсичные вещества и токсичные вещества природного происхождения (токсины).
В специальной группе классификационных методов выделяют следующие виды классификаций:
- патофизиологическую – по типу развивающегося понижения содержания кислорода в тканях организма;
- патохимическую – по механизму взаимодействия ксенобиотиков с ферментными системами;
- биологическую – по характеру биологического последствия отравления и др.
Практическое применение в токсикологии получила биолого-физико-химическая классификация органических веществ, разработанная Н.В. Лазаревым. В ней связь органических веществ-неэлектролитов с их биологической активностью основывается на их единственном физико-химическом свойстве – липофильности. В этой классификации вещества расположены по группам в соответствии с возрастающими значениями их коэффициента распределения в системе масло-вода. К каждой следующей группе отнесены соединения с коэффициентом распределения в 10 раз более высоким, чем в предыдущей группе: в первую группу включены неэлектролиты со значениями коэффициента распределения от 10–3 до 10–2, во вторую – со значениями коэффициента от 10–2 до 10–1 и т.д., в последнюю, девятую группу – со значениями коэффициента от 105 и выше.
Специфическое и неспецифическое действие ядов
С другой стороны, многие вещества обладают способностью оказывать специфическое действие, являющееся результатом определенных, но индивидуальных для… В большинстве случаев воздействия на организм ксенобиотиков имеет место… Неэлектролитное действие свойственно огромному количеству веществ по отношению к самым разнообразным объектам как…
Зависимость токсических эффектов от химического состава и строения вещества
химическая активность может прямо влиять на его биологическую активность в случае химического реагирования вещества с достаточным количеством… биологическая активность в значительной степени определяется… в проявлении биологической активности могут оказаться определяющими химический состав и строение (в случае…
Понятие о рецепторе
Под рецептором в токсикологии понимают конкретное место приложения и реализации токсического действия токсагента. В качестве рецепторов могут выступать ферменты, аминокислоты, нуклеиновые… Для понимания молекулярного механизма токсикологического эффекта необходимо разграничивать понятия «рецептор», …
Классификация отравлений
Нарушение здоровья, вызываемое воздействием какого-либо химического агента (яда) называют отравлением.
Классификацию отравлений проводят по нескольким признакам:
- по причине возникновения отравлений;
- по химической природе веществ, вызывающих отравление;
- по характеру развития отравления.
В зависимости от биологических последствий воздействия яда на организм отравления подразделяют на острые и хронические.
Острые отравления развиваются при однократном поступлении в организм токсической дозы и резким, ярко выраженным началом заболевания. Симптомы появляются внезапно, интенсивность эффектов быстро нарастает, возможен летальный исход. Патологический процесс при острых отравлениях может развиваться в двух направлениях: симптоматика ослабевает и исчезает, начинается процесс выздоровления или же патологические реакции прогрессируют.
При острых отравлениях первого направления выделяют токсикологическую и соматогенную фазы. Токсикологическая фаза включает в себя две стадии воздействия яда на организм. Первой стадией является стадия резорбции (поглощения) токсичного вещества, когда концентрация яда в организме достигает максимума. На этой стадии возрастание общей и действующей дозы яда протекает на фоне его поступления в организм. При этом наиболее сильно проявляется специфическое (избирательное) воздействие яда на организм. Одновременно могут начинаться процессы удаления из организма вредного вещества или снижения его концентрации вблизи рецептора. Эта стадия называется элиминацией. Снижение общей и действующей дозы яда осуществляется за счет механизмов детоксикации организма. При прекращении поступления яда в организм его концентрация за счет действия механизмов детоксикации может быстро снижаться. При этом общий токсический эффект является результатом специфического токсического действия и неспецифических реакций организма. Фазу острого отравления, наступающую после удаления яда из организма, называют соматогенной.
При острых отравлениях второго направления патологические реакции, получившие свое развитие в токсикологической фазе, прогрессируют, развивается предтерминальная фаза, для которой характерно резкое угнетение важнейших жизненных функций организма. Продолжительность предтерминальной фазы отравления может быть различной и зависит от ряда факторов: дозы яда, поступившего в организм, патогенетического механизма его действия, индивидуальных особенностей организма (выносливости, возраста, пола и др.). Выделяют четыре основные стадии предтерминальной фазы: шок, коллапс, кому, агонию.
Заболевание, развивающееся после длительного, иногда дискретного поступления вредного вещества в малых (субтоксических) дозах, не вызывающих при однократном поступлении в организм симптомов отравления, называется хроническим отравлением.При хронических отравлениях признаки заболевания появляются не сразу и не так ярко выражены, как при острых отравлениях. Нарастание симптомов происходит постепенно. Развитие различных болезненных состояний при хронической токсикации в основном протекает по трем возможным направлениям, которые проявляются в нарушении сердечно-сосудистой системы, репродуктивной функции, бластомогенном (канцерогенном) эффекте.
Особенности повторного воздействия ядов на организм
Термин кумуляция означает скопление. Следствием кумуляции в организме самого яда или вызванных им изменений является хроническое отравление.… Накопление массы яда в организме называют материальной кумуляцией.… Другим процессом, протекающим при повторных воздействиях ксенобиотиков на биологический объект, является адаптация. …
Одновременное действие на организм комплекса неблагоприятных факторов
- однородное совместное действие, при котором компоненты воздействуют на одну и ту же систему рецепторов таким образом, что один компонент может… - независимое совместное действие, когда компоненты смеси воздействуют на… - синергетическое, или антагонистическое совместное действие, когда токсический эффект смеси ядов не может быть…
Предмет и задачи токсикокинетики
Развитие токсического действия яда, поступившего в организм, степень и продолжительность его проявления в значительной мере зависят от того, какие… С момента своего поступления и до реагирования с биологическими структурами…
Основные пути проникновения ксенобиотиков в организм
Всасывание через дыхательную системуотносится к наиболее быстрому и опасному пути поступления ядовитых веществ в организм. Это обусловлено прежде… - большим количеством потребляемого воздуха (суточная потребность в воздухе… - большой поверхностью легочных альвеол (она составляет 80-120 м2);
Области локализации пыли в дыхательной системе
Ультрамикроскопические частицы, накапливающиеся в полости альвеол, способны непосредственно диффундировать через альвеолярную мембрану и далее путем… При поступлении яда в организм пероральным путем и через кожу развитие… Всасывание из желудочно-кишечного трактаядов в кровь происходит:
Механизмы действия ксенобиотиков в организме
Независимо от пути проникновения в организм, токсичные вещества попадают в ток крови и лимфы. Переносимые кровью, они могут:
- выводиться из организма ингаляционным путем;
- подвергаться биотрансформации;
- взаимодействовать с биохимическими структурами, нарушая их физиологические функции.
Выведение ксенобиотиков из организма ингаляционным путем
Через легкие могут выводиться также летучие метаболиты, образующиеся при биотрансформации яда. Многие неэлектролиты (бензол, стирол, этиленгликоль, …
Превращение токсичных веществ в организме
В основе биотрансформации токсичных веществ с образованием нереактивных метаболитов лежит несколько типов химических реакций, в результате которых… Окислению микросомальными энзимами подвергаются разнообразные по строению органические липоидорастворимые соединения.…
Биохимические основы токсического действия ксенобиотиков
Механизмы токсического повреждения биохимических структур ядами могут быть ферментативной и неферментативной природы.
Биохимические основы токсического действия ферментативной природы
Механизмы токсического действия первого направления могут быть объединены в четыре группы: - подавление активности ферментов путем действия на них антихолин-эстеразных… - блокирование токсичными веществами атомов металлов, входящих в состав ферментов;
Механизмы токсического действия неферментативной природы
Кроме нарушения ферментативных процессов тканевого дыхания монооксид углерода является основным ядом процессов транспорта О2 к тканям, вызывая… Монооксид углерода, проникая с атмосферным воздухом в легкие, быстро… HbO2 + CO HbCO + O2
Системы и механизмы защиты организма от ксенобиотиков
По назначению выделяют: - системы, служащие для ограничения токсического воздействия… - системы, служащие для устранения токсического воздействия ксенобиотиков (транспортные и ферментные системы).
Системы защиты от чужеродных белков
Внешние защитные системы (липидные мембраны кожного покрова, эпителий желудочно-кишечного и дыхательного путей) препятствуют проникновению во… Защитные функции барьеров против воздействия микроорганизмов в значительной… Желудочный сок имеет рН = 1-2, что является губительным для большинства микроорганизмов и предотвращает поступление их…
Количественная оценка токсического воздействия ксенобиотиков на организм
Критериями оценки такой зависимости являются параметры токсикометрии.
Поскольку ксенобиотики поступают в организм из объектов окружающей среды, практический интерес представляют санитарно-гигиенические нормативы качества окружающей среды, определяемые концентрациями ядов в атмосферном воздухе, поверхностных и грунтовых водах, а также дозами веществ, поступающих с питьевой водой и продуктами питания.
Продолжение 22) Параметры токсикометрии
Продолжение 23) Характеристики токсичности вещества
При ингаляционных отравлениях доза определяется произведением концентрации паров или аэрозоля на время вдыхания: Сt, мг/м3×мин–1. При… Все дозы (концентрации) ядов, вызывающие тот или иной эффект при воздействии… - без заметных эффектов;
Продолжение 23) Порог вредного действия
Другой аналогичной токсикологической характеристикой является порог специфического (избирательного) действия Limsp. Это минимальная концентрация… Пороговость действия вредных факторов связана с особенностями (видовыми и… Понятие «пороговость действия» обусловливает не вообще любую реакцию живой системы на внешнее воздействие, а лишь…
Продолжение 23) Характеристики опасности развития отравления
Для характеристики опасности развития острого отравления используют величину зоны однократного (острого) действия Zac, определяемую по формуле или, где LC50 и LD50 –летальная концентрация, или летальная доза при 50 % экспозиции, мг/м3 или мг/кг массы тела; Limac –…
Классификация опасности веществ
ПоказательКлассы опасностиЧрезвычайно токсичныеВысокотоксичныеУмеренно токсичныеМалотоксичныеIIIIIIIVПорог однократного действия (Lim ac), мг/дм3менее 0,010,01-0,10,11-1,0более 1,0Зона острого действия (Zac) менее 6,06,0-18,018,1-54,0более 54,0Зона хронического действия (Zch) более 10,010,0-5,04,9-2,5менее 2,5Зона биологического действия (Zbef) более 10001000-101100,9-10менее 10
Большое значение имеет выявление опасности веществ по показателям избирательности вызываемого им эффекта: аллергенного, развития отдаленных эффектов воздействия на сердце и сосуды, бластомогенного, раздражающего и т.п. Соответствующие зоны специфического действия Zsp определяются отношением порога острого действия по интегральным показателям к соответствующему порогу специфического действия Lim sp:
.
Величины зон специфического (избирательного) действия веществ, основанные на сопоставлении пороговых концентраций (доз) по интегральным и специфическим показателям, дают возможность оценить не только величину опасности воздействия веществ, но и специфический характер такого воздействия.
Например, о степени выраженности раздражающего действия и о его специфичности для яда судят по величине соотношения
,
где Lim ir, Zir – соответственно, порог и зона раздражающего действия яда.
При этом:
· Если Zir > 1, то проявления раздражающего действия вещества на организм преобладают над общими, интегральными симптомами интоксикации; в этом случае яд следует считать обладающим специфическим раздражающим действием на организм.
· Если Zir £ 1, то раздражающие свойства яда учитываются при установлении величин санитарно-гигиенических нормативов, но они не являются определяющими.
Графически зона раздражающего действия яда может быть представлена схемой:
Zir
LC50 Lim ac Lim ir Lim ch ПДК, мг/м3
С, мг/м3
Классификацию раздражающих ядов проводят по величине пороговой концентрации, вызывающей эффект раздражения у человека (табл.).
Классификация веществ, обладающих раздражающими
свойствами, по величине Lim ir для человека
И различных видов животных
Кроме того, при классификации раздражающих ядов помимо силы раздражающего действия учитывают специфичность действия каждого яда. По этому признаку… - первично раздражающие – вещества, обладающие в основном местным раздражающим… - вторично раздражающие – вещества, действие которых суммируется за счет общего токсического и собственно…
Токсикологические параметры повторного воздействия вредных веществ
. При значениях коэффициента кумуляции, близких к единице (Кк ®1), ксенобиотики… О кумулятивных действиях веществ судят по результатам опытов острого отравления, используя индекс кумуляции Iк, …
Санитарно-гигиенические нормативы допустимого поступления ксенобиотиков в организм
Обмениваясь веществом и энергией с окружающей средой, организм (и любой биологический объект) представляет собой открытую систему, в которую… Допустимое суточное поступление (ADI) (от лат. acceptable daily intake) –… Допустимое поступление за неделю (AWI) (от лат. acceptable weekly intake) – скорость поступления вещества в организм, …
Предельно допустимые концентрации
ПДК химического соединения – это такая его концентрация, при воздействии которой на организм человека периодически или в течение всей жизни прямо… При обосновании ПДК необходим комплексный учет различных признаков (критериев, … Лимитирующий признак вредности – это один из признаков вредности химических загрязнений атмосферного воздуха, воды, …