Экотоксикология

Яды, оказывая разностороннее и сложное действие на организм, могут вызывать следующие патологические процессы: воспаление, дистрофические изменения, лихорадку, аллергические состояния, опухолевый процесс (канцерогенез), нарушения в развитии плода (тератогенез), повреждение наследственного аппарата (мутагенез). Последние три формы рассматривают как отдаленные последствия действия ядов. Развитие патологических процессов в значительной мере обусловлено конкурентными отношениями между чужеродными ядовитыми веществами и естественными химическими веществами организма со сходной структурой. Замещая или вытесняя естественные химические вещества, ксенобиотики нарушают нормальное течение биохимических реакций, что приводит к нарушениям в структуре и функциях клетки, ткани, органа, организма в целом. Подобные взаимоотношения наблюдаются как при местном действии ядов, так и при поступлении их во внутреннюю среду организма.
Наиболее распространенной и хорошо заметной формой проявления патологической реакции на действие ксенобиотиков является воспаление. Хорошо растворимые в воде или жирах ксенобиотики вызывают воспаление непосредственно в точке приложения — на коже, слизистых оболочках глаз, в верхних дыхательных путях, пищеварительном тракте (сильные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, нитрогазы, хлор). Газы и пары с небольшим коэффициентом растворимости в воде накапливаются в концентрациях, достаточных для повреждения ткани, гораздо медленнее, они успевают проникнуть и вызвать воспаление в более глубоко расположенных отделах, например, дыхательной системы.
Удушающие газы (оксиды азота, аммиак, фосген и др.) нарушают проницаемость сосудов, что приводит к отеку легких. Воспаление с последующим развитием цирроза печени Вызывают мышьяк, фосфор, свинец, хлорированные углеводороды. Некроз кожи и слизистых оболочек развивается при попадании на них фенола, извести, карбида кальция.
Изменения в виде различных дистрофий (белковой, углеводной, жировой) в почках, печени, миокарде, головном и спинном мозге обнаруживаются при очень многих острых и хронических интоксикациях.
Типичную лихорадку, сопровождающуюся резким повышением температуры тела, можно наблюдать при вдыхании быстро окисляющихся на воздухе паров меди, ртути, кобальта, никеля, сурьмы и особенно цинка. Высокодисперсные пары оксидов металлов, проникая в глубоко расположенные отделы дыхательных путей, легко денатурируют белки тканей. Всасывание этих, ставших чужеродными для организма белков и вызывает асептическую лихорадку.
В настоящее время выявлено несколько тысяч простых химических веществ и несколько сотен тысяч сложных органических соединений, способных изменять чувствительность организма и вызывать аллергию. Многие химические аллергены с низкой молекулярной массой (менее 1000) конъюгируют в организме с белковым носителем и приобретают свойства антигенов (чужеродных белков).
Ароматические амины, нитро-, нитрозосоединения образуют в процессе превращения в организме сильнейшие аллергены — хиноидные и бензохиноидные соединения. Выраженными аллергенными свойствами обладают также соединения мышьяка, ртути, кобальта, никеля, хрома, платины, органические оксиды, перок-сиды, формальдегид.
Как при прямом контакте с покровными тканями, так и особенно после резорбции во внутреннюю среду организма яд может действовать на любые ткани или лишь на некоторые из них. Один и тот же яд может обладать разной «избирательностью» в зависимости от пути поступления, дозы и состояния организма.

Изменения в нервной системе. Яды оказывают на нервную систему четыре типа действия: 1) неспецифическое (неэлектролитное, наркотическое) действие (органические растворители); 2) специфическое поражение нервных клеток (сероуглерод, свинец, тетраэтилсвинец, ртуть, метиловый спирт); 3) специфическое блокирование медиаторного обмена (соединения фосфора, фосфорорганические пестициды); 4) вторичное действие, обусловленное местным или общим нарушением кровообращения либо состоянием гипоксии (оксид углерода, удушающие газы).

Токсические соединения выделяются из организма через легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, кожу. Яды и их метаболиты часто экскретируются по нескольким каналам.
Выделение из организма органических ядов и металлов протекает в две-три фазы. В первую очередь из организма удаляются соединения, находящиеся в нем в неизменном виде или рыхло связанные с биологическими компонентами, затем происходит выделение фракции яда, находящегося в клетках в более прочно связанной форме, в последнюю очередь удаляется яд из постоянных тканевых депо организма. Четырехфазное выделение известно для свинца, ртути, цинка.
Большинство летучих неэлектролитов выделяются из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом. Выделение начинается сразу после поступления яда в организм. Затягивается выделение фракции яда, депонированного в жировой ткани. Через легкие выделяются также летучие метаболиты, образующиеся при биотрансформации яда. Выделение ядов через почки осуществляется двумя разными механизмами: пассивной фильтрацией и активным транспортом. В результате пассивной фильтрации в почечных клубочках образуется ультрафильтрат, который содержит неэлектролиты в той же концентрации, что и в плазме. Выделение летучих электролитов с мочой незначительно. В почечных канальцах существуют независимые системы активного транспорта для эндогенных сильных органических кислот (мочевая кислота) и оснований (холин, гистамин). Ксенобиотики сходной структуры выделяются из крови в мочу с участием тех же переносчиков. Почками быстро выделяются металлы, циркулирующие в виде ионов и в молекулярно-дисперсном состоянии. Это относится прежде всего к щелочным металлам (литию, рубидию, цезию), а также к бериллию, кадмию, меди, хрому, ванадию, молибдену, селену. Металлы, задерживающиеся в печени, мало выводятся с мочой. Выделение металлов через почечные канальцы происходит путем активного транспорта.
Выделение ядов через пищеварителный тракт начинается уже во рту со слюной. В слюне обнаруживаются некоторые неэлектролиты и тяжелые металлы.
Все ядовитые соединения, поступающие в организм энтераль-но и парентерально, через кровь попадают в печень. Многие яды и их метаболиты, образующиеся в печени, траспортируются с желчью в кишечник и удаляются. Летучие неэлектролиты (углеводороды, спирты, эфиры) практически не выделяются через желудочно-кишечный тракт. С желчью через кишечник выделяются многие металлы. К ним относятся легкие редкоземельные металлы, золото, серебро, некоторые другие тяжелые металлы.
Яды выделяются из организма также с молоком, через кожу, в частности с потом. С молоком у животных и человека выделяются хлорорганические инсектициды, многие металлы. Через кожу удаляются этиловый спирт, ацетон, фенол, хлорированные углеводороды, сероуглерод, ртуть, медь, мышьяк.

Яды попадают в организм через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт и через кожу.
Всасывание ядовитых соединений через дыхательную систему относится к наиболее быстрому пути их поступления в организм. Это объясняется как очень большой поверхностью легочных альвеол (100—120 м2), так и непрерывным током крови по легочным капиллярам.
Всасывание летучих соединений частично происходит уже в верхних дыхательных путях и трахее (фтористый и хлористый водород, сернистый газ, этиловый спирт, ацетон).
Всасывание нереагирующих газообразных и парообразных неэлектролитов осуществляется в легких по закону диффузии в направлении падения градиента концентрации (углеводороды, гало-геноуглеводороды, спирты, эфиры). При вдыхании постоянной концентрации яда содержание его в крови сначала быстро нарастает, а затем устанавливается примерно на одном уровне. Предельное содержание яда в крови зависит от его физико-химических свойств, из которых наибольшее значение имеет коэффициент растворимости паров в воде. Чем выше значение этого коэффициента, тем больше вещества поступает из воздуха в кровь.
При вдыхании аэрозолей (пыль, дым, туман) частицы размером свыше 10 мкм полностью оседают в носовых ходах и носоглотке. В верхних дыхательных путях задерживается 80— 90 % частиц величиной до 10 мкм и только 10 % частиц размерами 1—2 мкм. В альвеолярной области оседает 70—90 % частиц размером 1—2 мкм и ниже. Задержка частиц аэрозоля в легких не зависит от его концентрации в воздухе.
В процессе самоочищения дыхательных путей частицы, осевшие на слизистой оболочке начиная с верхних отделов вплоть до начала терминальных бронхиол, вместе со слизью продвигаются вверх и постепенно удаляются из организма. Однако в случае водорастворимых и токсических аэрозолей опасность представляет и задержка сравнительно крупных частиц, так как резорбция их может происходить по всей длине дыхательных путей.
При поступлении из желудочно-кишечного тракта некоторые ядовитые соединения могут всасываться уже в полости рта благодаря диффузии непосредственно в кровь. Из полости рта всасываются все липидорастворимые соединения, фенолы, некоторые соли.
В желудке всасываются все липидорастворимые соединения и неионизированные молекулы органических веществ путем простой диффузии. Неорганические кислоты и основания в желудке не всасываются. При всасывании в желудке металлов двухвалентное железо переходит в трехвалентное, нерастворимые соли свинца—в более растворимые.
В основном всасывание ядовитых соединений, как и питательных веществ (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды), происходит в тонком кишечнике. Липидорастворимые вещества всасываются путем диффузии. Всасывание органических электролитов связано со степенью их ионизации. Сильные кислоты и основания всасываются медленно. Щелочные металлы всасываются быстро и полно, щелочно-земельные резорбируются в количестве 20—60 %, образуя труднорастворимые комплексы с фосфатами, жирными кислотами, в виде гидроксидов. Хром, марганец, цинк всасываются в подвздошной, железо, кобальт, медь, ртуть, таллий, сурьма — в тощей кишке.
Существует три пути возможного проникновения различных веществ через кожу:
• через эпидермис;
• волосяные фолликулы;
• выводные протоки сальных желез.
Через эпидермис быстро проходят газы и растворимые в липи-дах органические вещества. Проникнув через эпидермис, яды попадают в дерму, затем в кровь. Среди органических ядов, вызывающих интоксикацию при проникновении через кожу, первое место занимают ароматические нитро- и аминосоединения, фосфорорганические инсектициды, некоторые хлорированные углеводороды и металлоорганические соединения.