Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Транскордонні проблеми токсикології довкілля

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ТОКСИКОЛОГІЯ – БАЗОВІ ПОНЯТТЯ

Токсичність і специфікація токсинів

Термін токсичність пов'язується з небажаним і біологічно шкідливим впливом хімічних речовин, які потрапляють до живих організмів [1]. Цей вплив ґрунтується на хімічних або фізико-хімічних реакціях між хімічними речовинами, що потрапляють до організму, і біологічною системою. Хімічні сполуки порушують в організмі життєво важливі біохімічні процеси, що виявляється у вигляді симптомів отруєння.

Хімічні сполуки, які здійснюють такий вплив, називаються токсинами (ксенобіотиками). Токсини, що впливають на живі організми, спричиняють токсичний ефект. Токсичний ефект, спричинений токсином, разом з іншими чинниками визначається таким фактором, як шлях потрапляння токсину до організму [2]. Токсин може потрапити через шкіру (резорбтивно), через систему дихання (інгаляційно) і через систему травлення (перорально). Форма реалізації хімічної речовини (фізична специфікація), стан її накопичення зумовлюються одним із трьох зазначених шляхів потрапляння токсину до організму. Для сполук металів найчастіше це буде шлях через систему травлення. Наприклад, такі сполуки металів, як солі, що розчинені у воді, разом з нею потрапляють до системи травлення. Сполуки металів, які присутні в повітрі як забруднювачі й адсорбовані на частинках суспендованого пилу або присутні у вигляді пари (леткі алкільні сполуки), поглинаються разом із вдихуваним повітрям. Спосіб потрапляння токсину до організму визначає його транспортування і швидкість дії в організмі. Токсини, що вдихуються разом із повітрям, мають можливість безпосереднього контакту з кров'ю в легенях. Токсини, які потрапляють через систему травлення, мають подолати довгий шлях перед тим, як вони потраплять із системи травлення до крові.

Перебування токсину в організмі охоплює такі етапи:

  • • поглинання (резорбція);
  • • метаболічні процеси;
  • • видалення або відкладання [3].

Поглинання токсинів до кровоносної системи є рівнозначним з їхнім розповсюдженням по всьому організму. Токсини, які добре розчиняються у воді і в ліпідах, легко адсорбуються до кровоносної системи. Вони дифундують через стінки капілярів, при цьому швидкість дифузії залежить від величини коефіцієнта розподілу токсину між водною і ліпідною фазами. Розчинність токсинів у ліпідах є важливим чинником, який полегшує подолання бар'єрів, наприклад, бар'єру "кров – мозок", тобто клітинних оболонок, що регулюють обмін між кров'ю і мозком. Проходження крізь бар'єри, говорячи узагальнено, залежить від ступеня іонізації токсину, від розчинності в ліпідах і від величини частинок.

Ці риси змінюються залежно від форми токсину і значною мірою впливають на поглинання певного токсину. Приміром, для ртуті поглинання металевої ртуті є незначним (≈ 0,01 % дози), поглинання неорганічних форм, часто слабо розчинних, складає близько 15 % дози, у той час як для ртуті у вигляді алкільних сполук завдяки легкому проходженню крізь бар'єри (добра розчинність у ліпідах) поглинання складає 80-90 % дози [4]. Зазначена різниця поглинання, що залежить від виду токсину, спричиняє різну величину токсичних ефектів. Найбільш токсичним є той вид, що найкраще поглинається. Подібні різниці поглинання, які зумовлені фізичними властивостями різних видів олова, впливають на їхню токсичність. Неорганічні сполуки, що слабко поглинаються, є малотоксичними, а сполуки триалкілолова, що легко поглинаються, є сильнотоксичними [3,4].

Після резорбції токсин потрапляє до крові. Тут відбувається своєрідна "хімічна обробка" при участі відповідних ензимних систем. Метаболізм ксенобіотиків відбувається протягом двох фаз [3,4]. Перша фаза, яка називається біотрансформацією, охоплює окислювально-відновні реакції, а також реакції гідролізу. Під час окислювально-відновної реакції суттєву роль відіграє електронна структура токсину, яка залежить від хімічної форми, в якій виступає токсин. У другій фазі, яка називається біосинтезом, продукти реакції першої фази вступають до реакції спряження з глюкуроновою кислотою СНО – (СНОН)4 – СООН.

Продукти реакції спряження найчастіше є добре розчинними і можуть бути видаленими. Деякі продукти метаболічних процесів відкладаються в певних органах. Накопичення і відкладання в організмі відбувається тоді, коли швидкість біотрансформації є меншою від швидкості видалення. У випадку іонів металів відкладання залежить від міцності зв'язків і спорідненості металів зі складовими тканини. Важливу роль у відкладанні металів відіграє низькомолекулярний білок – металотіонеїн. Головним складовим компонентом цього білка є амінокислота цистеїну з функціональними групами -SH. Металотіонеїн пов'язує такі сильні метали, як, наприклад, кадмій, цинк [5]. Металотіонеїн синтезується в печінці. Іншим білком, який пов'язує сильні метали, є креатин – білок, присутній у волоссі і в нігтях. Два його цистеїнові залишки утворюють міцні сполуки з металами, і це пояснює, чому аналіз волосся або нігтів на вміст важких металів трактується як показник їхньої присутності в організмі. Сполучення металів із зазначеними білками є певною формою детоксикації – утворюються нерозчинні сполуки. Нерозчинні сполуки утворюються також під час відкладання металів, наприклад, свинцю у кістках у вигляді фосфатів [3]. Таке відкладання може стати рухомим при створенні умов для розірвання зв'язків. На долю металів у зараженому організмі впливають такі параметри, як:

  • • шлях потрапляння токсину;
  • • можливість сполучення з білками;
  • • термодинамічна міцність цих сполук, яка виражається через константу міцності β;
  • • можливість накопичення в певних місцях, що кількісно виражається через коефіцієнт біонакопичення (біоакумуляції), який визначається як відношення концентрації речовини в організмі до концентрації речовини в навколишньому середовищі; коефіцієнт біонакопичення залежить від структури токсинів і шляхів метаболізму;
  • • біодоступність, яка визначається як частина загального вмісту хімічної речовини в певному середовищі, що може бути отримана живим організмом. Метали, які присутні в навколишньому середовищі в різних специфічних формах, наприклад, у вигляді легкорозчинних сполук або сполук, що легко поглинаються, є біодоступними. Хімічні форми, що змінюються залежно від умов навколишнього середовища (pH, Eh, присутність аніонів тощо), свідчать про біодоступність [6].

У токсикології говоримо про види токсинів, залежно від яких розмежовується їхня токсичність. Наприклад, для ртуті розмежовується така форма, як "металева ртуть Hg°", яка при попаданні через ротову порожнину не є токсичною; далі "ртуть у формі пари", що є дуже токсичною при її вдиханні. Наступним видом є неорганічні форми, фізико-хімічні властивості і реакційна здатність яких уможливлюють нефротоксичний вплив. Найбільш токсичною формою ртуті, що токсично впливає на нервову систему, є форма алкільних сполук. Про їхню високу токсичність свідчить легкість поглинання, зумовлена фізико-хімічними властивостями [1,3].

Для алюмінію про токсичність ідеться у випадку неорганічних форм, що є добре розчинними у воді й які утворюються тоді, коли pH водного середовища нижче 4,5. Ця форма алюмінію є біодоступною завдяки добрій розчинності у воді [6]. Варто зауважити, що біодоступність токсину залежить не тільки від хімічної форми токсину, що зумовлена його хімічною структурою, а також від чинників навколишнього середовища. Чинники навколишнього середовища змінюють хімічні форми (специфікацію) потенційних токсинів. Наприклад, умови відновлення і присутність бактерій, які містять метилко- баланін, змінюють нерозчинні неорганічні солі металів на легкорозчинні ліпофільні алкільні сполуки, що є біодоступними [4, 7].

 
<<   ЗМІСТ   >>