ФАВ-2. Отравляющие вещества и организм

Человеческий организм постоянно обменивается химическими веществами с окружающей средой. Часть из них нам жизненно необходима. Но, хотим мы того или не хотим, в организм попадают и вещества, ему ненужные или даже вредные. И, конечно, хотелось бы понять, какие вещества полезны, и употреблять их как можно больше, а какие - отравляют организм, чтобы избегать их.

Но не все так просто. Полезна или вредна, например, поваренная соль? Это вещество необходимо, но если в организм попадают слиш-ком большие количества соли, это может привести к тяжелым последствиям. Известны случаи серьезных отравлений при чрезмерном употреблении крайне нужных организму витаминов, особенно жирорастворимых - витаминов А и D. Да что там витамины. Несомненно, самым необходимым для человека веществом является вода, но попробуйте выпить, скажем, ведро! А при неправильном приеме, к летальному исходу могут привести очень небольшие количества воды - при вдыхании всего нескольких миллилитров жидкости.

рис. 1

Итак, принесет ли нам вещество вред или пользу, зависит, от того, в каком количестве и каким образом оно попадает в организм. Поясним это на примере.

Представьте себе, что в одинаковых условиях содержатся десять одинаковых растений. Отличие лишь в том, что их по-разному поливают - первому совсем не достается влаги, количество воды для каждого последующего увеличивается. Будем считать, что чем больше выросло растение, тем в лучших условиях оно содержалось.Что произойдет с нашими растениями через некоторое время? На рисунке 1 показана зависимость роста от количества воды.

Растения, которым достается оптимальное количество воды, растут хорошо. В случае, если воды не хватает, или ее избыток, рост замедляется (растения находятся в "стрессовой ситуации"), и, наконец, в определенных условиях растение погибает - воды или слишком мало, или слишком много.

Подобная же зависимость существует у любого живого организма при приеме любого необходимого ему вещества.

А как будет выглядеть график, если в организм попадают вещества, совсем ему нененужные? Такие вещества - чужеродные, несвойственные и ненужные организму иногда называют ксенобиотиками, для человека это, например, соединения ртути. Что произойдет, если поливать, наши растения, скажем, керосином? В этом случае каким-то дозам вещества организм способен сопротивляться (вещество индифферентно), но в больших дозах вещество действует на него угнетающе, и, в конечном итоге, приводит к гибели (вещество токсично) (рис.2.).

рис. 2

Итак, вещество может быть необходимым организму, индифферентным или отравляющим. Это зависит от количества вещества.

То, что одно и то же вещество в разных дозах способно быть и лекарством, и ядом, известно еще с древности. Змеиный яд, например, издавна применяли в медицине - вспомните ее эмблему. Великому врачу средневековья Парацельсу (1493 - 1541г.) принадлежит высказывание "Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости: одна лишь доза делает яд незаметным".

Ядовитые вещества и сегодня находят свое применение в медицине. Боевое отравляющее вещество иприт, разбавленное в 20000 раз вазе-лином - лекарство против чешуйчатого лишая - псориазин. А подкожные инъекции ничтожных количеств одного из наиболее страшных ядов - ботулинистического токсина - очень популярное косметическое средство от морщин и препарат, устраняющий спазм.

К сожалению, известны и обратные примеры - нередки случаи тяжелых отравлений при бесконтрольном применении лекарственных пре-паратов, например, снотворных группы барбитуратов.

Так что же такое яд? Определений много, приведем одно из них: "Яд (токсин) - это химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (или качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма и потому несовместимый с жизнью".

Так как токсичность вещества - понятие, прежде всего, количественное, должны существовать ее количественные характеристики.

Количественные характеристики токсичности:

Минимальная действующая (пороговая) доза или концентрация вещества вызывает явные, но обратимые сдвиги жизнедеятельности.

Минимальная токсическая доза или концентрация вызывает выраженное отравление с комплексом характерных патологических сдвигов в организме, но без смертельного исхода.

Эти величины, а точнее, их разница, так называемая терапевтическая широта, очень важны при характеристике лекарственных средств.

Доза лекарства, принимаемого больным, должна быть больше минимальной действующей (иначе не будет никакого эффекта), но меньше минимальной токсической.

Чем они ближе, тем опаснее использовать вещество в качестве лекарства. Малая терапевтическая широта характерна, например, для препаратов группы морфина.

Средняя летальная доза LD₅₀- при попадании этого количества вещества в организм погибает 50% подопытных животных.

Абсолютная летальная доза LD₁₀₀- погибает 100% подопытных животных.

Летальные дозы измерены для животных (чаще всего для мышей). Понятно, что для маленькой мышки и человека требуется разное ко-личество яда. Поэтому принято летальные дозы измерять на единицу массы тела (размерность, например, мг/кг).

Хотя все равно переносить их с животных на человека можно лишь условно - многие вещества по-разному действуют на организмы разных видов.

Вещества могут по-разному поступать в организм: через органы дыхания, пищеварения или кожу. В зависимости от этого различаются и количества, при которых проявляется токсический эффект.

При попадании вещества через легкие принято использовать количественные характеристики, называемые летальными концентрациями (CL₅₀ и CL₁₀₀), показывающие массу отравляющего вещества в мг в 1л воздуха (мг/л).

Чрезвычайно токсичными считаются вещества, у которых при попа-дании через органы пищеварения LD₅₀ < 15 мг/кг, через кожу - LD₅₀ < 100 мг/кг, а через легкие - CL₅₀ < 0,5 мг/л.

Часто можно встретить еще одну количественную характеристику вещества - ПДК. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) - это нормативная величина, которая устанавливается законодательно, поэтому может быть различна для разных стран. Считается, что ПДК веществ на рабочем месте при восьмичасовой ежедневной работе в течение всего трудового стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в здоровье. Соответственно, определяются ПДК веществ на улице, в жилом помещении и т.п. В России более жесткие нормы ПДК чем, например, в США (в 5 раз по угарному газу, в 10 раз по парам ртути, в 16 раз по бензолу и т.п.)

Вещества попадают в организм тремя разными путями. Эффективность их проникновения во многом зависит от растворимости в воде и в жирах.

Через органы дыхания, в первую очередь, всасываются жирорастворимые яды. В альвеолах легких через мембрану, отделяющую воздушную среду от кровяного русла, они попадают в малый круг кровообращения и через сердце - в большой круг.

Жирорастворимые вещества, попадающие в пищеварительный тракт, всасываются в кровь через слизистые оболочки полости рта, желудка и кишечника, а водорастворимые проникают по порам через стенки желудка и кишечника.

К сожалению, часто недооценивают способность вредных веществ проникать через кожу, даже неповрежденную. Чем лучше вещество растворимо в жирах, тем лучше оно проходит через кожу, а дальнейший его переход в кровь зависит от растворимости в воде. Через кожу попадают в организм соли тяжелых металлов, образуя соли с кислотами жирового слоя, а газы могут проникать через кожу, как через простую мембрану.

Поэтому, работая с токсичными веществами, позаботьтесь не только о хорошей вентиляции или респираторе, но и о резиновых перчатках.

Как же яды действуют на организм? Механизмов множество, но можно выделить два общих типа поведения:

Яды первого типа обладают способностью реагировать со многими компонентами клеток, ведут себя, как "слон в посудной лавке". Так проявляют себя, например, сильные кислоты. Избирательность их действия мала. Прежде, чем токсичное вещество подействует на жизненно важные структуры и вызовет эффект, большое число молекул потратится на взаимодействие с второстепенными клеточными элементами.

Яды второго типа более опасны. Они избирательно реагируют с одним компонентом клетки и способны вызвать отравление в очень низких дозах. Такими веществами являются, например, синильная кислота и угарный газ.

Но не надо думать, что организм пассивно поддается захватчикам. На пути ксенобиотиков встают системы защиты:

1) Чтобы попасть из кровеносного русла к органам и тканям, яды должны преодолеть внутренние гистогематические (мембранные и клеточные) барьеры. Наиболее важные отделяют кровеносное русло от центральной нервной системы и материнского плода. Через них не могут проникнуть сильные электролиты, вещества, которые в организме образуют соли (четвертичные аммониевые основания и т.п.) Легко проникают через эти барьеры вещества, растворимые в жирах и липидах - это, например, спирты, некоторые наркотические средства (опиаты). Беременная женщина, употребляющая спиртные напитки и наркотики, "потчует" ими своего ребенка.

Известны случаи рождения детей с передающимся от мате-рей врожденным алкоголизмом и признаками привыкания к наркотикам.

2) Ксенобиотики, попавшие в организм, подвергаются биотрансформации, в результате чего образуются менее токсичные вещества (детоксикация). Током крови они поставляются в печень, где и протекает большинство подобных реакций. Именно поэтому при за-болеваниях печени резко повышается чувствительность организма к токсичным веществам. В основе биотрансформации лежат несколько типов химических реакций, главная цель которых - перевод веществ из жирорастворимых в водорастворимые соединения, чтобы как можно быстрее вывести их из организма.

К сожалению, сами процессы биотрансформации могут быть опасны и приводить к тяжелым болезненным состояниям. При детоксикации расходуются важные для жизнедеятельности вещества, например, часто возникает нехватка гликогена, из которого образуется необходимая для организма глюкуроновая кислота, в результате развивается болезнь. Вещества, способные выделять в организме глюкуроновую кислоту, в частности, содержатся в корне солодки, с древности известном в восточной медицине средстве при отравлениях.

Иногда организм может "ошибиться" - и универсальные для многих веществ реакции биотрансформации превратят чужеродное вещество в более токсичное для организма.

Например, в печени существует механизм ферментативного окисления этилового ( винного) спирта, который с промежуточным образованием ацетальдегида в конечном итоге превращается в соли уксусной кислоты (ацетаты) продукты нормального обмена веществ. При попадании химического аналога этилового - метилового (древесного) спирта, организм включает этот, общий для спиртов механизм переработки - и совершает роковую ошибку. В результате окисления метанола образуются более токсичные вещества - соли муравьиной кислоты, накопление которых может привести к летальному исходу (смертельная доза метилового спирта составляет 30-100 мл).

3) Чужеродные вещества и продукты их превращения необходимо как можно скорее вывести из организма. Занимаются этим легкие (с выдыхаемым воздухом), кожа (через поры и потовые железы) и органы пищеварения. Основная роль при этом принадлежит почкам. Поэтому, чтобы ускорить выведение ядов, при отравлениях часто рекомендуют обильное питье и мочегонные средства. Некоторые отравляющие вещества, например, соединения ртути, могут почки повреждать. При отравлениях этиленгликолем в организме образуется щавелевая кислота, способствующая отложению камней - оксалатов кальция.

Вещества из организма выводятся с различной скоростью. Поэтому, еще одна важная количественная характеристика - период полувыведения вещества из организма t_1/2. Предположим, что у двух веществ одинаковая LD₅₀, но у одного из них t_1/2.=20 мин., а у другого - 20 лет. Какое вещество опаснее? Ответ очевиден - то, что "застревает" в организме надолго. Очень опасна способность жирорастворимых веществ задерживаться в жировой ткани. Медленно выводятся из организма, например, бензол, хлорорганические соединения, соединения ртути. Бензол, по некоторым данным, может задерживаться в организме до 10 лет.

Если вещество попадает в организм неоднократно, его действие может меняться. Наблюдаются следующие эффекты изменения характера токсического действия.

Кумуляция, т.е. накопление в организме токсичного вещества. Проявляется, если вещество медленно выводится из организма. Из веществ, встречающихся в быту, наиболее медленно выводятся соединения ртути, которые могут накапливаться годами. Вдыхание паров ртути, попавшей, например, в щель в паркете из разбитого термометра, приводит к постепенно нарастающему отравлению.

Поэтому очень важно полностью очищать помещение от ртути и ни в коем случае, даже на улице не разбивать старые ртутные лампы!!

Кумуляция вызываемых веществом эффектов может происходить, даже если оно в организме долго не задерживается (например, при отравлении алкоголем).

Привыкание (толерантность). Повторные приемы вещества вызывают меньшие эффекты, чем первый. Общеизвестен эффект привыкания к табачному дыму, алкоголю, опиатам. Механизмы этого явления различны, чаще всего более активно начинают работать ферменты, обезвреживающие яды в организме, но иногда причины другие. Например, под действием оксида мышьяка на слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта возникают воспалительные процессы, и всасывание яда уменьшается. Понятно, что подобные защитные ре-зервы организма ограничены и, рано или поздно, эти механизмы теряют свою эффективность.

Эффект привыкания известен с древних времен - история сохранила примеры малой восприимчивости к ядам в результате приема специальных снадобий. Так, например, понтийский царь Митридат VI Эвпатор (120-63 гг до н.э.) ежедневно малыми дозами принимал сложную смесь из 54 компонентов, включающую в себя растительные яды и части тела змеи. Легенда гласит, что предосторожность царя обернулась против него самого. Когда сын Митридата захватил власть, все попытки несчастного царя отравиться были напрасными, и он умер, бросившись на меч.

Сенсибилизация - повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. Благодаря именно этому явлению существуют различные виды аллергии.

Существует также эффект кумулятивного воздействия нескольких веществ - при совместном приеме они действуют значительно сильнее, чем каждое по отдельности. Например, действие снотворных препаратов из группы барбитуратов многократно усиливается алкоголем, известны случаи тяжелых и даже смертельных отравлений. Несовместимы друг с другом некоторые лекарства. Поэтому,

если вы уже принимаете какие-либо лекарственные средства, об этом обязательно надо предупредить врача, выписывающего рецепт

И перед приемом нужно прочитать аннотацию к препарату - там должно быть упомянуто все, что известно о его несовместимости с другими веществами.

Болезненные состояние могут развиться не сразу после воздействия некоторых веществ, а лишь спустя некоторое время. Так, раковые заболевания появляются спустя годы и даже десятилетия после воздействия веществ, обладающих канцерогенным эффектом. Печально известные канцерогены - полициклические углеводороды, соединения некоторых тяжелых металлов, асбест.

Вещества, обладающие мутагенным (вызывающим нарушения хромосомного аппарата) и тератогенным (повреждающим плод) действием, приводят к врожденным заболеваниям у детей. В середине XX века препарат толидамид - седативное (успокаивающее) средство и слабое снотворное - принес несчастье тысячам семей в Западной Европе и США. Дети более чем 10 тыс. женщин, принимавших это лекарство на ранней стадии беременности, появились на свет с врожденными уродствами. После скандала с толидамидом все новые лекарства проходят испытания на тератогенность.

Во время беременности следует, по мере возможности, избегать воздействия чужеродных веществ на организм и строго выдерживать дозы веществ необходимых - тератогенное действие оказывают даже избыточные дозы витаминов.

Итог: вред могут принести любые вещества, даже самые необходимые, если их принимать в неправильных количествах, непра-вильным способом в неправильном сочетании или в неправильных обстоятельствах.

Но есть и хорошая новость - здоровый организм способен справиться со многими чужеродными веществами с помощью надежных систем защиты. А вывод - вывод прост до банальности. Мы не можем полностью оградить себя от попадания в организм того, что нам не нужно, но можем делать все, что от нас зависит, чтобы сберечь системы защиты, в первую очередь легкие, печень, почки, не перегружать их лишней работой. А для этого надо, всего-навсего, вести здоровый образ жизни: дышать, по возможности, чистым воздухом, есть, по возможности, качественные продукты, избегать инфекций, грамотно работать с токсичными веществами, умеренно употреблять алкоголь, не курить, не употреблять наркотики. Только и всего:

Литература

Оксенгендлер Г. Яды и организм. Проблемы химической опасности.
С-Пб., Наука, 1991.
Оксенгендлер Г. Яды и противоядия. Л.:, Наука, 1982.
Огрызков И.И. Польза и вред лекарств. М.:, Медицина, 1968
Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир.(тт 1,2) М.Мир. 1993
Гадаскина И.Д, Толоконцев Н. А.. Яды - вчера и сегодня: Очерки по истории ядов. Л.: Наука, сер. "От молекулы до организма", 1988.
Бреслер В.М.. Организм защищается от загрязнений. Наука и жизнь, №7, 1989