Основными путями поступления ядов в организм в практике человеческой деятельности являются:
— ингаляционный;
— пероральный;
— чрескожный (кожно-резорбтивный).
Другие пути поступления (внутривенный, внутримышечный, подкожный, внутриполостной и т. п.) носят специфический, часто криминальный характер.
Особенностью ингаляционного поступления яда являются его быстрое внедрение в кровь легких с установлением определенного соотношения между концентрациями яда в воздухе и в крови, при этом в крови концентрация тем выше, чем выше растворимость яда в воде. Часть яда выдыхается с воздухом обратно. В первую очередь поражаются почки
При пероральном поступлении из желудочно-кишечного тракта яды поступают в кровь и быстро в печень, поражая ее. Часть яда поступает в желчь и с желчью в кишечник, иными словами -наблюдается возврат яда в пищевые массы и новое его всасывание, то есть циркуляция. При этом значительно поражаются многочисленные кишечные железы.
При поступлении через кожу (чрескожное, кожно-резорбтивное поступление) токсичные вещества частично растворяются в жировой клетчатке (жирорастворимые), но значительно чаще поступают в межклеточную жидкость, а потом во внутриклеточную, поражая клеточные мембраны и другие структуры, затем — в кровь и поражают почки, в меньшей степени — печень
В целом, токсическая нагрузка на организм при любых путях поступления токсикантов носит комплексный, сложный характер,особенно на более поздних стадиях,поэтому отмеченные особенности преимущественного поражения почек (нефротоксичекое действие), печени (гепатотоксическое действие), кишечных желез и других органов и тканей более характерно для начальных стадий отравлений и, в определенной степени, условно.
Метаболизм ядов в организме
Все токсичные вещества в организме претерпевают большие или меньшие изменения, при этом часть токсичных веществ накапливается в тех или иных тканях или органах в неизмененном или частично измененном виде (депонируется). Часть токсичных веществ за счет обменных процессов, как правило, в сильно измененном виде выводится из организма соответствующими системами, но часть — достигает «рецепторов токсичности»,т.е. тех структур или веществ в организме и в клетках, которые поражаются данным токсикантом в большей степени. Инактивация токсичных веществ в организме осуществляется за счет многих процессов связывания токсикантов с белками и ферментами, с гемоглобином, веществами клеточных мембран, а также окисления или восстановления токсикантов с переводом их в водорастворимую форму и последующим выведением выделительными системами.
Чаще всего протекают реакции гидроксилирования:
Этот процесс в основном протекает в печени за счет реакций на специальном белке (цитохром Р-450), содержащем, кроме белковой части, химически многофункциональную и активную стероидную часть. Связывание (конъюгация) измененного или не измененного токсиканта в организме происходит с глюкуроновой кислотой, с глицерином, с сульфатной группой, с введенными лекарственными препаратами (сульфаниламидами, салициловой кислотой, унитолом и т.д.); далее эта водорастворимая форма выводится с калом,мочой,в меньшей степени — с потом. Депонированная часть токсиканта в свою очередь подвергается медленной инактивации и обратному вовлечению в общий процесс токсического действия. При этом вторичные отравления, например свинцом, депонированным в костях, носят устойчивый и выраженный характер.
Рецепторами токсичности могут быть такие структуры, как синаптическая щель, дыхательные и другие ферменты клеток, липопротеиды мембран клеток и органы в целом, например печень, почки и т. д.
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Большинство промышленных токсикантов поражает, как правило, сразу несколько систем организма, т.е. картина отравления носит неспецифический, не избирательный характер; кроме того, подавляющее большинство промышленных токсикантов оказывает дополнительно канцерогенное, мутагенное, тератогенное действия. Некоторые токсиканты при метаболизме в организме становятся еще более токсичными, чем первичный токсикант {летальный синтез). Это характерно для многих спиртов, превращающихся в более токсичные альдегиды и карбоновые кислоты; для многих ядохимикатов и для некоторых лекарственных средств. Метаболизм метанола (древесный спирт) приводит к промежуточному образованию формальдегида и некоторых производных, поражающих зрительный нерв. Пестицид ДДТ превращается в значительно более токсичное вещество — ДДЕ и т.д.
Пути проникновения вредных веществ в организм человека
Токсичные вещества, находящиеся в окружающей среде, могут проникать в организм человека тремя путями: ингаляционным, через дыхательные пути; пероральным, через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ); перкутантным, через неповрежденную кожу.
Абсорбция через дыхательные пути
Абсорбция через дыхательные пути – основной путь поступления вредных веществ в организм человека на производстве. Ингаляционные отравления характеризуются наиболее быстрым поступлением яда в кровь.
Дыхательные пути являются идеальной системой для газообмена с поверхностью до 100 м2 при глубоком дыхании и сетью капилляров длиной около 2000 км. Их можно разделить на две части:
а) верхние дыхательные пути: носоглотка и трахеобронхиальное дерево;
б) нижняя часть, состоящая из бронхиол, ведущих в воздушные мешки (альвеолы), собранные в дольки.
С точки зрения поглощения в легких наибольший интерес представляют альвеолы. Альвеолярная стенка выстлана альвеолярным эпителием и состоит из внутритканевого каркаса, состоящего из базальных мембран, соединительной ткани и капиллярного эндотелия. Газообмен осуществляется через эту систему, имеющую толщину 0,8 мкм.
Поведение газов и паров внутри дыхательных путей зависит от их растворимости и химической реактивности. Водорастворимые газы легко растворяются в воде, содержащейся в слизистой оболочке верхних дыхательных путей. Менее растворимые газы и пары (например, оксиды азота) достигают альвеол, в которых они абсорбируются и могут реагировать с эпителием, вызывая местные повреждения.
Жирорастворимые газы и пары диффундируют через неповрежденные альвеолярно-капиллярные мембраны. Скорость абсорбции зависит от их растворимости в крови, вентиляции, кровотока и интенсивности обмена веществ. Газообразные вещества, имеющие высокую растворимость в крови, легко поглощаются, а те, у которых низкая растворимость, легко выделяются из легких с выдыхаемым воздухом.
Удержание частичек в дыхательных путях зависит от физических и химических свойств частичек, их размера и формы, а также от анатомических, физиологических и патологических характеристик. Растворимые частички в дыхательных путях растворяются в зоне осаждения. Нерастворимые могут удаляться тремя способами в зависимости от зоны осаждения:
а) с помощью мукоцилиарного покрова как в верхних дыхательных путях, так и в нижней части дыхательных путей;
б) в результате фагоцитоза;
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
в) путем прохождения непосредственно через альвеолярный эпителий.
Можно установить вполне определенную закономерность сорбции ядов через легкие для двух больших групп химических веществ. Первую группу составляют так называемые нереагирующие пары и газы, к которым относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного рядов и их производные. Названы яды нереагирующими вследствие того, что в организме они не изменяются (таких мало) или их превращение происходит медленнее, чем накопление в крови (таких большинство). Вторую группу составляют реагирующие пары и газы. К ним относятся такие яды, как аммиак, сернистый газ, оксиды азота. Эти газы, быстро растворяясь в жидкостях организма, легко вступают в химические реакции или претерпевают другие изменения. Имеются также яды, которые в отношении сорбции их в организме не подчиняются закономерностям, установленным для указанных двух групп веществ.
Нереагирующие пары и газы поступают в кровь на основе закона диффузии, т. е. вследствие разницы парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и крови.
Вначале насыщение крови газами или парами вследствие большой разницы парциального давления происходит быстро. Затем оно замедляется и, наконец, когда парциальное давление газов или паров в альвеолярном воздухе и крови уравнивается — прекращается (рис. 35).
Поглощение в желудочно-кишечном тракте.
В повседневной жизни поступление токсичных веществ происходит вместе с пищей и питьем в результате случайного попадания ядов в рот, а также путем заглатывания вдыхаемых нерастворимых частичек. В быту пероральный путь поступления вредных веществ является основным, в производственных условиях этот путь поступления наблюдается сравнительно редко. Классическим примером такого пути может служить поступление свинца. Это – мягкий металл, он легко стирается, загрязняет руки, не отмывается водой и при еде и курении может попасть в полость рта. Таким же путем могут поступать в организм кристаллические нитропроизводные бензола и его гомологов.
В ЖКТ по сравнению с легкими условия всасывания ядов затруднены. Это объясняется тем, что ЖКТ имеет относительно небольшую поверхность; кроме того, при этом проявляется избирательный характер всасывания – легко всасываются вещества, хорошо растворимые в липидах. Кислая среда желудочного сока может изменить химические вещества в неблагоприятную для организма сторону. Так, соединения свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке и поэтому легко всасываются.
Поглощение начинается уже в полости рта, но из-за того, что пища находится там недолго, оно минимально. Поглощаемые там токсичные вещества не подвергаются воздействию пищеварительных соков и метаболизирующих ферментов ЖКТ и не переносятся с кровью по системе воротной вены в печень.
На протяжении желудочно-кишечного тракта существуют значительные градиенты рН, определяющие различную скорость всасывания токсичных веществ. Кислотность желудочного сока близка к единице, вследствие чего все кислоты здесь находятся в неионизированном состоянии и легко всасываются путем пассивной диффузии. Напротив, неионизированные основания поступают из крови в желудок и отсюда в виде ионизированной формы движутся далее в кишечник. Токсичные вещества в желудке могут сорбироваться пищевыми массами, разбавляться ими, в результате чего уменьшается контакт яда со слизистой оболочкой. Время прохождения пищи через желудок – 1 ч.
В основном всасывание ядовитых веществ происходит в тонком кишечнике, секрет которого имеет рН 7,5–8,0. В кишечнике, так же как и в желудке, липидорастворимые вещества хорошо всасываются путем диффузии, а всасывание электролитов связано со степенью их ионизации. Это определяет быструю резорбцию оснований. Вещества, близкие по химическому строению к природным соединениям, всасываются путем пиноцитоза, проявляющегося наиболее активно в области микроворсинок щеточной каемки тонкой кишки. Трудно всасываются прочные комплексы токсичных веществ с белками, что свойственно, например, редкоземельным металлам. Некоторые вещества, например тяжелые металлы, непосредственно повреждают кишечный эпителий и нарушают всасывание.
На абсорбцию в ЖКТ оказывает влияние множество факторов:
1) физико-химические свойства веществ, в особенности их растворимость и диссоциация;
2) количество пищи в ЖКТ и перистальтика пищеварительного тракта;
3) время нахождения пищи в разных отделах ЖКТ;
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
4) свойства эпителия: его поверхность, рН, интенсивность кровообращения;
5) гидротропизм, т. е. способность некоторых соединений (желчные кислоты, соли высокомолекулярных жирных кислот) преобразовывать нерастворимые соединения в более растворимые;
6) присутствие других веществ, которые при реакции могут иметь синергический или антагонистический эффект.
Большинство токсичных веществ, абсорбированных в ЖКТ, попадают в капилляры, затем в воротную вену и по ней в печень. Здесь они изменяются в ходе обмена веществ и в большинстве случаев обезвреживаются. Кроме того, многочисленные токсичные вещества, имеющиеся в крови после всасывания из ЖКТ, могут выделяться с желчью в кишечник. Часть этих выделенных ядовитых веществ может повторно всасываться в ЖКТ (кишечно-печеночная циркуляция).
Абсорбция через кожу
Кожа вместе со слизистой оболочкой естественных отверстий организма покрывает поверхность тела. Она представляет собой преграду для физических, химических и биологических агентов, сохраняет целостность организма и гомеостаз, выполняет другие физиологические функции.
Кожа состоит из трех слоев: эпидермиса, собственно кожи (дермы) и подкожной ткани (гиподермиса).
С точки зрения токсикологии наибольшее значение имеет эпидермис. Он состоит из многих слоев клеток. Под самым верхним слоем расположена липидная мембрана («барьерная»). Однако эта мембрана не сплошная: волосяные мешочки и протоки потовых желез проходят через нее и достигают дермы.
Существует по крайней мере три пути проникновения токсичных веществ через кожу (рис. 36): через эпидермис (1), волосяные фолликулы (2) и выводные протоки потовых желез (3).
Первый путь характерен для неэлектролитов. Через фолликулы волосяных мешочков проникают как электролиты, так и неэлектролиты.
Количество ядовитых веществ, которые могут проникнуть через кожу, находится в прямой зависимости от их растворимости в воде и липидах, величины поверхности соприкосновения с кожей и скорости кровотока в ней. Последним объясняется то обстоятельство, что при работе в условиях высокой температуры воздуха, когда кровообращение значительно усиливается, количество отравлений через кожу нитропродуктами бензола увеличивается. Вещества с малым коэффициентом распределения, например, бензин, не способны вызвать отравление через кожу, так как быстро удаляются из организма через легкие. Вследствие этого необходимая для отравления концентрация в крови не накапливается.
Большое значение для поступления ядов через кожу имеет консистенция и летучесть вещества. Жидкие органические вещества с большой летучестью быстро испаряются с поверхности кожи и в организм не попадают. При известных условиях летучие яды могут вызвать отравление через кожу, например, если они входят в состав мазей, паст, клеев, задерживающихся длительное время на коже.
Твердые и кристаллические органические вещества всасываются через кожу медленно и могут вызвать отравление. Наибольшую опасность в этом отношении представляют малолетучие вещества маслянистой консистенции (анилин, нитробензол). Они хорошо проникают в кожу и длительно задерживаются в ней.
Следует учитывать, что соли многих металлов, соединясь с жирными кислотами и кожным салом, могут превращаться в жирорастворимые соединения и проникать через барьерный слой эпидермиса (особенно ртуть и таллий).
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Механические повреждения кожи (ссадины, царапины, раны и пр.), термические и химические ожоги способствуют проникновению токсичных веществ в организм.
Пути и способы естественного выведения чужеродных соединений из организма различны. По их практическому значению они располагаются следующим образом: почки – кишечник – легкие – кожа.
Выделение токсичных веществ через почки происходит с помощью двух основных механизмов – пассивной диффузии и активного транспорта.
В результате пассивной фильтрации в почечных клубочках образуется ультрафильтрат, который содержит многие токсичные вещества, в том числе неэлектролиты, в той же концентрации, что и в плазме. Весь нефрон можно рассматривать как длинную полупроницаемую трубку, через стенки которой происходит диффузный обмен между протекающей кровью и формирующейся мочой. Одновременно с конвективным потоком вдоль нефрона токсичные вещества диффундируют, подчиняясь закону Фика, через стенку нефрона обратно в кровь (так как внутри нефрона их концентрация в 3–4 раза выше, чем в плазме) по градиенту концентрации. Количество вещества, которое покинет организм с мочой, зависит от интенсивности обратной реасорбции. Если проницаемость стенки нефрона для данного вещества высокая, то на выходе концентрации в моче и в крови выравниваются. Это означает, что скорость выведения будет прямо пропорциональна скорости мочеобразования, а количество выводимого вещества будет равно произведению концентрации свободной формы яда в плазме на скорость диуреза
l = kVм.
Это минимальное значение выведенного вещества.
Если стенка почечного канальца полностью непроницаема для токсичного вещества, то количество выделяемого вещества максимально, не зависит от скорости диуреза и равно произведению объема фильтрации на концентрацию свободной формы токсичного вещества в плазме:
l = kVф.
Реальное выведение ближе к минимальным значениям, чем к максимальным. Проницаемость стенки почечного канальца для водорастворимых электролитов определяется механизмами «неионной диффузии», т. е. пропорциональна, во-первых, концентрации недиссоциированной формы; во-вторых, степени растворимости вещества в липидах. Эти два обстоятельства позволяют не только прогнозировать эффективность почечной экскреции, но и управлять, хотя и ограниченно, процессом реасорбции. В почечных канальцах неэлектролиты, хорошо растворимые в жирах, путем пассивной диффузии могут проникать в двух направлениях: из канальцев в кровь и из крови в канальцы. Определяющим фактором почечного выделения является концентрационный индекс (К):
К = Св моче/ Св плазме,
где С – концентрация токсического вещества. Значение К<1 свидетельствует о преимущественной диффузии веществ из плазмы в мочу, при значении К>1 – наоборот.
Направление пассивной канальцевой диффузии ионизированных органических электролитов зависит от рН мочи: если канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые органические кислоты; если реакция мочи более кислая, в нее проходят слабые органические основания.
Кроме того, в почечных канальцах осуществляется активный транспорт сильных органических кислот и оснований эндогенного происхождения (например, мочевой кислоты, холина, гистамина и пр.), а также чужеродных соединений сходной с ними структуры с участием тех же переносчиков (например, чужеродных соединений, содержащих аминогруппу). Образующиеся в процессе метаболизма многих ядовитых веществ конъюгаты с глюкуроновой, серной и другими кислотами также концентрируются в моче благодаря активному канальцевому транспорту.
Металлы выделяются преимущественно почками не только в свободном состоянии, если они циркулируют в виде ионов, но и в связанном, в виде органических комплексов, которые подвергаются клубочковой ультрафильтрации, а затем через канальцы проходят путем активного транспорта.
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Выделение токсичных веществ, поступивших перорально, начинается уже в полости рта, где в слюне обнаруживаются многие электролиты, тяжелые металлы и т. д. Однако заглатывание слюны обычно способствует возвращению этих веществ в желудок.
Многие органические яды и образующиеся в печени их метаболиты с желчью поступают в кишечник, часть их выделяется из организма с калом, а часть повторно всасывается в кровь и выделяется с мочой. Возможен еще более сложный путь, обнаруженный, например, у морфина, когда из кишечника чужеродное вещество попадает в кровь и снова возвращается в печень (внутрипеченочная циркуляция яда).
Большинство металлов, задерживающихся в печени, может связываться с желчными кислотами (марганец) и с желчью выделяться через кишечник. При этом большую роль играет форма, в которой данный металл депонируется в тканях. Например, металлы в коллоидном состоянии длительно остаются в печени и выделяются преимущественно с калом.
Таким образом, удалению через кишечник с калом подвергаются: 1) вещества, не всосавшиеся в кровь при их пероральном поступлении; 2) выделенные с желчью из печени; 3) поступившие в кишечник через мембраны его стенки. В последнем случае основным способом транспорта ядов служит пассивная их диффузия по градиенту концентрации.
Большинство летучих неэлектролитов выделяется из организма в основном в неизменном виде с выдыхаемым воздухом. Начальная скорость выделения через легкие газов и паров определяется их физико-химическими свойствами: чем меньше коэффициент растворимости в воде, тем быстрее происходит их выделение, особенно той части, которая находится в циркулирующей крови. Выделение их фракции, депонированной в жировой ткани, задерживается и происходит гораздо медленнее, тем более, что это количество может быть очень значительным, так как жировая ткань может составить более 20 % от общей массы человека. Например, около 50 % поступившего ингаляционным путем хлороформа выделяется в течение первых 8–12 ч, а остальная часть – во второй фазе выделения, которая продолжается несколько суток.
Многие неэлектролиты, подвергаясь медленной биотрансформации в организме, выделяются в виде основных продуктов распада: воды и углекислоты, которая выходит с выдыхаемым воздухом. Последняя образуется при метаболизме многих органических соединений, в том числе бензола, стирола, четыреххлористого углерода, метилового спирта, этиленгликоля, ацетона и пр.
Через кожу, в частности с потом, выходят из организма многие вещества – неэлектролиты, а именно: этиловый спирт, ацетон, фенолы, хлорированные углеводороды и пр. Однако, за редким исключением (например, концентрация сероуглерода в поте в несколько раз выше, чем в моче), общее количество удаляемого таким образом токсичного вещества невелико и не играет существенной роли.
При кормлении грудью возникает опасность попадания с молоком некоторых жирорастворимых токсичных веществ в организм ребенка, в особенности пестицидов, органических растворителей и их метаболитов.