Биологические особенности организма

Введение
Химические соединения относятся к постоянно действующим на организм человека факторам окружающей среды. Между внешним химическим окружением и химическим составом организма существует определенное равновесие, нарушение которого приводит к патологическому сдвигу гомеостаза. В последние десятилетия особую актуальность приобрели острые и хронические отравления вследствие накопления в окружающей среде огромного количества различных химических препаратов – более 5 млн. наименований. Около 60 тыс. препаратов используются непосредственно в быту в виде пищевых добавок, лекарственных средств, пестицидов, препаратов бытовой химии, косметических средств и др. Летальность при острых отравлениях обычно не превышает 2-3%, но в связи с большим числом умерших на догоспитальном этапе (например, при отравлении алкоголем – до 80%), общее число жертв достаточно велико и значительно превышает летальность при инфекционных заболеваниях, включая туберкулез, и при катастрофах на транспорте. Токсических веществ, вызывающих наибольшее число острых отравлений, в настоящее время насчитывается около 500. «Эпидемией века» называют в современном мире подобную патологию, которая обычно регистрируется как несчастные случаи в быту, чаще среди жителей крупных городов.
Токсический эффект, как уже указывалось, складывается из взаимодействия по крайней мере трех основных факторов — организма, токсического вещества и окружающей внешней среды. Биологические особенности организма нередко могут играть определенную роль.
Давно известен факт различной видовой чувствительности к ядам. Особое значение это имеет для токсикологов, изучающих токсичность в опытах на животных. Перенесение полученных данных на человека возможно только в том случае, если есть достоверные сведения о качественных и количественных особенностях чувствительности различных видов животных к исследуемым ядам, а также об индивидуальных особенностях восприимчивости к ядам отдельных лиц с учетом их половых, возрастных и прочих различий.
Понятие токсичности и токсический эффект
Токсичность – способность веществ, действуя на биологические системы, вызывать их повреждение, нарушая физиологические функции организма, а при тяжелых повреждениях его гибель.
Токсический процесс – формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта, приводящее к ее повреждению (нарушению функции, жизнеспособности) или гибели.
Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсической дозы, токсической концентрации, токсодозы, действия которых вызывают различные неблагоприятные эффекты (нарушают работоспособность, вызывают заболевание или смерть и т.д.).
Токсическая доза –количество вещества, попавшее во внутренние среды организма и вызвавшее токсический эффект.
Токсическая концентрация – количество вещества, находящееся в единице объема (массы) некоего объекта окружающей среды (воды, воздуха, почвы), при контакте с которым развивается токсический эффект.
Токсодоза – количество вещества, находящееся в единице объема воздуха за единицу времени, при контакте с которым развивается токсический эффект. Эта величина характеризует токсичность веществ, действующих в виде пара, газа или аэрозоля и учитывает не только содержание токсиканта в воздухе (токсическую концентрацию), но и время пребывания человека в зараженной атмосфере.
В токсикологии, как правило, можно оценить несколько уровней эффектов, развивающихся при действия токсиканта на организм:
смертельный: характеризуется величиной летальной дозы и вызывает 100% поражения;
непереносимый: характеризуется величиной дозы, вызывающей существенное нарушение дееспособности (транзиторную токсическую реакцию);
пороговый: характеризуется дозой, вызывающей начальные проявления действия токсиканта.
Поскольку чувствительностью к токсиканту любого живого организма неодинакова в связи с внутривидовой изменчивостью, различиями веса, пола, возраста, состояния здоровья и т.п., наиболее точной количественной характеристикой токсичности любого вещества считается средняя доза (концентрация, токсодоза), под воздействием которой эффект проявляется у 50% пораженных.
Классификация ядов (токсикантов)
В качестве ядов (токсикантов) могут выступать практически любые соединения различного строения, если, действуя на биологические системы не механическим путем, они вызывают их повреждение или гибель. В настоящее время науке известны миллионы химических веществ, многие из которых широко используются человеком в быту, медицине, на производстве, в сельском хозяйстве и т.д.
Классификации токсикантов:
По происхождению:
Токсиканты естественного происхождения:
-Биологического происхождения (бактериальные токсины, растительные яды, яды животного происхождения;
-Небиологического происхождения (неорганические соединения, органические соединения);
Синтетические токсиканты (огромное количество веществ с различным строением).
2. По способу использования человеком
Ингредиенты химического синтеза и специальных видов;
Производств;
Пестициды;
Лекарства и косметика;
Пищевые добавки;
Топлива и масла;
Растворители, красители, клеи;
Побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы;
3. По условиям воздействия
Профессиональные (производственные) токсиканты;
Бытовые токсиканты;
Вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства, лекарства и т.д.);
Загрязнители окружающей среды (воздуха, воды, почвы, продовольствия);
Поражающие факторы при специальных условиях воздействия.
Пути поступления ядов в организм
Выделяют три основных пути поступления ядовитых веществ в организм человека:
ингаляционный;
пероральный;
через кожу.
Ингаляционный путь поступления промышленных ядов в организм
Всасывание ядовитых соединений через дыхательную систему относится к наиболее быстрому пути поступления в организм (большая поверхность легких100-120 м2, непрерывный кровоток по легочным капиллярам). В первую очередь через легкие проникают вещества хорошо растворимые в жирах. Диффундируя через альвеолярно-капиллярную мембрану, отделяющую воздушную среду от кровяного русла, молекулы ядов кратчайшим путем проникают в малый круг кровообращения, и затем, минуя печень, через сердце достигают кровеносных сосудов большого круга, а оттуда во все органы и ткани.
При вдыхании постоянной концентрации содержание яда в крови сначала быстро нарастает, а затем останавливается на одном уровне. При насыщении организма ядом поглощение его существенно замедляется. Предельное содержание яда в крови зависит от его физико-химических свойств.
Физическая нагрузка, интенсивное дыхание и кровообращение усиливает поступление и задержку соединений в организме, поступающих ингаляционным путем.
Пероральный путь
Поступление промышленных ядов в кровь из ЖКТ с отравленной пищей, водой, а также в «чистом виде» токсичные вещества всасываются в кровь через слизистые оболочки полости рта, желудка и кишечника. Большинство из них всасывается в эпителиальные клетки пищеварительного тракта и далее в кровь по механизму простой диффузии. Ведущим фактором проникновения ядов во внутренние среды организма является их растворимость в жирах и степень диссоциации ядов. Током крови из ЖКТ токсичные вещества доставляются в печень – орган, выполняющий барьерную функцию. Некоторые яды могут всасываться в кровь уже из полости рта, благодаря диффузии. При этом минуется влияние пищеварительных соков, метаболизм яда в печени, что увеличивает токсический эффект.
При всасывании из желудка кислая среда желудочного сока может способствовать, а может и затруднять резорбцию яда. Из желудка всасываются все жирорастворимые вещества и ионизированные молекулы органических веществ путем диффузии. Но кислоты и основания в желудке не всасываются, так как они высокоионизированы. В желудке возможна фильтрация металлов через поры клеточной мембраны.
Жирорастворимые вещества всасываются хорошо путем диффузии. Всасывание органических электролитов связано со степенью их ионизации. Слабокислые и слабощелочные вещества всасываются в тонком кишечнике, в то время как сильные кислоты всасываются медленно, образуя комплексы с кишечной слизью. Всасывание большинства металлов происходит путем активного транспорта, обеспечивающего поступление питательных веществ в кровь.
Поступление промышленных ядов через кожу
Роль кожи как места резорбции (всасывание в кровь) ядовитых веществ на производстве имеет большое значение. Скорость проникновения ядов через неповрежденную кожу прямо пропорциональна их растворимости в липидах, а дальнейший их переход в кровь зависит от способности растворяться в воде. Это относится к жидкостям, к твердым веществам, к газам. Существуют три пути проникновения через кожу различных веществ:
1. через эпидермис;
2. через волосяные фолликулы;
3. через выводные протоки сальных желез
Через эпидермис быстро проходят газы и растворимые в жирах органические вещества. Затем вредные вещества переходят из дермы в кровь. Если физико-химические свойства веществ сочетаются с их высокой токсичностью, то опасность тяжелых чрезкожных отравлений значительно возрастает. На первом месте по способности проникать через кожу стоят ароматические нитроуглеводороды, хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения, ФОСы. Механические повреждения кожи (ссадины, царапины, раны), термические и химические ожоги способствуют проникновению токсических веществ в организм.
4. Биологические особенности организма и токсический эффект
4.1 Видовые и половые особенности чувствительности к ядам
Факт различной видовой чувствительности к ядам давно известен. Эти знания очень важны, так как данные о токсичности, полученные в эксперименте на животных, экстраполируются на человека при решении задач гигиенической регламентации. Например, известно, что человек в 2-3 раза чувствительнее к фтору, чем крысы, в 3 раза – к нитритам, в 5 раз – к мышьяку, в 1,5 раза – к свинцу, в 4 раза – к ртути и т.д.
Видовые различия животных по отношению к ядам зависят от особенностей обмена веществ. Другими факторами, от которых зависит чувствительность организма к яду являются степень сложности ЦНС, продолжительность жизни, размер животного, особенности кожных покровов. Влияние пола на токсический эффект в наше время является наименее выясненным. Так как экспериментальные данные весьма противоречивы. В исследованиях одних авторов более чувствительными оказываются самки, в экспериментах других – самцы. Противоречивыми оказываются и данные, полученные на людях в условиях случайных интоксикаций.
Покровский В.А. (1967г.), обобщая данные о состоянии здоровья и заболеваемости мужчин и женщин, работающих на заводах синтетического каучука, пришел к выводу о большей чувствительности женского организма к некоторым органическим соединениям. Исследования состояния здоровья мужчин и женщин на производстве борной кислоты показали половое различие в чувствительности к яду по следующим заболеваниям: неврастения наблюдалась у 15 % женщин, в то время как у мужчин это заболевание отсутствовало; хронический полиартрит встречался в 9 раз, колит и цистит в 4 раза, дискинезия в 5 раз, чаще у женщин, чем у мужчин, в то время хронический бронхит у мужчин встречался в 5 раз чаще, чем у женщин и прочее, т.е. эти данные свидетельствуют о существенном различии между мужчинами и женщинами по целому ряду показателей.
Большой интерес представляет исследование показателей крови у мужчин и женщин при некоторых острых промышленных интоксикациях. При этом обращает на себя внимание разная направленность отклонений в содержании гемоглобина и эритроцитов у лиц разных полов. В группе женщин наблюдалось отклонение этих показателей в сторону повышения, у мужчин в сторону снижения. В ряде работ сделан вывод о более высокой чувствительности женского организма на производстве резиновых изделий (комбинированное воздействие стирола, дивинила, хлоропрена). Однако в литературе встречаются и противоположные указания – о меньшей чувствительности женского организма к воздействию ядов. Например, в работе ряда авторов этот вывод возник при изучении воздействия этилового спирта. Таким образом, сведения о роли пола в формировании токсического эффекта не однозначны, к некоторым ядам более чувствительны мужчины. К некоторым– женщины.
Однако, почти все авторы сходятся в одном: большая опасность отравлений и более выраженная тяжесть интоксикаций во время беременности не вызывает сомнения.
Влияние возраста и индивидуальной чувствительности и общего состояния здоровья к действию яда
Влияние возраста на проявление токсического эффекта при воздействии на организм различных ядов не является одинаковым. Одни яды оказываются более токсичными для молодых, другие – для старых, для третьих ядов возраст организма не имеет значения. Самый общий вывод по этому вопросу следующий: молодые и старые организмы чаще оказываются более чувствительными к вредным веществам, чем половозрелые взрослые.
Чувствительность подростков к токсическим веществам в 2-3 и даже в 10 раз выше, чем у взрослых. Однако в ряде случаев дети, в отличие от подростков и взрослых оказываются менее восприимчивыми к ядам. Это объясняется большей устойчивостью детского организма к гипоксии и выраженной чувствительностью подростков и юношей. Таким образом, при исследовании возрастной чувствительности необходимо учитывать не только возраст, но и пол, свойства яда, режим воздействия яда, пути выведения и другие индивидуальные особенности.
Индивидуальная чувствительность к ядам очевидна. Известно, что различные индивиды одного вида, пола и возраста реагируют не одинаково на одну и ту же дозу яда. В основе различий в индивидуальной чувствительности к ядам лежит биохимическая индивидуальность, т.е. различный уровень гормонов, ферментов, обмена веществ в целом.
Большое влияние на реализацию токсичности ядов имеет общее состояние здоровья. Известно, что больные или перенесшие тяжелое заболевание, ослабленные люди значительно тяжелее переносят любое отравление. У лиц, страдающих хроническими нервными, сердечно-сосудистыми и желудочно-кишечными заболеваниями, отравления значительно чаще заканчиваются смертью. Это особенно заметно при таких неблагоприятных ситуациях у больных, страдающих заболеваниями выделительных органов, когда небольшая токсическая доза яда может стать смертельной. Например, у больных хроническим гломерулонефритом даже нетоксические дозы нефротоксических ядов (сулема, этиленгликоль и пр.) вызывают развитие острой почечной недостаточности.
Биоритмы и токсический эффект
Помимо видовой, половой, возрастной и индивидуальной чувствительности большое значение в выраженности токсического эффекта имеет временной фактор, т.е. биологические часы. Наиболее выраженными являются сезонные и суточные (циркадные) колебания.
Сезонные биоритмы
Данные о сезонных различиях в проявлении фармакологического эффекта при действии мединола и кофеина показали, что весной этот эффект минимален, а летом и осенью максимален. Максимальное содержание радиоактивного йода в щитовидной железе белых крыс и кроликов наблюдалось весной, а минимальное летом. Эксперименты в этой области важны для обоснования ПДК вредных веществ в окружающей человека среде (в атмосфере городов, воздухе производственных помещений, воде водоемов и т.д.).
Суточные биоритмы
Не менее важное значение для реакций взаимодействия организма и яда имеют и суточные ритмы. Колебания уровня интенсивности различных показателей организме в течение суток известны для более 100 физиологических функций. Например, максимальное содержание сахара в крови наблюдается в 9 ч. утра, минимальное – в 18 ч., рН внутренней среды организма с 3 до 15 ч – преимущественно кислая, с 15 до 3 ч – щелочная, уровень АД ниже всего в 9 ч утра, выше – в 18 ч, содержание гемоглобина в крови максимально – в11-13 ч, минимально – в 16-18 ч. Такие биоритмы имеет любой орган или система организма. Учет суточных биоритмов организма человека имеет большое значение при 2-3 сменном режиме труда на некоторых производствах и на транспорте. При оценке токсиколого–гигиенических условий труда на производстве по производительности труда и состоянию здоровья необходимо учитывать суточные биоритмы, т.к. нарушение суточных биоритмов может существенно повлиять на развитие токсического эффекта на производстве.
Заключение
Токсикология принадлежит к числу наук, характеризующихся исключительно высокими темпами накопления фактического материала, что связано со все возрастающим количеством новых химических соединений, потенциально опасных для здоровья человека. Одной из главных задач токсикологии, которая выдвигает ее в разряд фундаментальных химико-биологических дисциплин, является изучение взаимодействия химических компонентов среды обитания с живыми системами на различных уровнях их структурно-функциональной организации.
Опасность для человека определяется значительной токсичностью вещества и способностью накапливаться в организме. Различные вещества обладают разной токсичностью. Все токсичные вещества оказывают существенное влияние на здоровье человека, причем степень выраженности воздействия зависит от концентрации, периодичности и времени воздействия вещества, а также состояния окружающей среды, возраста, пола и состояния организма самого человека. Так, в большей степени уязвимы дети, больные, лица, работающие во вредных производственных условиях, беременные женщины и прочие. Повреждающее действие токсинов различного характера проявляется на различных структурных уровнях организма, начиная с молекулярного.
Список литературы
Граник, В. Г. Токсикология лекарств / В.Г. Граник. - М.: Вузовская книга, 2015. - 438 c.;
Орлов, Н. И. Пищевые отравления и их профилактика / Н.И. Орлов. - Москва: РГГУ, 2013. - 120 c.;
Стройков, Ю. Н. Клиника, диагностика и лечение поражений отравляющими веществами / Ю.Н. Стройков. - Москва: ИЛ, 2014. - 176 c.;
Тарасов, А.Ю. Основы токсикологии: учебное пособие для студентов / А. Ю. Тарасов, С. Б. Белогоров, Д. В. Марченко; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, Кафедра мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф. – Иркутск: ИГМУ, 2015. – 56 с.;
Нестерова Е.Н. Основы токсикологии. Учебное пособие для студентов. - Брянск: Издательство Брянской государственной инженерно-технологической академии, 2016. - 51 с.