15.17 Медико-біологічне та екологічне значення токсинів

Медико-біологічне значення розглянемо крізь „призму” дії різних токсинів.

Токсини патогенних мікроорганізмів, в основному, є екзотоксинами. Вони характеризуються строгою специфічністю і, виходячи з цього, їх поділяють на такі групи:

антибактеріальні токсини, які пригнічують (бактеріостатична дія) або вбивають (бактерицидна дія) інших бактерій;

протипухлинні токсини, затримують поділ злоякісних клітин (олівоміцин, рубоміцин, актиноміцин, карміноміцин та ін.);

протигрибкові токсини, затримують ріст грибків (ністатин, гризеофульвін та ін.).

Прижиттєві та посмертні токсини патогенних бактерій здатні викликати у людини алергічні реакції, а також погіршувати протікання основного захворювання.

Токсини амфібій, риб, молюсків, медуз, членистоногих діють як отрути на організм людини – від різних розладів нервової і серцево-судинної систем до загибелі.

Фітотоксини – викликають різні розлади в організмі людини залежно від виду рослин, дози та часу дії. У критичних ситуаціях викликають загибель людини. Якщо взяти токсини синьо-зелених водоростей, то вони значно погіршують якість води поверхневого джерела.

Екологічне значення токсинів полягає у наступному:

функція біотоксинів, як засобів захисту і нападу, дозволяє розглядати їхню роль у біосфері у таких аспектах:

як вагомий фактор виживання: токсин дає деякі переваги організму, який його утворює;

як ефективний механізм хімічної регуляції (хеморегуляція) внутрішньовидових і міжвидових відносин, які виникають у ході коеволюції живих організмів. Завдяки коеволюції у живих організмів виробилися різноманітні форми взаємного пристосування.

Взаємовідносини організмів за допомогою їхніх токсинів є передумовою регулювання потоку енергії в екосистемі і в біосфері у цілому. Від ефективності дії фітотоксинів (засіб захисту рослин) залежать такі процеси:

яка частина сонячної енергії, засвоєної екосистемою, буде спрямована по детрітній гілці трофічного ланцюга до „мертвої” органічної речовини, де вона буде використана детритофагами і редуцентами;

яка частина енергії залишиться в органічній речовині життєздатних рослин (фітомасі) і буде спрямована по гілці пасовищ, де вона буде використана травоїдними тваринами та хижаками.

13. Утилізація відходів передбачає використання їх як вторинних матеріальних чи енергетичних ресурсів шляхом здійснення операцій, перелік і обсяг яких затверджується на підставі експериментальних досліджень та екологічної експертизи директивними органами в Україні. — Знешкодження відходів та токсикантів — це зменшення чи усунення небезпечності їх шляхом механічних, фізико-хімічних або біологічних методів обробки. Висновок про ефективність знешкодження може бути зроблений лише на підставі експериментального екотоксикологічного дослідження. Всі інші методи дають приблизне, попереднє, а подекуди спотворене уявлення як про ефективність, так і про наслідки використання утилізації чи знешкодження токсиканта. Слід нагадати, що по відношенню до деяких видів сильнодіючих токсичних речовин (СДОР), які належать до класу небезпеки — хімічна, біологічна та екологічна зброя тощо, існують міжнародні норми, що регламентують не тільки порядок поводження, але і шляхи знищення та зберігання. Наприклад, ряд СДОР (зарин, табун, зоман, іприт, Ві-Х, рицин, діоксини тощо) не можна знищувати шляхом термічного знищення.

14.НЕВІДКЛАДНІ ЗАВДАННЯ — визначення властивостей екотоксикантів, дослідження екотоксикометричних показників гострої та хронічної дії, розробка першочергових заходів запобігання несприятливому розвитку ураження біогеоценозу. ЗАДАЧІ екологічної токсикології складаються з вирішення загальних та прикладних питань.

До кола задач загальної екологічної токсикології входить:  — Визначення, змiст, завдання, мiсце серед медико-бiологiчних наук та зв’язок з екогiгiєною, екофармакологiєю. — Основнi поняття: екотоксикант, токсичнiсть, шкiдливiсть, параметри токсичності. — Класифiкацiя речовин за екотоксичністю та ступенем небезпеки. — З'ясування екотоксикокінетики (шляхи проникнення, розподiл, знешкодження). — Комбiнована дiя екотоксикантiв. Типи сполучної i послiдовної дiї екотоксикантів.

18. До групи важких металів відносять, за винятком благородних і рідкісних, ті з металів, які мають щільність понад 8 тис.кг/м3. (Ртуть, свинець, мідь, цинк, нікель, кадмій, кобальт, сурму, вісмут, олово, ванадій, напівметал миш'як та ін.). Багато хто з них широко поширені в навколишньому середовищі і здатні викликати захворювання у людей.

Основний постачальник важких металів — підприємства кольорової металургії. Сильне забруднення свинцем та іншими важкими металами спостерігається навколо автострад. Частина техногенних викидів важких металів надходить в атмосферу у вигляді тонких аерозолів і переноситься на значні відстані, приводячи до глобального забруднення.

Механізми токсичної дії важких металів різні. Багато металів при певних концентраціях інгібують дію ферментів (мідь, ртуть). Деякі метали утворюють хелатоподібні комплекси зі звичайними метаболітами, порушуючи обмін речовин (залізо). Інші метали пошкоджують клітинні мембрани, змінюючи їх проникність і інші властивості. Деякі метали конкурують з необхідними організму елементами (стронцій-90 може заміщати в організмі Ca, цезій-137 — калій, кадмій може заміщати цинк).

19.Радіонуклі́д — атом з нестійким ядром, що характеризується додатковою енергією, яка доступна для передачі до створеної радіаційної частинки, або до одного з електронів атома в процесі внутрішньої конверсії. При вивільненні енергії радіонуклід проходить через процес радіоактивного розпаду, і зазвичай випускає один або більше фотонів, гамма-променів, або субатомні частинки. Ці частинки складають іонізуюче випромінювання. Радіонукліди утворюються в природних умовах, але також можуть бути отримані штучно при бомбардуванні стабільного елемента нейтронами в ядерному реакторі.

Радіонукліди часто також називаються радіоактивними ізотопами або радіоізотопами. Вони використовуються в атомній енергетиці, промисловості, медицині, сільському господарстві і грають важливу роль в дослідженнях з фізики, хімії та біології. Проте, вони можуть являти собою значну небезпеку через руйнівний вплив іонізуючого випромінювання на живі організми.

20.Шкідливість – властивість екотоксикантів викликати кількісні та якісні зміни у біоценозі, які можуть призвести до „несумісних з життям” порушень та уражень дією на організми (людини, тварин, рослин, мікроорганізмів). Основним критерієм, що обумовлює прояв шкідливості є величина токсодози. Під токсодозою розуміють кількісну характеристику екотоксичності БАР (біологічно активної речовини), що відповідає певному прояву порушення чи ураження структурних ланок у трофічному ланцюзі біоценозу.

Швидкість дії токсиканта пов’язана з наступним: токсичністю (здатність наносити шкоду живому); величиною дози; шляхом введення. На швидкість дії токсиканта впливає також: стійкість токсиканта в оточуючому середовищі (яка обумовлена леткістю токсиканта); його агрегатним станом; стійкістю до впливу зовнішніх факторів довкілля.

Щодо токсодози, то виділяють індивідуальну і колективну. Індивідуальна токсодоза – ефект, який виникає внаслідок дії БАР на окрему особину (тварин, рослин). Колективна токсодоза – ефект, який з’являється внаслідок експериментальних токсометричних досліджень при нормуванні виробничої та побутової діяльності людської спільноти. Як правило, індивідуальні токсодози підлягають узагальненню (через значні коливання під впливом об’єктивних і суб’єктивних факторів)

з метою визначення статистично доведених значень індивідуальних показників у показники колективних токсодоз. В екологічній токсикології колективні токсодози мають особливе значення.

Ефективність дії токсодози залежить від вихідних кількісних показників:

важкі ураження виникають при одноразовому впливі доз (концентрацій) на рівні 0,3-0,5 ЛД50 або 0,3-0,5 CZt50 (середньо летальна дія динамічної концентрації аерозолі у повітрі, що викликає загибель 50 \% особин протягом 24, 72, 336 годин з моменту інгаляції, мг/л/хв.);

середні ураження – при дозах (концентраціях) на рівні 0,2 ЛД50 або 0,2 CZt50;

легкі ураження – при дозах (концентраціях) на рівні 0,1 ЛД50 або 0,1 CZt50.

Вплив екотоксикантів на живі об’єкти може бути прямий (інгаляційний аліментарний – контактно-траскутанний), та опосередкований (через повітря, воду, харчові продукти), а за рівнем впливу – низьким (із самовідновленням), небезпечним (зворотні зміни при застосуванні допоміжних засобів), надзвичайно-високим або катастрофічним (загибель вищих біологічних об’єктів).

25. У зв’язку з тим, що людина знаходиться на останніх ланках трофічного ланцюга, дія ектоксикантів на організм виявляється найбільш гострою. Надходять токсиканти до організму людини різними шляхами:

- інгаляційним при вдиханні забрудненого повітря;

- аліментарним через системи травлення;

- транскутанним через шкірний покрив.

Шлях надходження (рис. 4.1) хімічної сполуки до організму визначається у першу чергу об’єктом довкілля, де знаходяться забруднюючі речовини, їхніми фізико-хімічними властивостями, характером контакту з ним та іншими обставинами. Токсиканти в організмі викликають структурні та функціональні зміни на різних рівнях організації живої матерії (майже аналогічні зміни відбуваються і у вищих тварин).

Рис. 4.1. Шляхи надходження, розповсюдження і виділення токсикантів

При порушенні динамічної рівноваги взаємовідношень організму людини з оточуючим середовищем і виникає хвороба. Через дихальні шляхи токсиканти надходять в організм у вигляді газів, парів, аерозолів, парогазових або парогазоаерозольних сумішей. Цей шлях надходження має велике значення через велику площу поверхні легеневих альвеол (100-120 м2), де відбувається проникнення токсикантів. Легенева поверхня значно перевищує активну поверхню травневого каналу і шкіри. Проникнення газів і пари із альвеолярного повітря у кров підпорядковується закону дифузії під дією градієнта парціальних тисків. Перехід із газоподібного середовища речовин до рідини відбувається внаслідок різниці парціальних тисків у газовій фазі і крові. Добре розчинні речовини (хлорид водню, аміак тощо) можуть всмоктуватися у кров із верхніх відділів дихальних шляхів. Крупнодисперсний пил або рідкий аерозоль осідають, в основному, у порожнині носа і носовій частині глотки та трахеї, частина його заковтується. До альвеол надходять частки діаметром до 1-2 мкм. Частина їх інкапсулюється і макрофагами розноситься током лімфи.

Адсорбовані на пилових частках молекули пари і газів, посилюють або послабляють дію аерозолів.

У травневому каналі всмоктування речовин може відбуватися у всіх відділах. Особливість процесу та, що при всмоктуванні через слизову оболонку рота і прямої кишки хімічні агенти надходять у кров, оминаючи печінку. У кислому середовищі шлунку хімічні речовини можуть трансформуватися в більш токсичні сполуки. Так, сполуки свинцю, які погано розчиняються у воді, дуже добре розчиняються у шлунковому соку. Більша частина токсичних сполук, яка всмоктується через стінку травневого каналу у кров, надходить через систему зворотної вени до печінки, де знезаражується.

Через неушкоджену шкіру всмоктуються рідини і гази, в т.ч. ті, які адсорбовані на твердих частках, а потім вже розчиняються в потовій рідині та шкіряному жирі. Всмоктування відбувається через волосяні фолікули, потові і сальні залози, через епітелій.

 Проникнення та адсорбція

Надходження токсиканта в клітину можливе лише шляхом подолання біологічних мембран. Мембрани характеризуються вибірковою проникністю для токсикантів, що має значення у розвитку процесів метаболізму та обміну речовин між клітинами та оточуючим середовищем, а також між органелами і цитоплазмою. Як ділянка мембрани клітинний рецептор характеризується вибірковою спорідненістю до певних речовин (антигенів – антигенний рецептор, вірусів – вірусний рецептор тощо) завдяки здатності вступати з ними у хімічні реакції взаємодії (приєднання, зв’язування, комплексоутворення тощо).

Послідовно токсична дія токсиканта на організм складається із трьох фаз:

експозиційної (дезінтеграція чи розчинення токсиканта) – фаза закінчується підготовкою до адсорбції;

токсикокінетичної адсорбції з наступним розподілом, депонуванням, біотрансформацією, метаболічним перетво-ренням, екскрецією);

токсикодинамічної, де взаємодія токсиканта з рецептором у тканині-мішені, яка характеризується зафіксованим ефектом дії.

Здатність токсиканта адсорбуватись має велике значення тому, що визначає перспективу його поглинання організмом. Фактично зміст адсорбції формується в переході токсиканта із довкілля у внутрішнє середовище організму.

Основою механізму адсорбції екотоксиканта є:

надходження в клітину шляхом трансмембранного переходу;

мембранний перехід здійснюється за допомогою простої дифузії, пасивного або активного транспорту.

Доля розвитку шкідливої дії токсиканта в момент контакту з біологічним об’єктом впливу обумовлена:

здатністю адсорбуватися та проникати в клітину і тканини;

відповідністю хімічних, фізичних, фізико-хімічних властивостей умовам сприятливої дії на клітини організму;

дозі (концентрації) токсиканта, що потрапляє і впливає на організм;

терміном дії, що визначається періодом напіввиведення токсиканта.

Виведення токсикантів

Під процесом виведення токсикантів розуміють видалення їх природним шляхом (рис. 4.1). Токсиканти можуть виводитися у первинному вигляді (без зміни структури) і у вигляді метаболітів, що утворилися внаслідок біологічної траснформації. Екскреція токсикантів є заключним етапом токсикокінетичного процесу, що приводить до повної елімінації шкідливого чинника з організму.