- •Глава 1.2. Токсикант (яд)
- •Глава 2.2. Механизмы цитотоксичности
- •Глава 2.3. Действие токсикантов на биологические механизмы регуляции клеточной активности
- •Раздел 3. Токсикометрия
- •Глава 3.1. Зависимость "доза-эффект" в токсикологии.
- •Глава 3.2. Эпидемиологические методы исследования в токсикологии
- •Глава 3.3. Оценка риска действия токсиканта
- •Раздел 4. Токсикокинетика
- •Глава 4.1. Общие закономерности токсикокинетики
- •Глава 4.2. Резорбция
- •3.3.3. Размеры молекулы
- •Глава 4.3. Распределение
- •Глава 4.4. Метаболизм ксенобиотиков
- •Глава 4.5. Выведение ксенобиотиков из организма
- •Глава 4.6. Количественные характеристики токсикокинетики
- •Раздел 5. Факторы, влияющие на токсичность
- •Глава 5.1. Особенности биосистем и их влияние на чувствительность к ксенобиотикам
- •Глава 5.2. Влияние условий проведения эксперимента и качества среды обитания на токсичность
- •Глава 5.3. Явления, наблюдаемые при длительном воздействии токсиканта
- •Глава 5.4. Коергизм ксенобиотиков
- •5.5. Антидоты (противоядия)
- •Раздел 6. Специальные виды токсического действия
- •Глава 6.1. Иммунотоксичность
- •Глава 6.2. Химический мутагенез
- •Глава 6.3. Химический канцерогенез
- •Глава 6.4.Токсическое влияние на репродуктивную функцию. Тератогенез
- •4.6. Органические растворители
- •Раздел 7. Избирательная токсичность
- •Глава 7.1. Раздражающее действие
- •Глава 7.2. Дерматотоксичность
- •Глава 7.3. Пульмонотоксичность
- •Глава 7.4. Гематотоксичность
- •Глава 7.5. Нейротоксичность
- •Глава 7.6. Гепатотоксичность
- •Глава 7.7. Нефротоксичность
- •Раздел 8. Экотоксикология
- •Глава 8.1. Основы экотоксикологии
- •Глава 8.2. Синдром неспецифической повышенной химической восприимчивости
- •Раздел 1. Введение
- •Глава 1.1. Предмет и задачи токсикологии
- •1. Предмет изучения
- •1.1. Попытка определения
- •1.2. Токсичность
- •1.3. Токсический процесс
- •1.3.1. Формы проявления токсического процесса на разных уровнях организации жизни
- •1.3.2. Основные характеристики токсического процесса, выявляемого на уровне целостного организма
- •1.3.2.2. Другие формы токсического процесса
- •2. Цель и задачи токсикологии
- •3. Структура токсикологии
- •Глава 1.3. Токсикант (яд)
- •1.Общая характеристика токсикантов
- •1. По происхождению
- •1.1.1.1. Бактериальные токсины
- •1.2. Синтетические токсиканты
- •2. По способу использования человеком
- •2.2. Пестициды
- •3. По условиям воздействия
- •2. Краткая характеристика отдельных групп токсикантов
- •2.1. Токсиканты биологического происхождения
- •2.1.1. Бактериальные токсины
- •2.1.2. Микотоксины
- •2.1.3. Токсины высших растений
- •2.1.4. Токсины животных (зоотоксины)
- •2.2. Неорганические соединения естественного происхождения
- •2.3. Органические соединения естественного происхождения
- •2.4. Синтетические токсиканты
- •2.4.1. Пестициды
- •2.4.2. Органические растворители
- •2.4.3. Лекарства, пищевые добавки, косметика
- •2.4.4. Боевые отравляющие вещества (бов)
- •Глава 1.2. Биосистемы - мишени действия токсикантов
- •2. Термодинамика биосистем. Термодинамические аспекты токсичности
- •4. Степени свободы токсического воздействия
- •Глава 1.4. Свойства токсиканта, определяющие токсичность
- •1. Размеры молекулы
- •2. Геометрия молекулы токсиканта
- •3. Физико-химические свойства вещества
- •4. Стабильность в среде
- •5. Химические свойства.
- •Раздел 2. Токсикодинамика
- •Глава 2.1. Механизмы токсического действия
- •1. Определение понятия "рецептор" в токсикологии
- •2. Действие токсиканта на элементы межклеточного пространства
- •3. Действие токсикантов на структурные элементы клеток
- •Глава 2.2. Механизмы цитотоксичности
- •Глава 3.2. Эпидемиологические методы исследования в токсикологии
- •Глава 3.3. Оценка риска действия токсиканта
- •Раздел 4. Токсикокинетика
- •Глава 4.1. Общие закономерности
- •Глава 4.2. Резорбция ксенобиотиков
- •3.3.3. Размеры молекулы
- •Глава 4.3. Распределение ксенобиотиков в организме
- •Глава 4.4. Метаболизм ксенобиотиков
- •Глава 4.5. Выделение ксенобиотиков из организма (экскреция)
- •Глава 4.6. Количественные характеристики токсикокинетики
- •Раздел 5. Факторы, влияющие на токсичность
- •Глава 5.1. Внутри- и межвидовые особенности организмов и их влияние на чувствительность к ксенобиотикам
- •Глава 5.2. Влияние условий проведения эксперимента и качества среды обитания на токсичность
- •Глава 5.3. Явления, наблюдаемые при длительном воздействии токсикантов
- •Глава 5.4. Коергизм ксенобиотиков
- •Глава 5.5. Антидоты (противоядия)
- •Раздел 6. Специальные формы токсического процесса
- •Глава 6.1. Иммунотоксичность
- •Глава 6.2. Химический мутагенез
- •Глава 6.3. Химический канцерогенез
- •Глава 6.4. Токсические влияния на репродуктивную функцию. Тератогенез
- •4.6. Органические растворители
- •Глава 7.1. Раздражающее действие
- •Глава 7.2. Дерматотоксичность
- •Глава 7.3. Пульмонотоксичность
- •Глава 7.4. Гематотоксичность
- •Глава 7.5. Нейротоксичность
- •Глава 7.6. Гепатотоксичность
- •Глава 7.7. Нефротоксичность
- •Раздел 8. Экотоксикология
- •6. Взрыв численности популяции вследствие уничтожения вида-конкурента.
- •Глава 8.2. Синдром неспецифической повышенной химической восприимчивости
2. Геометрия молекулы токсиканта
Химическая формула, как правило, несет недостаточно информации о свойствах вещества, в частности о геометрии молекулы. Вместе с тем изучение зависимости "строение - активность" в токсикологии возможно только с учетом представлений о пространственной организации молекул токсиканта.
Молекулы веществ могут быть ригидными и гибкими. Ригидные молекулы имеют постоянную пространственную организацию. Это прежде всего вещества, образованные циклическими радикалами, содержащие поливалентные мостиковые связи (алкалоиды, полигалогенированные дибензофураны, бенз(а)пирен и многие другие). Конформация "гибких" молекул, содержащих в структуре алифатические цепи, группы, соединенные простыми связями, всегда неопределенна, за счет постоянного изменения во времени взаиморасположения радикалов. Однако и у этих веществ порой можно выделить предпочтительную конформацию. Так, наиболее вероятна форма молекулы 1,2-дихлорэтана, при которой атомы хлора находятся в наибольшем удалении друг от друга (транс-изомер) (рисунок 1).
Рисунок 1. Цис- и транс-форма дихлорэтана
Большое количество химических веществ, отличающихся высокой токсичностью, существует в форме изомеров. Основные формы изомерии это: структурная, оптическая, геометрическая, таутомерия (проблема глубоко рассматривается в современных курсах "Общей химии").
У низкомолекулярных веществ, таких как дихлорэтан, различия пространственной организации изомеров незначительно сказываются на их биологической активности. Как уже указывалось, такие молекулы, по большей части, вызывают малоспецифичные эффекты: например, нарушение проницаемости возбудимых биологических мембран, образование ковалентных связей с молекулами белков, нуклеиновых кислот и т.д. Значительные различия наблюдаются при действии крупных молекул токсикантов, преимущественно взаимодействующих с определённым образом пространственно организованными специфическими рецепторами для эндогенных биорегуляторов. Так, если оценить размеры большинства известных нейромедиаторов, то выясняется, что молекулярная масса большинства из них лежит в интервале 160 - 190 Д. Молекулы ацетилхолина и адреналина состоят из 26 атомов, серотонина - 25, норадреналина - 23. Естественно ожидать, что и токсиканты, взаимодействующие с рецепторами этих нейромедиаторов, должны иметь близкие размеры и, следовательно, вполне определенную пространственную организацию. В этом случае роль изомерии в биологической активности веществ возрастает. Аналогичны рассуждения применительно к токсикантам - конкурентным ингибиторам многих ферментов (например, ингибиторам ацетилхолинэстеразы: фосфорорганическим соединениям и карбаматам). Основные закономерности, определяющие влияние изомерии на токсичность веществ состоят в следующем:
1. Чем специфичнее взаимодействие вещества и рецептора, тем отчетливее различия в действии изомеров. Поскольку токсичность в значительной степени определяется специфичностью взаимодействия токсиканта со структурами-мишенями, имеющими большое значение в поддержании гомеостаза в организме, можно утверждать, что чем выше токсичность вещества, тем существеннее различия биологической активности его изомеров.
2. Если асимметричный атом в молекуле токсиканта занимает ключевую позицию, определяющую во многом его эффект, то различия в действии изомеров, как правило, существенны. И напротив, если асимметричный атом находится в положении, не определяющем биологический эффект, то стереоизомеры обладают практически одинаковой токсичностью.
3. Чем жестче конформация рецептора, тем более выражены различия активности, действующих на него изомеров токсиканта. Так, структурная гибкость Н-холинорецепторов ганглионарных и нейромышечных синапсов выражена на столько, что стереоизомеры веществ, взаимодействующих с ними, обладают практически одинаковой активностью.
Различия в токсичности стереоизомеров могут быть связаны не только с особенностями их токсикодинамики, но и токсикокинетики (активный транспорт через мембраны, метаболизм). Так, алкалоид L-скополамин быстро разрушается эстеразой плазмы крови кролика на L-троповую кислоту и тропин (скопин), утрачивая биологическую активность. D-скополамин не разрушается энзимом и поэтому действует значительно дольше.