Проанализировать механизм действия тяжелых металлов и их антидотов.
Тяжелые металлы - группа химических элементов со свойствами металлов со значительным атомным весом либо плотностью. Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжелые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, животных и способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний.
Тяжелые металлы: свинец, ртуть, кадмий, таллий, висмут, сурьма, железо, цинк, никель.
Источники отравления солями тяжелых металлов:
- аварии на производстве и резком превышении предельно допустимых концентраций данных металлов и их соединений в окружающей нас среде;
- ядовитые выбросы производств, медленно накапливающихся в тканях всех живых организмов;
- выхлопы автомобилей в городах и вблизи крупных трасс (сбор грибов или овощей и фруктов в таком районе чреват серьёзной интоксикацией);
- нефтепродукты (например, с бензином, содержащим свинец) – при работе на автозаправочной станции;
- обработка сельхозугодий пестицидами и гербицидами, которые концентрируются в тканях растений и оказываются в готовой продукции;
- использование инсектицидов (средств против насекомых) или ратацидов (против крыс и мышей) в доме и на прилегающей территории;
- передозировка лекарств, содержащих данные вещества;
- хроническое вдыхание табачного дыма (так называемом пассивном курении);
- попадание внутрь с красками (например, свинцовыми белилами, содержащими свинец, некоторыми красками зелёной гаммы, содержащими хром);
- использование жести для изготовления пищевой тары или посуды;
- употребление пищевых продуктов, содержащих соли тяжёлых металлов (к примеру, фруктов, обработанных пестицидами).
Отравление солями тяжёлых металлов происходит при попадании токсина в пищеварительную систему, при вдыхании паров, через слизистые и кожные покровы. Поражается ЦНС, почки, кишечник, печень, эндокринные органы, сердце и сосуды. Токсины способны накапливаться, поэтому они долгое время циркулируют в организме, постепенно выделяясь в кровь из своих депо, приводя к хронизации процесса.
Характеристика тяжелых металлов:
Ртуть: переносится в океан с материковым стоком (промышленных вод) и через атмосферу. Ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Соединения ртути накапливается многими морскими и пресноводными организмами в концентрациях, во много раз превышающих содержание её в воде. Употребление в пищу рыбы и морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению населения. Соединения ртути высокотоксичны для человека.
Свинец: рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды. Свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. До запрета на использование в топливе тетраэтилсвинца, выхлопные газы транспорта были заметным источником свинца в атмосфере. В организм человека свинец попадает как с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения может приводить к накоплению в костях, печени и почках. Свинец относится к группе ядов, нарушающих строение и функции белковых молекул клеток. Он связывается с дисульфидными белковыми группами, в результате чего происходит нарушение третичной структуры белка, его денатурация. Это становится причиной гибели клеток и развития воспалительного процесса в тканях. Неорганические соединения свинца попадают в организм человека либо через пищеварительную систему, либо ингаляционным путем. Органические соединения свинца обладают способностью всасываться через кожные покровы. Примерно 5% от всего поступившего в организм свинца накапливается в красных клетках крови – эритроцитах. Около 90% проникает в костную ткань и откладывается в кристаллах гидроксиаппатита, в этой форме малоактивен. Оставшееся количество металла концентрируется в почечной и нервной ткани.
Кадмий: является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в норме присутствует в организме человека в микроскопических количествах. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.
Таллий: дети, проглотившие отраву для грызунов или гранулы пестицидов, в которых содержится смертельный токсин. Хроническая форма заболевания характерна для людей, работающих на производстве и ежедневно контактирующих с ядовитым веществом. Большего всего подвержены рискам люди, занятые на плавлении руд, обжиге серного колчедана, сжигания угля и получения цемента. Таллий угнетает активность фермента АТФ-азы за счет нарушения процесса окислительного фосфорилирования. Это становится причиной дегенеративных изменений в клетках миокарда, жировой инфильтрации печени, утраты периферическими нервами миелиновой оболочки и отека головного мозга. Смертельная доза таллия для взрослого человека составляет 15 мг/кг массы тела. Но даже половина этой дозы, принятая внутрь, способна вызвать очень сильное отравление.
Мышьяк: повышенное содержание наблюдается в: в поверхностных и грунтовых водах; в дыме, образующемся при плавлении руды, сжигании отходов или сгорания угля; в морепродуктах, вылов которых осуществлялся в экологически неблагоприятных районах мирового океана; в химической продукции (красителях, консервантах, противогрибковых средствах, пестицидах и гербицидах). Также мышьяк и его производные широко используются при изготовлении различных электронных устройств, полупроводниковых приборов и стекла. Попав в организм, яд связывается с белковой частью молекулы гемоглобина и с током крови разносится по всем тканям и органам. Он накапливается в клетках нервной системы, легких, сердца, селезенки, почек и печени, вызывая нарушение протекающих в них биохимических реакций и клеточного дыхания. Для взрослого человека смертельная доза мышьяка составляет 100-200 мг. Симптомы острого отравления мышьяком возникают спустя 30 минут с момента попадания яда в организм через рот. При ингаляционном пути отравления интоксикация проявляется мгновенно.
Цинк: отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров, возможно также острое отравление при употреблении цинка и его соединений внутрь. 1 грамма сульфата цинка достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. Цинковая интоксикация носит профессиональный характер: вдыхание высокодисперсного аэрозоля окиси цинка (литейная лихорадка); вдыхание паров цинка при сварке, резке металла и плавке цинковых спаев; длительное нахождение в производственном помещении, где воздух насыщен парами цинка (при нарушении техники безопасности). В быту чаще происходит отравление цинком, поступившим с пищей, хранившейся или изготавливавшейся в оцинкованной посуде.
Общие симптомы: металлический вкус во рту, покраснение слизистой, болезненность при глотании и по ходу пищевода, а также в животе, тошнота и рвота, нарушения стула — диарея или запор, эрозионные и язвенные изменения и внутреннее кровотечение из желудка, кишечника или пищевода при пероральном отравлении.
К системным симптомам относят:
- Скачки артериального давления: резкое понижение после повышения. Из-за этого лицо бледнеет или краснеет (всё остальное тело имеет бледную кожу), наблюдается одышка.
- Нарушения работы нервной системы, которое выражается в эйфорическом, возбуждённом состоянии, либо, напротив, оглушении и притуплении сознания вплоть до комы.
- Поражение двигательных функций: паралич или судороги, нарушение походки и координации движений.
- Зрительные галлюцинации, ухудшение зрения, раздвоение изображения.
- Нарушения сна.
- Нефропатия – тяжёлое нарушение работы почек, возможно с приступом острой почечной недостаточности. При этом моча слабо вырабатывается и плохо выделяется, изменяется состав крови, организм отравляет сам себя, что ещё более усугубляет ситуацию.
- Нарушение функций печени, увеличение её размеров.
- Изменения биохимии крови, разрушение эритроцитов (гемолиз), лейкоцитоз, анемия (снижение уровня гемоглобина).
- Возможно также развитие токсического шока, вплоть до гибели организма.
При хроническом отравлении солями ртути будут присутствовать следующие симптомы: боли разной интенсивности в животе (кишечные колики непостоянного характера и невыясненной этиологии); проблемы со стулом – могут беспокоить как хронические запоры, так и частая диарея; во рту постоянно присутствует металлический привкус; отмечаются язвенные поражение слизистой оболочки ротовой полости (ртутный стоматит). Нередко при отравлении солями ртути поражается и центральная нервная система – у пациента может развиться устойчивый тремор верхних конечностей и психическое перевозбуждение. Кроме этого, характерны увеличенные лимфатические узлы, периодические судороги невыясненной этиологии, спонтанное повышение артериального давления и обильное потоотделение.
Отравление свинцом протекает всегда тяжелой форме: кожные покровы приобретают серо-зеленый оттенок; по краю десны в ротовой полости появляется четкая сине-лиловая кайма; признаки патологического поражения почек (нарушается процесс мочеиспускания, периодически повышается температура тела, присутствуют боли интенсивного характера в области поясницы); достаточно быстро развиваются симптомы патологического поражения печени (кожные покровы и слизистые оболочки могут приобретать желтушный оттенок, во рту постоянно присутствует горький привкус, периодически возникают боли (печеночные колики). При заборе анализов крови диагностируется прогрессирующая анемия. Происходит патологическое поражение нервной системы – может развиться астенический синдром, полиневрит, иногда энцефалопатия; у женщин нарушается менструальный цикл, а если на момент отравления имелась беременность, то она может закончиться внутриутробной гибелью плода.
Симптомами отравления металлическим мышьяком станут: поражения слизистых оболочек дыхательных путей, постоянный сухой кашель, боль в грудной клетке при глубоких вдохах, кровохарканье; кожные покровы становятся сухими, могут развиться устойчивые дерматиты и экзема; присутствует обильное слезотечение; ногти становятся тонкими, сухими, часто ломаются, а волосы – выпадают в больших количествах.
Отравления сурьмой и кадмием будут характеризоваться: сухостью кожных покровов; постоянной головной болью; появлением очагов воспаления в ротовой полости, которые носят характер язвочек и эрозий. На фоне этих симптомов у пострадавшего практически полностью отсутствует аппетит, его беспокоит частая диарея – эти два фактора приводят к резкой потере веса больного.
Токсическое поражение крови сопровождается гемолизом и анемией. Гемолиз наиболее характерен для отравлений мышьяковистым водородом и соединениями меди, отличается длительностью до 6 сут и высокими цифрами свободного гемоглобина в плазме крови (до 200 г/л).
Морфологические изменения крови выявляются в 85,8% случаев и характеризуются лейкоцитозом, нейтрофилезом с палочкоядерным сдвигом, лимфо- и моноцитопенией, увеличением СОЭ. В тяжелых случаях появляются юные клетки, миелоциты, анизо- и пойкилоцитоз, нормобластоз. Это сопровождается развитием лихорадки с повышением температуры тела до 39—40°С.
Анемия наблюдается у 41,5% больных и носит нормо- и гипохромный характер. Ее причины — токсическое действие соединений тяжелых металлов и мышьяка на костный мозг и развитие гемолиза.
Степени отравления и их клиника:
Клиника отравлений легкой степени: диспепсические расстройства, стихающие в ближайшие часы: ожог слизистых оболочек полости рта и глотки, умеренно выраженный выделительный стоматитом (только при отравлении серой ртутной мазью). Нефропатия легкой степени.
При отравлениях средней тяжести: желудочно-кишечные нарушения более выражены, могут сопровождаться пищеводно-желудочными кровотечениями и продолжаться до суток. Постоянно наблюдается выделительный стоматит. Характерно развитие гепатопатии и нефропатии средней тяжести. Срок лечения больных 10—18 сут.
Для отравлений тяжелой степени: желудочно-кишечные расстройства длительностью до нескольких суток и желудочно-кишечные кровотечения, которые могут стать причиной смерти. Развивается выраженный выделительный стоматит и колит. Экзотоксический шок протекает с признаками декомпенсации, что может стать причиной смерти в 1—2-е сутки. Гемолиз отличается высоким содержанием свободного гемоглобина в плазме крови (до 600 г/л) и стойкостью (2—6 сут); уровень гемоглобина эритроцитов может снизиться. Характерно развитие выраженной острой печеночно-почечной недостаточности. Срок лечения 20— 40 сут и более.
Дифференциальный диагноз проводят с острыми желудочно-кишечными заболеваниями, острыми заболеваниями почек нетоксической этиологии (при отравлении ртутной мазью), острым нарушением мозгового кровообращения («молниеносная» или нейропаралитическая форма при отравлении мышьяком).
Лабораторная диагностика: определение свободного гемоглобина в крови методом фотоэлектроколориметрии; количественное определение ртути в крови и моче колориметрическим методом; количественное определение меди.
Токсическая концентрация ртути в крови более 10 мкг/л, в моче — более 100 мкг/л, концентрация меди в крови — более 1600 мкг/л, мышьяка — более 250 мкг/л в моче.
Причиной смерти в 28,7% случаях является экзотоксический шок, в 69,8% — ОПеченочнаяН и ОПеченочно-ПочечнаяН. Летальность при ОПН примерно 45,2%.
Патоморфологические изменения в почках в типичных случаях характеризуются некрозом и дегенерацией почечного эпителия, распадом митохондрий, развитием очагов кальцификации и интерстициальной воспалительной реакции. Макроскопически почки большие, белые («сулемовая почка»). При развитии гемолиза — картина острого гемоглобинурийного нефроза. В печени определяются диффузные центролобулярные некрозы, билиарный стаз, при гемолизе — «пигментный гепатоз» с последующим очаговым некрозом.
Указанные симптомы могут развиваться стремительно, а могут носить неинтенсивный характер – все зависит от того, в каких количествах яд поступает в организм, насколько мощная иммунная система у пострадавшего, как работают печень и почки, имеются ли соматические хронические заболевания у пострадавшего.
Доврачебная помощь:
- Вывести на свежий воздух, расстегнуть стесняющую одежду (острое отравление ингаляционно).
- Промывание желудка (лучше водой); если отравление вызвано употреблением солей или окисей цинка внутрь - 1–1,5 л теплой воды или 3% раствора питьевой соды и вызвать рвотный позыв, надавив на корень языка). Можно дать молоко или яичный желток при ртути – связывание ртути с белком.
- Обработка участка кожи слабым раствором марганцовки (демеркуризация)
- Энтеросорбенты (неэффективны при ртути).
- Мочегонные.
- Щелочное питье (минеральная вода, молоко).
- Ингаляция питьевой содой.
- Обеспечить физический и психоэмоциональный покой.
Лечение в условиях стационара:
- Форсированный диурез: введение значительных объёмов жидкости и препаратов, оказывающих мочегонное действие. Назначение процедуры — быстрое выведение яда из организма, профилактика острой почечной недостаточности и поражения печени.
- Введение антидотов.
Антидоты:
Унитиол (5%). Относится к универсальному типу противоядий (антидотов), не обладает высокой токсичностью. Используется при отравлениях солями тяжелых металлов (ртуть, свинец и так далее), в случае передозировки сердечными гликозидами, при отравлении углеводородами хлорированными. Вводится унитиол внутримышечно каждые 6-8 часов в первые сутки после отравления или передозировки, на вторые сутки введение антидота осуществляется каждые 12 часов, в последующие дни – 1 (максимум два) раз в сутки.
ЭДТА (тетацин кальций, 10%). Используется только при отравлении солями тяжелых металлов (ртуть, свинец и другие). Являясь веществом, содержащим SH-группы (сульфгидрильные группы), связывает ионы ртути и тем самым предупреждает блокирование ртутью SH-групп белков и ферментов организма. Антидот способен образовывать комплексы с металлами, которые отличаются легкой растворимостью и низкой молекулярностью. Именно эта способность позволяет обеспечить быстрый и максимально полный вывод соединений солей тяжелых металлов из организма через мочевыделительную систему. Вводится ЭДТА одновременно с 5% глюкозой внутривенно. Средняя суточная доза для взрослого человека составляет 50 мг/кг.
Натрия тиосульфат (30%). Антидот, который используется при отравлениях свинцом, мышьяком, синильной кислотой, ртутью и йодом. Яды образуют с этим веществом неядовитые соли (сульфиты). Побочными явлениями при использовании натрия тиосульфат будут тошнота, кожные сыпи различного характера и тромбоцитопения. Вводится 30% раствор представленного антидота по 30-50 мл внутривенно, а через 20 минут после первичного введения процедуру повторяют, но уже в половине указанной дозы.
Симптоматическая терапия - поддержание основных функций организма с целью профилактики и лечения экзотоксического шока: анальгетики, включая наркотические, спазмолитики, инфузионная терапия, глюкокортикоиды, растворы глюкозы.
Для лечения ожогов используются обволакивающие препараты и антибиотики.
Лечение токсического поражения печени: витамины, гепатопротекторы.
Внутривенное введение препаратов калия для предупреждения обратного всасывания токсинов в каналах мочевой системы;
При необходимости проводят очищение крови с помощью гемодиализа или перитонеального диализа.
Лечение нарушений ЦНС.
Тяжелые металлы: ртуть, свинец, висмут, уран, хром, золото, мышьяк; антифриз, уксусная кислота и др.
Отравления солями тяжелых металлов и другими неорганическими веществами обусловлены связыванием катионов указанных соединений с сульфгидрильными группами -SH (рецепторами), содержащимися в молекулах белков. Связь между катионами некоторых металлов и сульфгидрильными группами является довольно прочной (ковалентной). Сульфгидрильные группы белковых веществ особенно прочно связываются с ионами мышьяка, сурьмы, ртути, висмута и некоторых других металлов. При отравлении соединениями этих металлов в качестве противоядия применяют унитиол, который содержит сульфгидрильные группы, связывающие ионы металлов, ранее блокировавших сульфгидрильные группы белков.
В качестве примеров дитиоловых соединений, являющихся антидотами тяжелых металлов, можно привести дитиоловые соединения БАЛ (британский антилюизит), унитиол:
БАЛ Унитиол
БАЛ – впервые синтезирован и испытан как антидот люизита, ядовитого производного трехвалентного мышьяка (C1-CH=CH-AsC12 хлорвинилдихлорарсин). Этот антидот был создан в Англии в середине 40-х годов в лаборатории Питерса. За основу был взят трехатомный спирт глицерин. Недостатками этого препарата являются его достаточно высокая токсичность и плохая растворимость в воде. Вследствие этого БАЛ вводится в виде масляных растворов, что затрудняет всасывание его в кровь и замедляет лечебное действие. В 50-х гг киевскими токсикологами под руководством академика Черкеса А.И. и профессора Петрунькина В.Е. был синтезирован и успешно испытан отечественный препарат унитиол, в котором вместо гидроксильной группы введен радикал –SO3Na. Это соединение хорошо растворимо в воде, что значительно усилило его антидотную активность и он успешно применяется в качестве антидота при отравлении соединениями мышьяка, ртути, свинца, кадмия, никеля, хрома, кобальта, радионуклидами. Однако его введение может вызвать побочные явления (головная боль, снижение давления, появление сыпи). Кроме того, длительное использование унитиола способствует выведению из организма микроэлементов.
Среди других дитиоловых антидотных средств можно указать димеркаптоянтарную кислоту (ДМЯ) - сукцимер:
ДМЯ имеет большую терапевтическую широту и лишен нежелательных побочных действий
Другие металлы более активно взаимодействуют с карбоксильными группами (свинец, кадмий, никель, медь, марганец, кобальт).
К ферментным ядам относятся большое количество веществ, участвующих в процессах
А) усиления каталитической активности ферментов (например, стероидные гормоны, диоксины усиливают синтез ферментов; ФОС блокируют разрушение ферментов, что ведет к увеличению их концентрации; передозировка некоторых жирорастворимых витаминов ведет к переактивации ферментов);
Б) угнетения каталитической активности ферментов (хроническое отравление свинцом ведет к блокаде синтеза железопорфиринов, в частности гемоглобина);
В) соединения, тормозящие биосинтез ферментов (природные аналоги аминокислот, некоторые антибиотики – пенициллин левомицетин и др.)
Отравления фосфорорганическими соединениями, к числу которых относится большая группа ядохимикатов, объясняются связыванием этих веществ с оксигруппой серина, входящего в состав фермента ацетилхолинэстеразы, являющейся одним из видов холинэстеразы. Ацетилхолинэстераза расщепляет ацетилхолин на холин и уксусную кислоту. В результате блокирования ацетилхолинэстеразы некоторыми 8 фосфорорганическими и другими веществами происходит накопление в организме ацетилхолина в токсических дозах и наступает отравление. Кроме ферментов, рецепторами первичного действия ядов являются аминокислоты (гистидин, цистеин и др.), нуклеиновые кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды, витамины. Таким образом, рецепторами часто бывают наиболее реакционно-способные функциональные группы органических соединений, такие как сульфгидрильные, гидроксильные, карбоксильные, амино- и фосфорсодержащие, которые играют жизненно важную роль в метаболизме клетки. Наконец, в роли рецепторов токсичности могут выступать различные медиаторы и гормоны. Недавно открытые опиатные рецепторы представляют собой участок гормона гипофиза β-липотропина.