534

некоторые неэлектролиты и тяжелые металлы, например, ртуть, свинец и др. Заглатывание слюны может возвращать соединения в желудок.

Все ядовитые соединения, поступающие в организм энтерально и парентерально, попадают в печень. Многие яды, равно как их метаболиты, образующиеся в печени, с желчью транспортируются в кишечник и выделяются из организма. Из кишечника может происходить всасывание экзогенных веществ непосредственно в кровь и выделение их из организма с мочой. В то же время возможен и более сложный путь, когда из кишечника яд попадает в кровь и снова возвращается в печень (внутрипеченочная циркуляция).

Летучие неэлектролиты (углеводороды, спирты, эфиры и др.) практически не выделяются через желудочно-кишечный тракт. Последним путем экскретируются хлорированные ароматические, главным образом многоядерные углеводороды (многие инсектициды), как в неизмененном виде, так и в виде продуктов превращения.

Выделение через желудочно-кишечный тракт для металлов имеет большее значение, чем для органических веществ, а для некоторых этот путь является основным. Металлы, задерживающиеся в печени, с желчью выделяются через кишечник. Есть некоторые сведения о механизмах проникновения отдельных металлов в желчь: непосредственно проникает в нее внеклеточный свинец печени; марганец может связываться с желчными кислотами, но может также транспортироваться в виде катиона из плазмы с последующим образованием комплексов с желчными кислотами.

В процессе выделения через желудочно-кишечный тракт играет роль форма, в которой металл депонирует. Металлы в коллоидном состоянии длительно сохраняются в печени и почти полностью выделяются с калом. Это все легкие редкоземельные металлы, золото, серебро и др. Основная масса некоторых тяжелых металлов выделяется через кишечник, но ос-

191

таточные количества экскретируются значительно медленнее с мочой (например, ртуть).

Выделение прочими путями. Промышленные яды выде-

ляются из организма также с молоком, через кожу, в частности с потом. С грудным молоком у животных и человека выделяются неэлектролиты, что показано для хлорированных углеводородов, главным образом, инсектицидов (ДДТ, гексахлоран, 2,4-Д и др.). С молоком выделяются также многие металлы, например, ртуть, селен, мышьяк и др.

Через кожу выделяются из организма многие неэлектролиты: этиловый спирт, ацетон, фенол, хлорированные углеводороды и др. Известно, что содержание сероуглерода в поте превышает его концентрацию в моче в три раза. С потом выделяются такие металлы, как ртуть, медь, мышьяк.

В балансе выделения ядовитых соединений из организма эти пути не играют существенной роли, но они могут иметь значение в развитии интоксикации.

6.10. Методы, используемые при изучении судьбы яда в организме

Задержка летучих веществ в организме исследуется на целом животном: определяется содержание яда в выдыхаемом воздухе. Проникание яда через кожу требует определения его в выдыхаемом воздухе, крови или в выделениях (в зависимости от поведения яда в организме). Распределение яда по органам и выделение из организма изучают, определяя его в соответствующем материале. С этой же целью можно использовать соединения с радиоактивной меткой. Однако в том случае, когда яд подвергается метаболизму, иногда невозможно разграничить распределение или выведение самого яда от его метаболитов (если последние содержат меченый атом). В этом случае хроматография может дать более полное представление

192

о судьбе яда. Все перечисленные приемы пригодны и для кинетических исследований. При изучении метаболизма, помимо экспериментов на целом животном, полезны бывают опыты in vitro (чаще всего используются гомогенаты печени или ее клеточные фракции, выделенные центрифугированием).

Участие ферментных систем в процессах метаболизма можно изучать на целом животном косвенным путем, вводя в организм средства, ингибирующие или активирующие эти системы. Ингибиторами окисления являются, например, цистеин, цистамин, селенит натрия и др., стимуляторами – фенобарбитал, бензпирен и др.

193

7. ТОКСИКОКИНЕТИКА

Очевидно, что ядовитое действие поступившего в организм вредного вещества возникает только тогда, когда яд достигнет точки своего приложения. Обычно говорят, что яд взаимодействует с рецептором. При этом разные яды взаимодействуют с различными рецепторами. Это могут быть, например, ферменты, действие которых обратимо или необратимо блокируется токсическим соединением; пути проведения нервных импульсов; участки мембран жизненно важных клеток или их органелл, которые оккупируются молекулами вредного вещества, в результате чего нарушается мембранная проницаемость и др. У некоторых ядов есть несколько точек приложения, т.е. они могут взаимодействовать с несколькими видами рецепторов; именно поэтому наблюдаются иногда основной и побочные токсические эффекты. Токсический эффект проявляется только в том случае, если количество яда, поступившего в организм, не слишком мало. В противном случае ядовитого действия или нет вовсе, или оно практически незаметно (выкуривание одной сигареты связано с поступлением в кровь окиси углерода, но ее количество оказывается явно недостаточным для развития отравления в результате образования карбоксигемоглобина).

Разовьется или нет отравление вслед за поступлением яда в организм, какова будет степень его проявления, сколь долго оно будет продолжаться, в значительной мере зависит от того, что и с какой скоростью будет происходить с ядом в организме. Обычно эти процессы называют судьбой яда в организме. С момента своего поступления и до реагирования с рецептором яд подвергается действию разнообразных биологических факторов. С током крови он разносится по всему организму, через эпителий капилляров проникает в ткани и органы, иногда откладывается в некоторых из них, например свинец – в костях, подвергается тем или иным превращениям и, наконец, выделяется из организма в неизменном виде или в виде метаболитов.

194

Превращения яда могут происходить уже в месте соприкосновения с тканями. В крови некоторые токсические соединения вступают в связь с плазменными белками, преимущественно альбуминами, что снижает возможность взаимодействия с рецепторами или затягивает этот процесс. Все указанные динамические процессы, которым подвергается яд в организме, время его контакта с рецепторами, интенсивность метаболизма в значительной степени обусловливают не только силу, но

исам характер его токсического действия. Все эти процессы протекают во времени. Изучением временных зависимостей их течения в организме занимается токсикокинетика.

Токсикокинетика – это область изучения кинетики прохождения ядов через организм, включая сюда процессы их поступления, распределения, метаболизма и выделения. Промышленная токсикология имеет дело, в основном, с ядами, поступающими из внешней среды преимущественно через легкие

ив меньшей степени через кожу и через рот. Здесь процесс поступления яда, часто растянутый во времени, играет сущест-

венную роль для развития токсического эффекта. В связи с этим и токсикокинетика промышленных ядов, с одной стороны, в значительной мере сосредоточена на изучении именно поступления веществ в организм. С другой стороны, исследование механизмов действия ядов немыслимо без изучения кинетики процессов, в которые они вовлекаются в организме, например, без изучения кинетики взаимодействия ядов с рецепторами.

Большой частью токсикокинетики является также исследование закономерностей протекания токсических эффектов во времени. В этой области еще многое предстоит сделать.

Токсикокинетика является разделом общей токсикологии. Эта дисциплина, как указано выше, имеет свой предмет исследования и свои методические подходы, краткая характеристика которых с необходимыми примерами и составляет содержание настоящей главы.

195

7.1. Методы токсикокинетики

Экспериментальная разработка большинства токсикокинетических задач предусматривает определение концентрации вещества и (или) его метаболитов в различные интервалы времени и в разных биосредах: крови, плазме, моче, выдыхаемом воздухе, тканях. Поэтому все те методы анализа, которые используются для определения чужеродных веществ в организме или отдельных биосредах, составляют и арсенал токсикокинетики.

Здесь можно указать фотометрический и спектрофотометрический анализ, полярографию, различные виды хроматографии, флуорометрию, нейтронно-активационный анализ, методы меченых атомов и атомной абсорбционной спектрофотометрии, а также другие аналитические приемы, с помощью которых возможно количественное определение конкретных промышленных ядов в биосубстратах.

Ко всем этим методам предъявляется требование достаточно высокой чувствительности, поскольку попадающие ворганизм чужеродные вещества, тем более их метаболиты, реально всегда присутствуют в относительно малых концентрациях (за исключением случаев, представляющих судебно-медицинский или иной специальный интерес). Этому требованию в наибольшей мере удовлетворяют различные приемы, использующие радиоактивность. Поэтому изучение токсикокинетики многих ядов производится с помощью определения радиоактивности биологических образцов, отобранных в различные интервалы времени, или организма в целом после введения в него изучаемого соединения

срадиоактивной меткой. При высокой чувствительности и простоте работы этот метод имеет ограничения, связанные с трудностями интерпретации результатов, поскольку дифференцировка

сегопомощью вещества и его метаболитов затруднительна. Здесь следует указать работы, где приведены подробности использования радиоактивных изотопов для целей кинетических исследованийчужеродныхсоединенийворганизме.

196

Токсикокинетические процессы весьма удобно изображать графически в координатах: концентрация (или количество вещества) и время. Подобные графики, основанные на экспериментальных данных или отражающие теоретическую модель, дают наглядную характеристику процесса и широко распространены в токсикокинетике. Графическое представление процесса является частным случаем моделирования, которое занимает в токсикокинетике особое положение.

Вшироком смысле модели – это вещественные или теорети- ко-математические аналогии процесса, как правило, более простые, чем сам процесс, и вовсяком случае доступные для анализа. Как обычно, аналогии беднее явления, которое они имитируют, но они облегчают анализ этого явления. Усложняя модель, можно сколь угодно близко подойти к моделируемому явлению. Однако этого, как правило, не требуется, поскольку впротивном случае пропадает основная идея моделирования– простота анализа за счетисключенияизрассмотрения рядавторостепенныхфакторов.

Втоксикокинетике используются три группы моделей: графические, математические иреальные, иливещественные.

Нередко приходится прибегать к графическим моделям, описывающим направления перемещения соединений в организме, однако без их зависимости от времени. Примером таких моделей, по существу не кинетических, но имеющих вспомогательное значение в токсикокинетике, является модель процесса экскреции.

Вэтой модели отражен тот факт, что соединение поступает в организм, а затем выделяется как в неизменном виде (В), так и в виде метаболитов (М).

Математическими моделями могут считаться любые математические выражения, которые описывают процессы перемещения и метаморфоза веществ в организме. Примеры подобных моделей будут приведены в дальнейшем.

Когда рассматривается достаточно обобщенный процесс или когда система, имитирующая организм, проста, например

197

состоит из одной или двух гомогенных частей, и сам процесс имеет ограниченные возможности в отношении своего протекания, математические модели бывают несложными и чаще всего сводятся к экспоненциальным выражениям с небольшим числом параметров. Решение этих уравнений, т.е. отыскание значения их параметров, в подобных случаях не представляет трудностей и может быть выполнено с помощью простейшей счетной техники и даже без нее. Но как только рассматриваемая система или процесс усложняются (а это может быть продиктовано желанием приблизить их к реальности), математические модели перестают быть простыми и требуют для своего решения современных электронных вычислительных устройств.

Для построения математической модели процесса прохождения вещества через столь сложную систему, какой является живой организм, его схематизируют. Например, допускают, что плазма крови, а также основные органы и ткани организма являются гомогенными и изотропными. В этом случае организм можно представить как систему, состоящую из конечного числа частей, каждая из которых имеет определенные физикохимические свойства; все части при этом различаются между собой. Подобное схематизирование можно произвести не на уровне органов или тканей, а на уровне клеток. Это упрощение будет, очевидно, ближе к действительности, но число частей резко возрастет. Кстати, в случае веществ, связывающихся с белками плазмы, последнюю приходится моделировать двумя частями, одна из которых соответствует белкам, а другая – солевому раствору.

Кинетика распределения вещества между частями системы, состоящей из п частей, как без учета, так и с учетом возможности метаболизма в некоторых из них, поддается математическому расчету, причем тем более простому, чем меньше п.

Но не следует забывать, что реальная кинетика более сложна, чем описываемая формулами, полученными на основании анализа n-частевой системы, и только адекватное данному веще-

198

ству и пути его поступления в организм разделение последнего на части может обеспечить построение достаточно близкой к истине математической токсикокинетической модели.

Реальные или вещественные модели состоят из физических элементов разнообразной природы, законы функционирования которых заранее известны. Элементами могут явиться, например, сосуды, наполненные жидкостью и определенным образом связанные между собой, но чаще всего это емкости, сопротивления, полупроводниковые детали и др., собранные в электротехническую схему, где электрический ток имитирует поток вещества в биологической системе. Широкое использование электротехнического моделирования обусловлено и другими простыми аналогиями между основными характеристиками системы вещество–организм и электрическими характеристиками. Объемы биологических частей аналогичны емкостям, концентрации веществ – напряжению, сопротивления соответствуют постоянным скоростей переноса между частями или потери ими вещества и др. Электронные цепи легко монтировать, они компактны, протекающие в них процессы быстры и всегда имеется возможность наблюдать за процессами на экранах осциллографов.

Более или менее сложные цепи, собранные из указанных элементов и предназначенные для имитации разнообразных реальных процессов, в частности прохождения веществ через организм, называются аналоговыми машинами или просто аналогами. Аналоги позволяют производить два типа операций. Во-первых, машина является электронным аналогом биологической системы, о чем уже говорилось. Во-вторых, машину можно использовать как счетно-решающее устройство, производящее непрерывный подсчет согласно воплощенному в ней уравнению. Однако истинная ценность аналогового моделирования для проблем токсикокинетики состоит не столько в решении уравнений, описывающих переменные процессы, сколько в воспроизведении процессов, для которых составить

199

уравнения слишком трудно или нельзя их решить. Экспериментирование с аналоговыми устройствами в каждом конкретном случае может дать ценные указания на то, какие параметры моделируемой системы являются наиболее важными и что должно быть измерено опытным путем.

Для решения сложных кинетических уравнений более удобны цифровые вычислительные машины. Эти машины, в отличие от аналоговых, не могут моделировать физические процессы, происходящие в организме. Но с их помощью можно решать уравнения, описывающие поведение соединений в сколь угодно сложной системе, причем возможно достижение любой степени точности расчета.

Различным вопросам использования разных типов электронных машин в токсикокинетике посвящено много работ.

Совершенно естественно, что разделение моделей на три указанные группы в некоторой степени условно. Наиболее универсальными являются математические модели; однако им не хватает наглядности. Графические модели слишком общи; обычно к ним надо применять математический аппарат. В итоге модель получается комбинированной. Математического описания зачастую требуют и вещественные прототипы моделируемых явлений. В то же время некоторые сложные математические модели не могут быть применены на практике, поскольку способы их решения неизвестны или достаточно трудоемки. В этих случаях приходится прибегать к быстродействующей счетной технике или пользоваться электронными аналогами.

7.2. Параметры токсикокинетики

Поступление в организм чужеродных химических соединений, их распределение между органами и тканями и последующее выделение в основном происходят по законам диффузии, сучетом различной емкости биофаз. Это утверждение является

200