534

что, наряду с блокадой SH-групп мембраны и SH-групп молекулы гемоглобина, отмечается снижение уровня восстановленного глутатиона. Уровень восстановленного глутатиона в эритроцитах играет существенную роль в стабилизации структур мембраны эритроцита.

Система восстановленный глутатион↔ окисленный глутатион (ГSН↔ Г– S – S – Г) рассматривается как буферная, защищающаяся эритроциты от деструктивного действия окислителей. Снижение содержания восстановленного глутатиона вэритроцитах вследствие окисления его гемолитиком, из-за нарушения его синтеза, путем увеличения скорости его распада или за счет изменения активности ферментных систем, регулирующих его уровеньв клетке, можетпривести кразвитиюгемолиза.

Гемолитическое действие другой группы ядов связано преимущественно с вызываемыми ими ферментативными нарушениями в эритроцитах. К этой группе относятся такие гемолитические яды, как фенилгидразин, ацетилфенилгидразин, менадион, ингибирующие активность в эритроцитах глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназы и снижающие таким путем уровень восстановленного глутатиона. Дело в том, что уровень восстановленного глутатиона в эритроцитах регулируется несколькими ферментными системами. Одна из них– глутатионредуктаза катализирует переход окисленной формы глутатиона (Г– S – S – Г) в восстановленную (Г– SH). Эта ферментная система в качестве кофактора нуждается в восстановленном никотинамидадениндинуклеотидфосфате (НАДФ-Н). Кофактор генерируется в первой реакции глюкозомонофосфатного шунта при окислении глюкозо-6- фосфата до 6-фосфоглюконовой кислоты. Катализирует реакцию глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа. Ингибирование гемолитиком активности этого фермента приводит к уменьшению выхода НАДФ-Н, к снижению активности глутатионредуктазы икуменьшению уровня восстановленного глутатиона в клетке. Вфизиологических условиях уменьшение уровня НАДФ-Н в эритроцитах

231

активирует глюкозомонофосфатный шунт, а накопление этого кофактора тормозит его. Эта система регуляции, действующая по принципу обратной связи, оказывается нарушенной гемолитиком, что приводит к снижению содержания восстановленного глутатионав эритроците.

Почему же восстановленный глутатион так необходим для поддержания целостности эритроцита? Почему снижение содержания восстановленного глутатиона приводит к гемолизу? Дело в том, что функции этого трипептида весьма разнообразны. Помимо отмеченной выше способности служить буферной системой и поддерживать в восстановленном состоянии сульфгидрильные группы гемоглобина и белков оболочки эритроцита, восстановленный глутатион обеспечивает нормальное протекание реакций гликолиза. Ряд ферментов гликолиза относится к числу сульфгидрильных и нуждается в восстановленном глутатионе. Падение уровня восстановленного глутатиона может явиться причиной торможения скорости гликолиза, являющегося основным поставщиком энергии АТФ в эритроцитах, где отсутствует лимоннокислый цикл Кребса и аэробное превращение углеводов сведено к минимуму. Торможение гликолиза приводит к снижению содержания АТФ в эритроцитах, необходимой для функционирования «натриевого насоса». Недостаток АТФ приведет к утрате клетками калия и проникновению в эритроцит натрия и воды. Развивается потеря ионного равновесия, происходит набухание клетки, сфередитоз и гемолиз. Так блокада одной ферментной системы – глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназы – может вызвать цепь биохимических превращений, приводящих в конечном итоге к гибели эритроцита.

Помимо восстановленного глутатиона, существенное значение для реализации гемолитического действия химических веществ имеют связанные с ним биохимические системы, регулирующие уровень эндогенной перекиси водорода в эритроцитах. Перекись водорода относится к числу сильнейших гемолитиков и метгемоглобинообразователей. Накопление эндогенной пере-

232

киси водорода в эритроцитах приводит к гибели красные кровяные клетки. Однако в физиологических условиях этого не происходит, так как в эритроцитах существуют две ферментные системы, регулирующие уровень эндогенной перекиси водорода. Первая из них – это глутатионпероксидаза, катализирующая окисление перекисью водорода восстановленного глутатиона (ГSН) до его окисленной формы (Г – S – S – Г). Фермент функционирует, когда скорость образования перекиси водорода в эритроцитах составляет порядка 10–10–10–9 моль на 1 мг гемоглобина в 1 мин. Если в силу каких-либо причин скорость образования эндогенной перекиси водорода увеличится до 10–9– 10–7 моль на 1 мг гемоглобина в 1 мин, начинает функционировать второй заслон против H2O2 – фермент каталаза, разлагающая ее до Н2О и O2. Таким образом, в физиологических условиях исключается возможность гемолитического действия эндогенной перекиси водорода, играющей существенную роль в регуляции уровня восстановленного глутатиона и, повидимому, принимающей участие в регуляции скорости окислительной деградации гемоглобина.

При некоторых условиях, например при действии озона, при гипероксии, происходит увеличение содержания перекиси водорода в эритроцитах, снижается активность каталазы, падает уровень восстановленного глутатиона. Это приводит к снижению гемолитической стойкости эритроцитов, а при дальнейшем развитии интоксикации – к гемолизу. Таким же путем может оказывать гемолитическое действие экзогенная перекись водорода и некоторые органические перекиси.

Расшифровка биохимического механизма гемолитического действия ядов оказалась возможной благодаря широкому развитию исследований по врожденным энзимопатиям. Было обнаружено, что некоторые индивидуумы обладают исключительно высокой чувствительностью к действию гемолитических агентов. У таких людей была выявлена врожденная генетически обусловленная недостаточность или даже полное отсутствие

233

глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Гемолиз у этих лиц развивался от таких доз некоторых лекарственных препаратов, которые были абсолютно безопасны для людей с нормальной активностью глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. К числу таких препаратов относятся антималярийные средства примахин, пентахин, парааминосалициловая кислота, антипирин, амино-6-хинолин, некоторые сульфаниламиды. Такой гемолиз получил название примахинового по названию препарата, вызывающего его у людей с недостаточностью глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Помимо лекарственных препаратов, его вызывали разнообразные гемолитические промышленные яды – производные анилина, ацетанилид, фенилгидразин, финилсемикарбазид. Врожденная недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы сопровождалась низким уровнем, «нестабильностью» восстановленного глутатиона. Это снижение содержания Г – SH само по себе еще не приводило к развитию гемолиза. Однако дальнейшее падение его уровня за счет действия минимальных и совершенно безвредных для здоровья людей доз гемолитиков вызывало разрушение эритроцитов.

Внастоящее время накопилось достаточно данных, что

ивидовая, и индивидуальная чувствительность к гемолитикам определяется индивидуальными и видовыми колебаниями активности взаимозависящих биохимических систем (глюкозо-6- фосфат-дегидрогеназа, глутатионредуктаза, глутатион, глутатионпероксидаза, каталаза), обеспечивающих устойчивость эритроцитов к гемолизу.

Несомненно, что знание биохимических основ токсического действия гемолитиков способствовало созданию антидота против сильнейшего гемолитического агента – мышьяковистого водорода. Таким антидотом явился антарсин-2, 3- димеркаптопропил-n-толилсульфид.

234

8.3. Механизмы метгемоглобинообразования

Тесно связанными и в ряде случаев предшествующими гемолизу являются процессы метгемоглобинообразования. Так же как при рассмотрении механизма действия гемолитиков, все метгемоглобинообразователи условно можно разделить на две группы:

1)вещества, преимущественно воздействующие на гемоглобин, переводя его железо в трехвалентное состояние;

2)вещества, повреждающие главным образом ферментные системы, регулирующиеуровеньвосстановленногометгемоглобина.

В эритроцитах постоянно идут процессы окисления двухвалентного железа гемоглобина до трехвалентного с образованием метгемоглобина. Существенную роль в этом процессе, наряду с другими окислителями, играет эндогенная перекись

водорода. У человека в норме ежедневно образуется от 4 до 10 % метгемоглобина. В крови здоровых людей концентрация метгемоглобина составляет 1–1,5 %. Дальнейшего нарастания последнего в физиологических условиях не происходит, так как в эритроцитах постоянно идут процессы восстановления метгемоглобина. Восстановление метгемоглобина до гемоглобина обеспечивается двумя ферментными системами: редуктазой метгемоглобина, зависящей от восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н), и редуктазой метгемоглобина, зависящей от восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н). Таким образом, уровень метгемоглобина в крови зависит от скорости его образования под влиянием эндогенных метгемоглобинообразователей и от активности редуктаз, обеспечивающих его восстановление. Из двух редуктаз метгемоглобина наибольшее значение имеет редуктаза, зависящая от НАД-Н. Ее активность, как у человека, так и у экспериментальных животных, в 10–20 раз выше, чем активность редуктазы метгемоглобина, зависящей от НАДФ-Н. Активность этих ферментных систем у разных

235

видов животных неодинакова. Она наиболее велика у кроликов, для которых характерна весьма высокая скорость спонтанного восстановления метгемоглобина, что подчас затрудняет получение выраженной метгемоглобинемии у данного вида экспериментальных животных. Подавление химическими веществами активности редуктаз метгемоглобина, снижение скорости образования НАД-Н и НАДФ-Н приводит к развитию метгемоглобинемии.

Другим путем действия метгемоглобинообразователей является воздействие на скорость эндогенного образования метгемоглобина. Химические вещества могут сами по себе выступать в роли окислителей, непосредственно воздействуя на гемоглобин и ускоряя тем самым продукцию метгемоглобина. Ускорение процесса метгемоглобинообразования может наступать, когда под влиянием яда в эритроцитах возрастает уровень эндогенной перекиси водорода. Показано, что при возрастании скорости эндогенного образования перекиси водорода свыше 7·106 моль на 1 мг гемоглобина в 1 мин создаются условия для ее метгемоглобинообразующего действия.

Как следует из этой схемы, химические вещества, угнетающие активность каталазы, глутатионредуктазы, глутатионпероксидазы, снижающие уровень восстановленного глутатиона, будут способствовать метгемоглобинообразованию. Эти данные подкрепляются сведениями о видовых особенностях метгемоглобинообразования. Максимальная скорость образования метгемоглобина отмечается у собак и уток, эритроциты которых характеризуются минимальной активностью каталазы. В эритроцитах, лишенных каталазы, образование метгемоглобина идет значительно интенсивнее, чем в эритроцитах, содержащих каталазу. В то же время повышение активности каталазы в условиях интоксикации метгемоглобинообразователями свидетельствует о развитии защитных, адаптивных реакций.

По-видимому, подавляющее большинство метгемоглобинообразователей обладает смешанным действием, оказывая как

236

прямое влияние на гемоглобин, так и косвенно способствуя эндогенному метгемоглобинообразованию через биохимические системы, регулирующие уровень MtHb в крови. Оценка функционального состояния биохимических структур, регулирующих интенсивность метгемоглобинообразования, легла в основу профотбора лиц, занятых в химическом производстве и имеющих контакт с метгемоглобинообразователями.

Подводя итог краткому рассмотрению проблемы биохимических основ токсического действия ядов, следует отметить, что мы лишь кратко остановились на наиболее значительных достижениях токсикологии в этой области. Задача этой главы состояла в том, чтобы ввести читателя в биохимическую токсикологию, сообщив ему лишь самые начальные сведения, используя которые он мог бы самостоятельно изучать эту новую и бурно развивающуюся область экспериментальной медицины.

237

9.БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗМА

ИТОКСИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Хорошо известно, что любую реакцию организма в ответ на воздействие любого вредного вещества всегда следует рассматривать как результат взаимодействия организма и яда. Это значит, что при изучении токсичности тех или иных веществ, т.е. при планировании, проведении и анализе результатов токсикологических экспериментов, совершенно необходим всесторонний учет свойств и особенностей как организма, так и исследуемого химического агента. Кроме того, как это было показано в главе о комбинированном действии, на результат указанного взаимодействия могут существенно влиять и другие факторы. Следовательно, токсический эффект при более строгом его определении есть результат взаимодействия не двух, а трех факторов – организма, яда и окружающей их внешней среды. Вопрос о влиянии на токсический эффект ряда факторов внешней среды был рассмотрен в главе 2 пособия. В настоящей главе обсуждаются особенности токсического эффекта в зависимости от некоторых биологических факторов.

9.1. Видовые различия чувствительности к ядам

Факт различной видовой чувствительности к ядам давно известен. Знание особенностей возникновения, развития и протекания интоксикаций у животных различных видов очень важно для токсикологов. Важно потому, что данные о токсичности того или иного вредного вещества, получаемые в экспериментальных условиях в опытах на животных, в большинстве случаев должны быть экстраполированы на человека. Надежный перенос их возможен только тогда, когда специалисты-токсикологи будут располагать четкими сведениями о качественных и количественных особенностях чувствительности животных различных видов кисследуемым ядам. В работе, посвященной моделированию условий экстраполяции экспериментальных данных с животных на

238

человека, при решении задач гигиенической регламентации Г.Н. Красовский обобщил большое количество сведений о видовойчувствительности кядам(табл. 7, 8).

Данные, приведенные в табл. 7, не нуждаются в пояснении. Можно лишь отметить, что в качестве критерия для сравнения была выбрана активность холинэстеразы крови. В табл. 8 представлены сведения о сравнительной чувствительности человека и животных к ядам по материалам хронической токсичности 6 веществ, собранным Г.Н. Красовским при анализе 40 работ различных авторов (вещества вводились в организм с питьевой водой). Из табл. 8 видно, что различия чувствительности человека, собак и крыс остаются в пределах величин одного порядка.

Таблица 8 Коэффициенты различия чувствительности человека

иживотных к действию токсических веществ (чувствительность человека принята за 1)

Простое количественное накопление сведений о видовой чувствительности животных к различным ядам, безусловно, являющееся очень важным, в настоящее время представляется явно недостаточным. Поэтому ряд исследователей предприняли попытку выяснения отдельных механизмов, которые могут иметь значение в объяснении феномена видовой чувствительности к некоторым вредным веществам. Резюмируя установленные факты, следует подчеркнуть, что прежде всего видовое различие животных по отношению к ядам зависит от особенностей обмена веществ. Так, например, исследование ядов, способных к ацетилированию м- и п-аминобензойных кислот (с целью перенесения полученных данных на человека), нельзя проводить на собаках. У них в отличие от человека эти вещества не ацетилируются. В то же время судьба названных веществ оказывается сходной в организме человека и кролика. Известны и другие примеры индивидуальных различий обмена веществ у различных животных и человека. При этом специально подчеркивается, что особо важное значение имеют не только и не столько знания о количественных особенностях отдельных звеньев обмена веществ экспериментальных животных и человека, сколько данные о качественных отличиях реакций различных биохимических структур в ответ на воздействие ядов. Л.А. Тиунов приводит интересные с этой точки зрения данные об особенностях активности каталазы печени у белых мышей и крыс. Хотя показатели активности названного фермента у тех и других животных в количественном отношении являются очень близкими, ответная реакция соответствующих ферментных систем при двухчасовом ингаляционном воздействии бензола оказалась существенно различной. У крыс активность каталазы печени за указанное время заметно снизилась (с 20,0 ± 1,5 до 13,1 ± 1,2 ед.), а у белых мышей активность этого фермента совершенно не изменилась (17,6 ± 0,5 – до затравки и 17,7 ± 0,5 – в конце затравки). Приведенный пример является

240