Основы токсикологии. Учебное пособие

УДК 615.9(075.8) ББК 20.1я73

С30

Рецензенты:

кандидат химических наук, доцент А. А. КУКУШКИН (Сибирский федеральный университет);

кандидат химических наук, доцент С. И. ЛЕВЧЕНКО (Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева)

Семиченко, Е. С.

С30 Основы токсикологии : учеб. пособие / Е. С. Семиченко, А. В. Боброва, Г. А. Субоч ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск. – 2025. – 128 с.

Представлены основные понятия токсикологии; параметры токсикометрии; специфика и механизм токсического действия; токсикокинетика; профилактическая токсикология; специфика воздействия радиоактивного излучения. Цель: дать основные представления о токсикологии обучающимся, которые не имеют подготовки по биологическим и медицинским предметам.

Предназначено для студентов бакалавриата по направлениям подготовки 18.03.01 «Химическая технология», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» всех форм обучения; также может быть полезно магистрантам, аспирантам и начинающим преподавателям.

УДК 615.9(075.8) ББК 20.1я73

© СибГУ им. М. Ф. Решетнева, 2025 © Семиченко Е. С., Боброва А. В.,

Субоч Г. А., 2025

2

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Химические вещества имеют разнообразные формы воздействия на человека: от разрушительного до лекарственного действия. В настоящее время к числу наиболее актуальных задач, стоящих перед обществом, относится обеспечение химической безопасности. Для решения этой задачи необходимо токсикологическое изучение химических веществ и определение величины и характера опасного воздействия промышленности на человека и окружающую среду. Этим обусловливается необходимость введения дисциплины «Основы токсикологии» для обучающихся по направлениям подготовки 18.03.01 «Химическая технология», 18.03.02 «Энерго-

иресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии

ибиотехнологии».

Изучение данной дисциплины опирается на такие ранее изученные дисциплины, как «Органическая химия», «Неорганическая химия», а также тесно связано с дисциплиной «Основы экологии».

Цель представленного учебного пособия – раскрыть основные понятия токсикологии, токсикометрии, токсикокинетики и токсикодинамики.

Особенность изучаемого курса состоит в том, что данная дисциплина читается обучающимся, не имеющим подготовки по биологическим

имедицинским предметам. В результате изучения учебного пособия обучающийся должен знать основные понятия токсикологии, особенности токсического действия химических веществ на биологические объекты

иэкосистемы, изменения в них, вызываемые воздействием химических веществ, токсикологические характеристики веществ и методы их определения.

Обучающийся должен иметь способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения, применять методы математического моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Обучающийся должен использовать знания основных законов есте- ственно-научных дисциплин, свойств химических элементов, соединений

иматериалов на их основе для решения профессиональных задач, изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт.

Для понимания свойств материалов и механизма химических процессов обучающийся должен использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений, применять современные методы исследования технологических процессов

иприродных сред, компьютерные средства.

Конкретные технические решения при разработке технологических процессов должны быть обоснованы, а технические средства и технологии

5

должны выбираться по принципу минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду.

Студент обучается следить за выполнением правил техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и норм охраны труда на предприятиях, участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду.

Представленное учебное пособие состоит из шести глав, в которых отражены основные разделы дисциплины: Основные понятия токсикологии; Параметры токсикометрии; Специфика и механизмы токсического действия; Токсикокинетика; Профилактическая токсикология; Специфика воздействия радиоактивного излучения. Особое значение придается пониманию принципов санитарно-гигиенического нормирования, для чего в пособии рассмотрены расчетные методы определения токсикологических характеристик химических веществ.

К каждой главе подобраны контрольные вопросы и задания, которые помогут студентам наиболее полно освоить тему и самостоятельно подготовиться к занятиям и контрольным мероприятиям. Приведен список рекомендуемой литературы, что позволит студентам легко найти исчерпывающий материал по необходимой теме. Приложение содержит перечень терминов, применяемых в токсикологии.

Учебное пособие соответствует программе дисциплины «Основы токсикологии» для студентов бакалавриата по направлениям подготовки 18.03.01 «Химическая технология», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». Предусмотрено применение данного учебного пособия для обучения по учебным планам, отличающимся по количеству часов, отведенных на обучение. При меньшем количестве часов обучающиеся изучают материал, не изложенный лектором, самостоятельно по данному учебному пособию.

6

1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТОКСИКОЛОГИИ

1.1.Предмет, задачи, разделы и методы токсикологии

Токсичность – способность вещества оказывать вредное воздействие, которое проявляется только при взаимодействии веществ с живыми организмами.

Наука, изучающая законы взаимодействия живого организма и ядов (токсических химических веществ), называется токсикологией.

Яд – это химическое вещество, которое в соприкосновении с живыми организмами в определенных условиях среды обитания и в определенном количестве способно оказывать повреждающее влияние на живые организмы, вплоть до гибели.

Ядовитость вещества или его токсичность тем выше, чем меньше его требуется для нарушения функций организма.

Интоксикацией или отравлением называется патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия яда и организма. В России отравлением принято называть те интоксикации, которые вызваны ксенобиотиками.

Токсикология изучает взаимодействие ядов не только с отдельными организмами, но и с биологическими системами на разных уровнях их организации (от молекулярного до биоты).

Таким образом, предметом изучения токсикологии являются яды, их свойства и механизм действия на биологические системы различных уровней организации (от молекулярного до популяционного), а также особенности отравлений и методы их предупреждения и лечения.

Задачи токсикологии. Задачи токсикологии сводятся к накоплению и пониманию закономерностей, которые определяют токсичность и опасность химических веществ, для оценивания опасности и управления ею.

К основным задачам токсикологии относятся:

1.Обнаружение и характеристика токсических свойств химических веществ, а также изучение условий, при которых эти свойства возникают, наиболее ярко проявляются и исчезают.

2.Изучение взаимодействия яда с организмом с двух сторон: как влияет яд на организм и что происходит с веществом в организме. Первое

направление изучает токсикодинамика, второе токсикокинетика вещества. 3. Выяснение избирательной токсичности и механизмов действия ядов (токсикодинамика). Яды способны в большей степени повреждать определенные клетки и ткани, не затрагивая при этом другие, с которыми они находятся в непосредственном контакте, т. е. обладают избирательной токсичностью, и информация об этом может служить для поиска антидо-

тов противоядий.

4. Разработка основ экстраполяции полученных в эксперименте данных на человека. Свойства яда зависят от многих факторов видовой, по-

7

ловой, возрастной и индивидуальной чувствительности. Предсказание токсического действия химического соединения на основании опытов на животных оказывается правильным при изучении его на крысах не более, чем в 35 % случаев, а на собаках в 53 %. Точные значения смертельных доз и концентраций для человека, естественно, не устанавливаются, а экстраполируются и при этом руководствуются следующим: если смертельные дозы для обычных четырех типов лабораторных грызунов (мышей, крыс, морских свинок, кроликов) различаются незначительно (< 3), существует высокая вероятность (< 70 %), что для человека эта доза будет той же.

Разделы токсикологии. В настоящее время в токсикологии различают три направления: теоретическое, профилактическое и клиническое.

Теоретическая, или фундаментальная токсикология выясняет основные закономерности взаимодействия ядов с организмом (токсикодинамика и токсикокинетика), разрабатываются экспериментальные модели патологических состояний и процессов, развивающихся в результате воздействия ядов. В теоретической токсикологии обосновываются методы экстраполяции экспериментальных данных на человека.

Профилактическая токсикология изучает токсические химические факторы окружающей среды, обосновывает размеры допустимой «химической нагрузки» на человека, разрабатывает способы медицинской профилактики токсических воздействий в реальных условиях жизнедеятельности людей.

Клиническая токсикология исследует острые и хронические заболевания, вызванные токсическими веществами, с целью научного обоснования методов диагностики, профилактики и терапии отравлений. В связи с этим задачи в клинической токсикологии подразделяют на диагностические, лечебные и профилактические.

Кроме того, в токсикологии выделяют следующие разделы, в рамках которых решаются специализированные проблемы.

Экологическая токсикология изучает действие ядов на биологические системы. Экологическая токсикология изучает источник поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение в окружающей среде, действие на живые организмы. Экологическая токсикология оценивает потенциальную опасность контакта популяций живых организмов с ксенобиотиками или жизненно необходимыми для него, но поступающими в избыточном количестве, и обосновывает меры профилактики губительных последствий такого контакта для животных, растений и человека.

Военная токсикология изучает токсичность химических веществ, используемых в военных целях.

Судебная токсикология является частью судебной медицины, занимается экспертизой отравлений.

Ветеринарная токсикология получает информацию о перемещении ядов по пищевым цепям в организм человека.

8

Методы токсикологии. Методы, применяемые в экспериментальной токсикологии, разнообразны и определяются объектом изучения и поставленными задачами.

Совокупность токсикологических методов и приемов для оценки токсического действия химических веществ входит в состав токсикометрии.

Разработаны химико-аналитические методы, предназначенные для идентификации и определения токсичных веществ в окружающей среде (например, контроль концентраций ядов в камерах для ингаляционных затравок) и в биологическом материале.

Втоксикологии широко используются методы биометрии и статистики. С их помощью осуществляется анализ полученной информации, дается количественная характеристика опасности химических веществ, разрабатываются математические прогностические модели.

При исследовании механизмов действия ядов на молекулярном уровне используются биохимические методы. Клеточный уровень требует привлечения морфологических методик. Физиологические методы используются при изучении воздействия ядов на нервную систему. Поведение является интегральным показателем состояния нервной системы, а также организма в целом.

Методы поведенческой токсикологии широко используются в хроническом эксперименте при оценке эффектов токсикантов в малых дозах,

атакже при изучении отдаленных последствий перенесенной интоксикации.

Вклинической токсикологии применяются клинические, инструментальные и лабораторные методы обследования больных. Широко используются методы аналитической химии (методы газовой, жидкостной хроматографии, хромато-, масс-спектрометрии и др.) для идентификации химических веществ в биосредах (в крови, моче, лимфе и т. д.).

Экологическая токсикология использует методологические принципы и приемы гигиенического нормирования химической опасности классической профилактической токсикологии. Вместе с тем специфика предмета экологической токсикологии предопределяет своеобразие ее собственных методических подходов, позволяющих, в конечном счете, давать количественную оценку наносимого экосистемам ущерба в результате химической агрессии.

Говоря о соотношении токсикологии с другими науками, следует указать на первостепенное значение для нее химии, биохимии, физиологии, фармакологии, общей патологии, иммунологии, эпидемиологии, гигиены и экологии. В свою очередь токсикология концептуально и мето-

дически существенно обогащает гигиену, фармакологию, клиническую и судебную медицину. Фундаментальная токсикология привносит новые идеи в экологию и перспективы в природоохранную деятельность человечества.

Краткий анализ предмета, задач, методов токсикологии дает возможность определить ее как науку о токсичных химических факторах сре-

9

ды обитания живых организмов, о законах взаимодействия токсичных химических веществ и живых организмов, определяющих потенциальную опасность химических веществ для индивидов и их популяций, а также способы и средства минимизации химической опасности, профилактики, диагностики и терапии отравлений.

1.2. Виды отравлений и классификации ядов и отравлений

Отравления подразделяют на острые и хронические.

Острые отравления. Развиваются при одномоментном поступлении яда в организм в количестве, вызывающем вредное воздействие (токсическая доза), и характеризуется острым началом и выраженными специфическими симптомами. Острые отравления обычно бывают при авариях, когда содержание вредного вещества значительно. В результате возможно быстрое выздоровление или смерть. Например, бензин вызывает паралич дыхательного центра, поэтому смерть может наступить мгновенно.

Начало проявления острого отравления может наступить и через некоторое время после поступления яда. Окислы азота вызывают отек легких, который может развиться через дни и недели. Следствием острых отравлений являются стойкие нарушения здоровья.

Выделяют две стадии острых отравлений.

I стадия токсикогенная, когда токсический агент находится в организме в дозе, способной оказывать специфическое действие. Одновременно могут включаться неспецифичные реакции, которые носят вначале характер защитных реакций. При длительном интенсивном воздействии яда защитные реакции могут переходить в патологические. Например, длительное воздействие стресса на организм приводит к нежелательным последствиям. Некоторые из этих явлений могут нанести бо́льшие повреждения, чем специфическое действие яда.

II стадия соматогенная, наступает после удаления из организма или разрушения токсического агента. На этой стадии проявляются патологиче-

и систем организма. К таким процессам относится, в частности, пневмония. Подострые отравления – это такие отравления, при которых при од-

нократном введении яда в организм клиническое развитие отравления очень замедляется и вызывает продолжительное расстройство здоровья. В результате действия метила бромистого появляется неверная походка, плохая память, забывчивость, ослабление зрения.

Хронические отравления. Обусловлены длительным поступлением ядов в малых дозах, не вызывающих токсического эффекта при однократном введении.

10