- •Кухта ю.С. Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности
- •От авторов.
- •Глава 1. Человек и среда обитания.
- •1.1. Основы законодательства по безопасности жизнедеятельности человека1
- •1.2. Состояние здоровья населения2
- •1.3 Здоровье – важнейший фактор жизнедеятельности человека5
- •Глава 2. Адаптация человека к условиям окружающей среды (среды обитания).
- •2.1. Характеристика процессов адаптации7
- •2.2. Общие принципы и механизмы адаптации8
- •2.3. Общие меры повышения устойчивости организма9
- •Глава 3. Краткая характеристика нервной системы.12.
- •3.1 Организация нервной системы13
- •3.2 Рефлекторный принцип регуляции14.
- •3.3 Нервные центры15
- •3.4 Классификация видов торможения
- •3.5 Принципы координационной деятельности центральной нервной системы16.
- •3.6 Спинной мозг
- •3.7 Вегетативная (автономная) нервная система17.
- •Глава 4. Аналитико-синтетическая деятельность мозга.
- •4.1 Общие положения
- •4.2 Этапы процесса анализа и синтеза18
- •4.3 Структурно-функциональная характеристика коры большого мозга19
- •4.4 Локализация функций в коре большого мозга20
- •Глава 5. Физиология сенсорных систем.
- •5.1.Общие принципы работы сенсорных систем. Понятия.21
- •5.2 Классификация анализаторов22
- •5.3 Структурно-функциональная организация анализаторов23
- •5.4 Свойства анализаторов.24
- •5.5 Кодирование информации в анализаторах25
- •5.6 Регуляция деятельности сенсорных систем26
- •Глава 6. Анализаторы.27
- •6.1 Зрительный анализатор
- •6.2 Слуховой анализатор
- •6.3 Обонятельный анализатор
- •6.4 Кожный анализатор
- •6.5 Висцеральный анализатор
- •6.6 Проприоцептивный анализатор
- •6.7 Болевая чувствительность.
- •Глава 7. Основы гигиенического нормирования факторов окружающей среды.
- •7.1. Гигиенические нормативы
- •7.2. Предельно допустимые концентрации29
- •Глава 8. Основы промышленной токсикологии.30
- •8.1. Понятие о токсикологии.
- •8.2. Классификация и воздействие вредных веществ на человека.
- •8.3. Гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
- •Глава 9. Физико-химические свойства отравляющих веществ.32
- •9.1. Классификация отравляющих веществ.
- •9.2. Пути поступления отравляющих веществ в организм.
- •9.3. Механизм действия отравляющих веществ
- •9.4. Патогенез развития клиники поражения.
- •9.5. Цитогенетическое, теретогенное и бластомогенное действие ядов.
- •9.6. Методы токсикологических исследований, характеристика токсичности ов.
- •Глава 10. Воздействие физических факторов окружающей среды на организм человека.
- •10.1. Метеорологические условия производственной среды.
- •10.2. Виброакустические колебания.
- •10.2.1. Вибрация.35
- •10.2.2. Акустические колебания.36
- •10.3 Неионизирующие излучения.37
- •10.3.1 Излучения.
- •10.3.2 Электромагнитные поля и излучения (неионизирующие излучения).
- •10.3.3. Инфракрасное (тепловое) излучение.
- •10.3.4. Гигиеническое нормирование электромагнитных полей.
- •10.4 Ионизирующие излучения.38
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Воздействие химических факторов окружающей среды на организм человека.
- •11.1. Пыль.41
- •Глава 11. Воздействие химических факторов окружающей среды на организм человека 216
9.5. Цитогенетическое, теретогенное и бластомогенное действие ядов.
Развитие молекулярной биологии и патологии, рассматривающей заболевания на молекулярном уровне нарушений генных и субклеточных структур, расширяет также задачи и возможности токсикологии. Важное значение приобретают вопросы радиационной и химической генетики (токсикогенетики), тератогенного и бластомогенного действия токсических веществ. Приведем некоторые данные структуры и функций субклеточных образований, необходимые для понимания принципов токсикогенетики.
Наиболее важной составной частью клеточного ядра является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая соединена с белком гистоном и образует комплекс ДНП (дезоксирибонуклео-протеид). ДНП входит в состав ядерного белка хроматина, из которого образуются хромосомы как аппарат клеточного деления.
Рис. 9. Схема участка двухспиральной цепи ДНК.
ДНК состоит из 4 нуклеотидов (мономеров). Каждый нуклеотид в свою очередь состоит из фосфорной кислоты, углевода-дезоксирибозы и одного из четырех азотистых оснований: пуриновых оснований – А (аденина) и Г (гуанина) и пиримидиновых оснований – Т (тимина) и Ц (цитозина). Нуклеотиды соединены друг с другом в длинную спиральную нить, а ДНК в целом состоит из двух спиральных нитей, соединенных друг с другом водородными связями оснований (рис. 9). Молекулярная масса ДНК достигает 10 млн. дальтон и более.
В настоящее время можно считать установленным, что ДНК является основным носителем наследственных признаков (ген), которые как буквами алфавита закодированы в ДНК путем определенного сочетания азотистых оснований (А, Г, Т, Ц).
Одним из замечательных свойств ДНК является способность к репликации, то есть воспроизведению второй спирали ДНК, абсолютно идентичной исходной, несущей те же генетические признаки организма. Синтез ДНК происходит в период интерфазы жизненного цикла клетки, точнее в фазе S (синтетической фазе), с помощью фермента ДНК-полимеразы из нуклеотид-трифосфатидов. Во время митоза при расщеплении хромосом в каждую из вновь образующихся клеток попадает ДНК со всеми закодированными признаками.
Вторым замечательным свойством ДНК является способность «строить» (синтезировать) РНК (рибонуклеиновую кислоту), которая обеспечивает синтез специфических белков и ферментов, а значит, обеспечивает специфические функции клеток и тканей и их морфообразование (формирование клеток, тканей и органов). «Выдача» соответствующих РНК и синтез необходимых ферментов и белков регулируются генами «регуляторами» и «операторами», РНК также представляет собой спиралеобразную цепочку, состоящую из нуклеотидов, но отличается от ДНК:
в состав РНК в качестве углевода входит рибоза, а не дезоксирибоза (отсюда и название рибонуклеиновая кислота);
в качестве азотистых оснований в РНК входят А (аденин), Г (гуанин), Ц (цитозин) и У (урацил вместо тимина);
молекулярная масса РНК значительно меньше, чем у ДНК (до 1-2 млн.). Синтез РНК происходит в ядре на матрице ДНК, а потом она выходит и находится в цитоплазме клетки.
Цитоплазма клетки представляет собой сложный коллоидный раствор различных веществ, в котором находятся структурные органеллы клетки: рибосомы, митохондрии, лизосомы, тельца 3 и др.
Рибосомы являются своеобразными химическими лабораториями синтеза белков и ферментов. По современным представлениям, синтез белков осуществляется в рибосомах (полирибосомах) из аминокислот при участии различных видов РНК. В рибосомах имеется р-РНК (рибосомная РНК), которая создает условия для синтеза. В цитоплазме находится т-РНК (матричная, или информаионная, РНК), которая содержит полученную от ДНК и закодированную азотистыми основаниями информацию о последовательности аминокислот. В цитоплазме же содержится т-РНК (транспортная РНК), являющаяся «подносчиком» соответствующих аминокислот к рибосомам.
Митохондрии играют роль «энергоустановок», где осуществляются окислительные процессы и окислительное фосфорилирование, то есть образование высокоэнергетичных соединений (АТФ и др.), обеспечивающих организм необходимой энергией.
Лизосомы – это образования, богатые гидролитическими и протеолитическими ферментами, расщепляющими белки, жиры, углеводы.
С точки зрения молекулярной патологии и конечного биологического эффекта, действие химических токсических веществ необходимо разделять на:
непосредственное общетоксическое действие яда на биоструктуры и физиологические функции макроорганизма, ведущее к нарушению определенных жизненных функций и отравлению организма;
токсикогенетическое действие (цитогенетическое), ведущее к нарушениям генетического аппарата соматических и половых клеток, размножения клеток, формирования тканей и органов.
Цитогенетическое действие проявляется не только на данные клетки и организм, но и на последующие поколения клеток и организмов.
Цитогенетическое действие может проявляться генетическими нарушениями соматических клеток: нарушения митозов, синтеза белков и ферментов, нарушения иммунитета, злокачественное перерождение клеток (бластомогенное действие), нарушение развития эмбриона и плода (тератогенное действие). Цитогенетические изменения половых клеток могут стать причиной наследственных изменений в последующих поколениях организма.
В настоящее время можно считать установленным, что цитогенетические нарушения вызываются, главным образом, действием химических вещества на элементы ядра – ДНК и хромосомы, а не действием на элементы цитоплазмы.
Мутагенное действие. Действие на ядро и ДНК является причиной различных хромосомных мутаций. Мутации могут быть генные (точковые), обычно связанные с действием яда на азотистые основания и хромосомные аберрации, связанные с разрывами хромосом и неправильными склейками их (делеции, инверсии, транслокации, и др.). Причем в организме мутагенные вещества в наибольшей степени проявляют свое действие в отношении тех тканей, в которых происходит усиленное размножение клеток (кроветворная ткань, желудочно-кишечный тракт и т.д.). Имеется некоторое сходство с действием ионизирующей радиации, также оказывающей мутагенное действие на недифференцированные размножающиеся клетки и ткани организма.
Известно большое количество химических мутагенных веществ. Приведем примеры.
Аналоги азотистых оснований ДНК (5-бромурацил, 5- бромдезоксиуридин, 2-аминопурин, б-меркаптопурин и др.). Эти вещества (антиметаболиты) включаются в ДНК вместо соответствующих оснований, что приводит к «ошибке спаривания» нитей ДНК при последующей репликации (соединяются с гуанином вместо тимина и т. д.).
Азотистая кислота вызывает окислительное дезаминирование оснований, при этом аденин превращается в гипоксантин, который спаривается с цитозином вместо тимина; цитозин превращается в урацил, который спаривается с аденином вместо гуанина. Кроме этого, азотистая кислота может вызывать разрывы хромосом, выпадения и вставки отдельных участков.
Гидроксиламин (NH2OH) реагирует с цитозином, который после этого спаривается с аденином вместо тимина.
Обширна группа алкилирующих веществ, которые легко присоединяются к нуклеофильным группам биосубстратов, несущим отрицательный заряд (сульфгидрильные, тиоэфирные, фосфатные и др.). К алкилирующим соединениям относятся иприт, азотистый иприт и его аналоги, азасерин, эпоксиды, этиленамины, эфиры кислот, ТиоТЭФ, в-пропиолактон и др. Алкилирующие элементы могут реагировать с фосфорной кислотой и азотистыми основаниями ДНК, вызывать разрывы ее цепи, депуринизацию (отщепление пуриновых оснований), ошибку спаривания азотистых оснований. Они резко тормозят размножение клеток, оказывают цитостатическое действие, поэтому находят применение в терапии злокачественных новообразований и заболеваний крови.
Некоторые химические вещества и антибиотики включаются в процессы размножения клеток, синтеза ДНК, РНК и ферментов. Актиномицин-Д образует комплекс с ДНК, препятствует синтезу m-РНК и блокирует синтез белков. Мономицин-С блокирует синтез ДНК, оказывает деполимеризующее действие на нее. Стрептомицин соединяется с рибосомами и затрудняет присоединение к ним m-PHK. Колхицин задерживает митозы клеток в стадии профазы.
Многие химические токсические вещества оказывают тератогенное действие на эмбрион и плод у беременных женщин. Широкую известность получила трагедия с талидомидом. Талидомид (контерган) был выпущен в 1958 г. в ФРГ и без достаточной проверки широко рекламировался и быстро распространился в ряде стран как седативное и снотворное средство. Результатом его применения явилась «эпидемия» рождения младенцев с характерными уродствами: фокомелия (недоразвитые конечности), амелия (отсутствие конечностей) и другие тяжелые аномалии. В общей сложности пострадало более 10 тысяч детей. Известны десятки лекарственных веществ, оказывающих тератогенное действие на беременных женщин (все алкилирующие агенты, аминазин, аминоптерии, 6-меркалтопурин, толбутамид, актиномицин, колхицин и др.).
К бластомогенным (канцерогенным) веществам относятся полициклические углеводороды (3-4-бензопирен и др.), ароматические амины, анилиновые красители, иприты, некоторые неорганические соединения (хрома, никеля, селена) и др. Причем тератогенное и бластомогенное действие проявляется при таких малых, но длительно применяющихся (или даже при однократном применении) дозах, которые не вызывают клинических признаков.
Рис. 10. Схема цитогенетического действия ядовитых веществ и ионизирующей радиации.
Краткое ознакомление с проблемами токсикогенетики приводит к выводу о необходимости специальных исследований токсических и лекарственных веществ с целью изучения их мутагенного, тератогенного и бластомогенного действия.