Занятие «Яды, их классификация. Понятие дозы»

 

Цель занятия:

—изучить классификации ядов по степени токсичности и вызываемым эффектам в организме;

—освоить токсикометрические показатели ксенобиотиков;

 

 

В токсикологической химии используются специфические термины, среди которых в первую очередь следует обратить внимание на определения таких специфических терминов, как яд, ксенобиотик, токсикант, токсин, токсичность, степень токсичности, токсическая доза, способы выражения токсической дозы.

По данным токсикологических центров разных стран, спектр острых отравлений примерно одинаковый. В крупных мегаполисах примерно 70% отравлений приходится на острые отравления лекарствами и препаратами бытовой химии. Летальность при тяжелых формах ятрогенных отравлений составляет около 15% . В развитых странах преобладают отравления психотропными средствами, нестероидными противовоспалительными средствами и препаратами бытовой химии (прежде всего органическими растворителями, пестицидами). В странах Африки и Латинской Америки часто происходят отравления химическими веществами, применяемыми в сельском хозяйстве. По последствиям наиболее опасны отравления антидепрессантами, анальгетиками, седативно-гипнотическими и сердечно-сосудистыми средствами, средствами для лечения бронхиальной астмы, а также уличными наркогенами, спиртами, токсичными дымами и газами, химическими реагентами.

На практике используют различные классификации токсикантов. Согласно гигиенической классификации токсичные вещества делят на чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные.

Химическая классификация предполагает деление токсикантов в соответствии с их химическими классами — на органические, неорганические и элементорганические.

В токсикологической химии и судебно-химическом анализе яды классифицируют по способам изолирования (выделения) из биологического материала и из других объектов.

1. Вещества, изолируемые из биологического материала методом перегонки с водяным паром. К этой группе в первую очередь относятся летучие яды: циановодород, низшие спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, фенол, галогенопроизводные алифатических углеводородов, летучие органические растворители и другие соединения.

2. Вещества, изолируемые из биологического материала настаиванием его с подкисленной водой или с подкисленным этиловым спиртом. К ним относятся: алкалоиды, их синтетические аналоги, барбитураты и другие токсичные природные и синтетические органические соединения.

3. Вещества, изолируемые из биологического материала настаиванием его с водой (без подкисления или подщелачивания). Таким путем из биологического материала изолируют минеральные кислоты, едкие щелочи и соли некоторых минеральных кислот.

4. Вещества, изолируемые из биологического материала настаиванием его с органическими растворителями, не смешивающимися с водой. Так в основном изолируют ядохимикаты и другие органические соединения, обладающие липофильными и одновременно амфотерными свойствами.

5. Вещества, для изолирования которых применяют методы минерализации биологического материала (окисление органической матрицы до СО2 и Н2О). В эту группу токсичных веществ входят металлические яды (элементные формы и соединения d-, p- и s-элементов).

6. Вещества, которые определяют непосредственно в биологическом материале без предварительного изолирования. К ним относятся угарный газ — оксид углерода (II), и соединения фтора.

 

Для определения степени токсичности химических веществ и спектра эффектов, вызываемых ими в организме, используют кривые «доза-ответ». Независимо от природы «ответа» степень воздействия токсиканта на организм в зависимости от его дозы имеет общий характер и рассматривается как фундаментальная характеристика.

Существует два типа зависимостей «доза-ответ»: 1) для индивидуального организма и 2) для групп организмов (популяции). Например, зависимость «доза-ответ» для отдельного организма может отражать различия в активности ферментов в мозге крыс при включении в диету фосфорорганического инсектицида (рис. 2.1).

Как видно из рис. 2.1, токсический эффект прежде всего связан с ингибированием холинэстеразы, а не карбоксилэстеразы. Следует обратить внимание, что графики отличаются тем, что абсцисса представлена в арифметических (слева) и логарифмических (справа) координатах.

При исследованиях в группах зависимость «доза-ответ» не изменяется по сути, но в этом случае отдельные особи исследуемой группы (популяции) классифицируются как «дающие ответ» и «не дающие ответ» на токсическое воздействие. Статистически установленное при этом значение DL50 соответствует ожидаемой гибели 50% животных в исследуемой группе. Тогда частота гибели животных в зависимости от дозы представляет собой дифференциальную кривую dR/d lgD - lgDи соответствует интегральной кривой в координатах R-lgD (рис. 2.2).

Каждая точка дифференциальной кривой отражает долю животных, которые погибали при данной дозе, минус число животных, погибающих при бесконечно близкой предыдущей дозе. Аналогично при конечных изменениях функции (ответ ΔR) и аргумента (доза ΔD) образуется набор столбцов, высота которых соответствует частоте гибели животных в интервале доз ΔD или ΔlgD.

Из графиков видно, что в области низких и высоких доз гибнет только небольшое число животных (это гипер- и гипочувствительные особи). Теоретически сигмоида никогда не достигает 0 и 100%, т.е. даже при очень низких дозах отдельные, особо чувствительные к воздействию токсиканта особи должны погибнуть, так же как при очень высоких дозах могут быть обнаружены негибнущие гиперустойчивые индивидуумы. Минимальная доза, вызывающая тот или иной эффект, называется пороговой дозой.

Значительно большее число животных погибает в области промежуточных значений доз, причем максимальное число погибших животных приходится на середину исследуемого интервала доз. Таким образом, рассмотренная колоколообразная дифференциальная кривая «доза-ответ» представляет собой нормальное распределение частоты ответа (гибели) на токсическое воздействие химического вещества (или физического фактора).

Сигмоида (S-образная кривая), расположенная в правой части рис. 2.2, характеризуется относительной линейностью в области между 16 и 84%. Значения ответов в этой области укладываются в пределах одного стандартного отклонения (S, а или SD) для группы/популяции и соответствуют нормальному гауссовому распределению. При нормальном распределении значениям R±1SD соответствуют 68,3%, R+2SD — 95,5%, R±3SD — 99,7% животных в исследуемой группе. Таким образом, ответ на воздействие токсиканта можно выразить через стандартное отклонение (SD) экспериментального значения ответа R или нормальное эквивалентное отклонениеNEDs (normal equivalent deviations).

Тогда при R — 50% NED равно 0. Значения NED = +1 при 84% и NED = -1 при 16% ответа R. Во избежание отрицательных значений NED могут быть увеличены на 5 и называются при этом пробитными единицами, или пробитами. При таком преобразовании 50% -ный ответ соответствует пробиту 5, a NED = +1 становится равным 6 пробитам, тогда как NED = -1 соответствует 4 пробитам.

На графике изображены зависимости «доза-ответ» в пробитных единицах в эксперименте при определении доз: эффективной (DE), например, при анестезии, токсичной (DT), например, при повреждении печени, и летальной (DL). Из рисунка 2.3 видно, что наклоны прямых различны. Чем больше угол наклона прямой, тем более резкое изменение ответа наблюдается при небольшом изменении дозы (сравните прямые DT и DL).

Оценка токсичности новых химических веществ, в том числе «будущих» лекарственных средств, проводится на мышах, крысах, иногда на кроликах и собаках при разных способах введения токсиканта. При введении вещества внутрь оценивается острая летальность (подсчет погибших животных в течение 14 сут). При оценке ингаляционной токсичности животное помещается в камеру, воздух которой содержит токсичное вещество в виде газа или аэрозоля. При этом определяют СL50-концентрацию, при которой гибнет половина животных в группе за период наблюдения, как правило, в течение 4 ч. Острую кожную токсичность определяют на кроликах: место аппликации, предварительно выбритое, покрывают токсикантом на 24 ч. Затем кожу очищают и ведут наблюдения в течение 14 сут, рассчитывая значения DL60. Субхроническая токсичность исследуется в течение 90 дней и заключается в определении наименьшего уровня токсиканта, приводящего к появлению нарушений в организме (LOAEL — lowest observed advers effect level). Хроническая токсичность исследуется в течение 6-24 мес. и заключается в определении максимально переносимой дозы (MTD — maximum tolerable dose), которая приводит к подавлению увеличения массы тела в течение 90 сут.