Токсичность элементов

05 Августа в 0:43 6559 0


Слово «токсичность» означает ядовитость какого-либо вещества, способность оказывать вредное влияние на живые организмы, поражать их, вызывать отравление. В организме человека действуют четыре пути выведения токсинов в зависимости от физико-химических свойств и источника отравления — через печень, почки, лимфатическую систему, кишечник. Их деятельность в борьбе с вирусами, микробами, переродившимися собственными клетками и другими патогенами объединяет иммунная система. В случае металлических ядов иммунная система практически недейственна, и яд требуется удалять из организма другими способами.

Токсичность описывают дозой вещества в мг на 1 кг живой массы, которая отражает степень отравления. Различают среднесмертельные дозы, обозначасмые LD50 (летальная доза для 50% отравленных организмов), и PD10 (пороговая доза для 10% отравленных организмов). Эти дозы устанавливают в основном в опытах на животных, после чего оформляют законодательно в виде ПДК (предельно-допустимая концентрация).

ПДК — это максимальное количество вредного вещества в единице объёма воздуха или воды, которое при длительном воздействии на организм не вызывает заболеваний или нарушения нормальной жизнедеятельности. ПДК одного и того же вещества в разных объектах внешней среды может заметно отличаться. В силу явления «избирательной токсичности» (Альберт, 1989) установленные для животных ПДК у человека можно считать только ориентировочными.

Амплитуда содержания того или иного элемента в разных организмах может значительно выходить за пределы обычно встречаемых в данной популяции концентраций. Фактор концентрации имеет для оценки токсического действия элемента определяющий характер. В. Мертц (1982) установил, что:

1) Для каждого элемента существует диапазон безопасной экспозиции, при котором тканевые концентрации и функции этого элемента оптимальны;

2) У каждого элемента имеется токсический диапазон концентраций, при котором безопасная степень его экспозиции оказывается превышена.

Правила Мертца особенно важны для токсикологической химии. Механизмы действия ядов различаются в зависимости от способов их поступления в организм и от мишени, на которую яд действует (Голиков, 1968). Металлы с низкими значениями диапазона концентраций условно распределены по «степени опасности» (чем меньше диапазон экспозиции, тем металл опаснее) на следующие группы:

I. Cd, Hg, Tl, Pb, Be, As;

II. В, Co, Cr, Си, Mo, Ni, Sb, Sc, Zn;

III. Ba, Mn, Sr, V, W.

Примечание: 1) Выделенные в 1 группе 4 элемента считают наиболее опасными металлическими ядами,

2) Здесь не указан Аl. Между тем он «недружествен» ко всем формам жизни и должен относиться к токсическим элементам 1 группы. Свое действие этот металл проявляет не сразу, а постепенно, накапливаясь в нервной ткани и вызывая в ней резкие изменения,

3) Наименьшую дозу, вызывающую физиологический эффект, называют минимальной действующей. Она не всегда токсична, и нередко ее назначают с лечебными целями.

Токсичность металла тесно связана с его физико-химическими свойствами. Считается, что токсичность возрастает с увеличением атомной массы, зависит от константы диссоциации металлокомплексов с белками, от их растворимости в воде и липидах и от константы их устойчивости с наиболее значимыми лигандами. К примеру, благодаря более медленной ионизации окислы металлов менее токсичны, чем соли тех же металлов. Учитывая правила Мертца, при оценке степени вредности того или иного элемента для организма необходимо учитывать возраст человека и наличие в среде или в пище антагонистов или синергистов данного элемента.

В предыдущей главе приведено несколько классификаций элементов в зависимости от их физиологического действия. Все они достаточно субъективны и почти не совпадают. Объяснение этому простое — общепризнанных критериев полезности или вредности элементов не существует. Как пример, можно назвать простейшую из современных классификаций (Lobinski, 1998). В ней 15 наиболее важных элементов разделены на три группы по 5 элементов: «эссенциальные» (= необходимые) — Fe, Си, Со, Mo, Zn; «бенефициальные» (= полезные) — V, Сr, Ni, Se, В, «токсичные» (== ядовитые) — Cd, Hg, Pb, Al, As. Среди перечисленных металлов не упомянуты по меньшей мере еще 20 необходимых для жизнедеятельности; однако, не учитывая их, диагностировать заболевания, а также судить о степени нарушения металл- лигандного гомеостаза (МЛГ) оказывается затруднительно.

С нашей точки зрения, «токсичными» следует считать металлы, имеющие наименьший токсичный диапазон, то есть элементы 12 группы длиннопериодной таблицы Менделеева Cd, Hg и элементы 6 периода 13 и 14 групп — Tl, Рb. К ним следует добавить элемент 13 группы Al, хотя его токсическое действие развивается не сразу (табл. 1). Известно, что токсичность металлов зависит от их потенциалов ионизации и отношения заряда к радиусу ионов, различающегося у мягких и твердых кислот Льюиса (1.2.2, Williams, 1990).

Таблица 1. Токсичные металлы с наименьшим диапазоном безопасной экспозиции


Группа

Период

12

13

14

3


Al

Si

4

Zn

Ga

Ge

5

Cd

In

Sn

6

Hg

Tl

Pb

Диапазон токсичности у остальных элементов оказывается больше, и все они в разной степени, в зависимости от многих факторов, «эссенциальны» и «токсичны». Например, As считают токсичным, однако в виде углеводных комплексов морских организмов он вредных последствий у употребивших их животных и человека не вызывает. Также не всё просто обстоит с «токсичностью» большинства элементов, которые прежде вредными не считали. Согласно правилам Мертца, некоторый диапазон токсичности имеется практически у всех элементов. Всё зависит от их концентрации и экспозиции, с учётом валентности иона и природы лигандов, с которыми данный элемент связан в комплексном соединении в организме.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74636 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19425 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17287 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы