Основы общей и экологической токсикологии

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
Е.В. КАШТАНОВА 
 
 
 
 
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ  
И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ 
ТОКСИКОЛОГИИ 

Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2014 

УДК 615.9 : 502(075.8) 
         К 316 
 
 
 

Рецензенты: 

канд. хим. наук, доцент НГТУ В.Ю. Александров, 
канд. биол. наук, ст. науч. сотр. НИИТПМ СО РАМН Я.В. Полонская 
 
Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии 
для студентов технических специальностей всех форм обучения 
 
 
 
Каштанова Е.В. 
К 316        Основы общей и экологической токсикологии: учеб. пособие / 
Е.В. Каштанова. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014. – 44 с. 

     ISBN 978-5-7782-2401-8 

В учебном пособии приведены основные понятия и параметры 
токсикологии, классификация ядовитых веществ, описаны виды 
отравлений, механизмы воздействия вредных веществ на человека, 
основы токсикокинетики и токсикодинамики. Рассмотрены экологические аспекты дисциплины. 
Пособие адресовано студентам заочного и дневного обучения для 
использования в качестве дополнения к лекционному материалу по 
основам токсикологии.  
 
 
 
 
 
 
УДК 615.9 : 502(075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-2401-8                                               © Каштанова Е.В., 2014  
© Hовосибиpский государственный 
технический университет, 2014    

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие ............................................................................................................. 4 
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТОКСИКОЛОГИИ ................................................... 5 
   1.1. Классификация ядов ...................................................................................... 7 
   1.2. Классификация отравлений .......................................................................... 9 
2. ВЛИЯНИЕ ЯДОВ НА ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ ................................................... 11 
   2.1. Стадии острых отравлений ......................................................................... 11 
   2.2. Факторы, определяющие действие ядов .................................................... 11 
   2.3. Механизмы воздействия ядов на организм и их типы.............................. 12 
   2.4. Характеристика связи яда с рецептором .................................................... 13 
3. ОСНОВЫ ТОКСИКОКИНЕТИКИ: ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ 
    ПОСТУПЛЕНИЯ, РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ ЯДОВ 
    ИЗ ОРГАНИЗМА ............................................................................................... 17 
   3.1. Транспорт ядов через клеточные мембраны ............................................. 18 
   3.2. Характеристика основных путей проникновения веществ 
          в организм человека ..................................................................................... 19 
   3.3. Распределение ядов в организме ................................................................ 23 
4. ЯВЛЕНИЯ, НАБЛЮДАЕМЫЕ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 
     ТОКСИКАНТОВ .............................................................................................. 26 
5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФОРМЫ ТОКСИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ........................ 30 
   5.1. Иммунотоксичность .................................................................................... 30 
   5.2. Химический мутагенез ................................................................................ 31 
   5.3. Химический канцерогенез .......................................................................... 31 
6. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ТОКСИЧНОСТЬ .............................................................. 33 
   6.1. Раздражающее действие .............................................................................. 33 
   6.2. Дерматотоксичность .................................................................................... 34 
   6.3. Пульмонотоксичность ................................................................................. 35 
   6.4. Гематотоксичность ...................................................................................... 37 
   6.5. Нейротоксичность ........................................................................................ 38 
   6.6. Гепатотоксичность ....................................................................................... 39 
   6.7. Нефротоксичность ....................................................................................... 41 
7. ОСНОВЫ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ .................................................................. 43 
   7.1. Экотоксикокинетика .................................................................................... 46 
   7.2. Экотоксикодинамика ................................................................................... 48 
Библиографический список .................................................................................. 51 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Развитие цивилизации и индустрии привело к загрязнению окружающей среды различными неорганическими и органическими веществами. Многие из них при длительном воздействии могут вызывать 
нарушения деятельности основных жизненных систем организма. Актуальной стала проблема острых и хронических отравлений, связанных 
с накоплением огромного количества различных химических препаратов в окружающей современного человека естественной среде. Выявление, предупреждение и устранение влияния вредных факторов среды 
обитания на здоровье населения – это одна из важнейших задач современности. 
В последние десятилетия стремительно формируется новое 
направление в токсикологии – экологическая токсикология. Это научное направление, находясь на стыке экологии и токсикологии, изучает 
токсические эффекты воздействия химических веществ на живые организмы преимущественно на популяции организмов и биоцензы, входящие в состав экосистем. Экологическая токсикология изучает источник поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение и действие на живые организмы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТОКСИКОЛОГИИ 

Токсикологию обычно определяют как науку о законах (закономерностях) взаимодействия токсичных химических веществ (ядов) и 
живых организмов. Это определение является достаточно общим, так 
как не отражает в должной мере предмет токсикологии, совокупность 
ее современных направлений и задач, пространства исследований и 
практического использования полученных результатов. Например, 
фармакологи традиционно считают фармакологию наукой «о взаимодействии химических соединений с живыми организмами». Столь 
близкие толкования предмета токсикологии и фармакологии проистекают от того, что существуют серьезные трудности в строго научном 
определении понятия «яд» (токсичное химическое вещество). Прежде 
всего потому, что яд – категория количественная. 
Крупнейший ученый XV века Парацельс (1493–1541) считал, что 
«Все вещества являются ядами, и не бывает веществ без ядовитости. 
Только доза определяет ядовитость». Действительно, для огромного 
числа веществ типично токсическое действие в высоких дозах, но они 
относительно безвредны в низких. Например, микроэлементы – железо, медь, магний, марганец и другие – являются жизненно необходимыми веществами. Так, железо входит в состав гемоглобина и играет 
важную роль в снабжении кислородом тканей и органов. При недостаточном поступлении этих веществ с пищей развивается дефицит их в 
организме, что отражается, в частности, на активности целого ряда 
ферментов. В больших же дозах металлы проявляют сильное токсическое действие.  
Эффекты большинства лекарственных веществ, несмотря на достаточную терапевтическую широту, также обнаруживают отмеченную 
тенденцию. Следовательно, химические вещества при воздействии на 
организм в определенных дозах проявляют токсичность.  
В общей форме токсичность можно определить как свойство (способность) химических веществ, действуя на биологические системы 
немеханическим путем, вызывать их повреждение и гибель или, применительно к организму человека, – нарушение работоспособности, 

заболевание или даже смерть. Другими словами, токсичность – свойство химических веществ вызывать отравление (интоксикацию) организма. 

Вещества существенно различаются по токсичности. Чем в мень
шем количестве химический агент способен вызывать повреждение 
биосистемы, тем он токсичнее. Теоретически не существует соединений, лишенных токсичности. При тех или иных условиях всегда обнаруживается биологический объект, реагирующий повреждением, 
нарушением функций, гибелью на действие вещества в определенных 
дозах.  
Действие веществ, приводящее к повреждению биологических систем, называется токсическим. В основе токсического действия лежит 
взаимодействие вещества с биологическим объектом на молекулярном 
уровне. Химизм взаимодействия токсиканта и биологического объекта на 
молекулярном уровне называется механизмом токсического действия. 
Токсичность – понятие количественное, при этом измерению подлежат биологический эффект, формирующийся в результате химической агрессии, и доза (концентрация), в которой тот или иной химический агент вызывает различной выраженности повреждения. Наиболее 
объективна оценка токсичности по смертельному эффекту. 
Оценка токсичности химических веществ – это очень непростая задача. Токсичность зависит от пути проникновения ядов в организм, 
возраста, пола, состояния организма, условий его обитания и большого 
числа факторов. Так, дети и пожилые люди более восприимчивы к 
действию яда, так как у детей более интенсивный обменный процесс, а 
у пожилых людей имеется сопутствующая патология. Масса тела тоже 
имеет значение, так как пересчет отравляющего вещества всегда производится на килограмм веса.  
Разработка принципов и адекватных методов измерения токсичности входит в задачи целого раздела токсикологии – токсикометрии, 
которая занимается определением зоны токсического действия изучаемого химического вещества. 

Формирование и развитие реакций биосистемы на действие токси
канта, приводящих к ее повреждению (т. е. нарушению функций, жизнеспособности) или гибели, называется токсическим процессом. Важнейшим элементом любого токсикологического исследования является 
изучение характеристик, закономерностей формирования токсического 
процесса.  

Основная и наиболее изученная форма токсического процесса – 

интоксикация, т. е. отравление. 

Механизмы формирования и развития токсического процесса, его 

качественные и количественные характеристики, прежде всего, определяются строением вещества и его действующей дозой. Однако формы, в которых токсический процесс проявляется, несомненно зависят 
также от вида биологического объекта и его свойств. 

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЯДОВ 

В фундаментальном руководстве по токсикологии, изданном под 

редакцией D. Klaassen, дается следующее определение ядам: «… это 
экзогенные или эндогенные, химически или физически действующие 
вещества, чуждые для всего организма или отдельного органа в отношении качества или количества (концентрации) и потому вызывающие 
функциональные расстройства в живом организме». Более точное 
определение ядов затруднительно, потому что многие вещества, не 
оказывающие токсических эффектов в обычных условиях, при известных обстоятельствах или путях введения в организм могут оказаться 
вредными. Не всегда ядовитые соединения обозначаются термином 
«яд». Используют также понятия «токсин» и «токсикант». Термин 
«токсин» используется для обозначения ядов биологического происхождения, а токсиканты – это прямые и побочные продукты антропогенной деятельности.  

В качестве токсикантов (ядов) могут выступать практически любые 

соединения различного строения, если, действуя на биологические системы немеханическим путем, они вызывают их повреждение или гибель.  

Токсические соединении классифицируются по различным призна
кам. Обозначим их. 
1. По происхождению 
1.1. Т о к с и к а н т ы  е с т е с т в е н н о г о  п р о и с х о ж д е н и я . 
1.1.1. Биологического происхождения: 
1.1.1.1. бактериальные токсины; 
1.1.1.2. растительные яды; 
1.1.1.3. яды животного происхождения. 
1.1.2. Неорганические соединения. 
1.1.3. Органические соединения небиологического происхождения. 
1.2. С и н т е т и ч е с к и е  т о к с и к а н т ы . 
2. По способу использования человеком 
2.1. Ингредиенты химического синтеза и специальных видов производств. 
2.2. Пестициды. 

2.3. Лекарства и косметика. 
2.4. Пищевые добавки. 
2.5. Топлива и масла. 
2.6. Растворители, красители, клеи. 
2.7. Побочные продукты химического синтеза, примеси и отходы. 
3. По условиям воздействия 
3.1. Загрязнители окружающей среды (воздуха, воды, почвы, продовольствия). 
3.2. Профессиональные (производственные) токсиканты. 
3.3. Бытовые токсиканты. 
3.4. Вредные привычки и пристрастия (табак, алкоголь, наркотические средства, лекарства и т. д.). 
3.5. Поражающие факторы при специальных условиях воздействия. 
3.5.1. Аварийного и катастрофального происхождения. 
3.6. Боевые отравляющие вещества и диверсионные агенты. 
По характеру воздействия на организм вредные вещества (яды) 

подразделяют на общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные и влияющие на репродуктивную систему. 

Общетоксические вещества вызывают отравление всего организма 

или поражают отдельные его системы. Углеводороды, спирты, синильная кислота и ее соли, соли ртути, хлорированные углеводороды, 
сероводород, оксид углерода – все они вызывают расстройства нервной системы, мышечные судороги, нарушают структуру ферментов, 
влияют на кроветворные органы, взаимодействуют с гемоглобином. 

Раздражающие вещества (хлор, аммиак, диоксид серы, оксиды 

азота и др.) воздействуют на слизистые оболочки дыхательных путей и 
глаз. 

Сенсибилизирующие вещества (органические азокрасители, раство
рители, лаки на основе нитро- и нитрозосоединений и др.) повышают 
чувствительность организма к химическим веществам, а в производственных условиях приводят к аллергическим заболеваниям. 

Канцерогенные вещества (циклические амины, асбест и др.) вызы
вают развитие всех видов раковых заболеваний. Этот процесс может 
быть отдален от момента воздействия вещества на годы и даже десятилетия. 

Мутагенные вещества (этиленамин, хлорированные углеводороды, 

соединения свинца и ртути и др.) оказывают воздействие на неполовые 
(соматические) клетки, входящие в состав всех органов и тканей чело

века, а также на половые клетки (гаметы). Воздействия мутагенных 
веществ на соматические клетки вызывают изменения в генотипе человека, контактирующего с этими веществами. Они обнаруживаются в 
отдаленном периоде жизни и проявляются в преждевременном старении, повышении общей заболеваемости, появлении злокачественных 
новообразований. При воздействии на половые клетки мутагенное 
влияние сказывается на последующем поколении, иногда в очень отдаленные сроки. 

Химические вещества, влияющие на репродуктивную функцию че
ловека (борная кислота, аммиак, ртуть, свинец и др.), вызывают возникновение врожденных пороков развития и отклонений от нормальной структуры у потомства, влияют на развитие плода, послеродовое 
развитие и развитие потомства. 

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОТРАВЛЕНИЙ 

Из всех форм проявления токсического процесса наиболее изучен
ной является интоксикация. Механизмы формирования и особенности 
течения интоксикаций зависят от строения ядов, их доз, условий взаимодействия с организмом и т. д. Однако можно выделить некоторые 
общие характеристики отравлений. 

1. В зависимости от продолжительности взаимодействия химиче
ского вещества и организма интоксикации могут быть острыми, подострыми и хроническими. 

О с т р о й  называется интоксикация, развивающаяся в результате 

однократного или повторного действия веществ в течение ограниченного периода времени (как правило, до нескольких суток). 

П о д о с т р о й  называется интоксикация, развивающаяся в резуль
тате непрерывного или прерываемого во времени действия токсиканта 
продолжительностью до 90 суток. 

Х р о н и ч е с к о й  называется интоксикация, развивающаяся в ре
зультате продолжительного (иногда годы) действия токсиканта. 

2. Периоды интоксикации.  
Как правило, в течении любой интоксикации можно выделить че
тыре основных периода: период контакта с веществом, скрытый период, период разгара заболевания, период выздоровления. Иногда особо 
выделяют период осложнений. Выраженность и продолжительность 
каждого из периодов зависят от вида и свойств вещества, вызвавшего 
интоксикацию, его дозы и условий взаимодействия с организмом. 

3. В зависимости от локализации патологического процесса токси
ческое действие может быть местным и общим. 

Местным называется действие, при котором патологический про
цесс развивается непосредственно на месте аппликации яда. Возможно 
местное поражение глаз, участков кожи, дыхательных путей и легких, 
различных областей желудочно-кишечного тракта. Местное действие 
может проявляться альтерацией тканей (формированием воспалительно-некротических изменений при действии кислот и щелочей на кожные покровы и слизистые оболочки и т. д.) и функциональными реакциями (без морфологических изменений: сужение зрачка при действии 
фосфорорганических соединений на орган зрения). 

Общим называется действие, при котором в патологический про
цесс вовлекаются многие органы и системы организма, в том числе 
удаленные от места аппликации токсиканта. Причинами общего действия, как правило, являются: резорбция токсиканта во внутренние 
среды, резорбция продуктов распада пораженных покровных тканей, 
рефлекторные механизмы. 

Если какой-либо орган (или система) имеет низкий порог чув
ствительности к токсиканту в сравнении с другими органами, то при 
определенных дозовых воздействиях возможно избирательное поражение именно этого органа (или системы). Вещества, к которым порог чувствительности того или иного органа (или системы) значительно ниже, чем других органов, обозначают как избирательно 
действующие. В этой связи используют такие термины, как нефротоксиканты (соли ртути), гепатотоксиканты (четыреххлористый углерод), гематотоксиканты (мышьяковистый водород) и т. д.  

В большинстве случаев интоксикация носит смешанный как мест
ный, так и общий характер. 

4. В зависимости от интенсивности воздействия токсиканта (харак
теристика, определяющаяся дозо-временными особенностями действия) интоксикация может быть тяжелой, средней степени тяжести и 
легкой. 

Тяжелая интоксикация – это угрожающее жизни состояние. Край
няя форма тяжелой интоксикации – смертельное отравление. 

Интоксикация средней степени тяжести – это интоксикация, при 

которой возможны длительное течение, развитие осложнений, необратимое повреждение органов и систем, приводящее к инвалидизации. 

Легкая интоксикация заканчивается полным выздоровлением в те
чение нескольких суток. 

2. ВЛИЯНИЕ ЯДОВ НА ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ 

2.1. СТАДИИ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЙ 

Острые отравления представляют собой одну из актуальных проблем токсикологии, их рассматривают как химическую травму, развивающуюся вследствие попадания в организм токсической дозы чужеродного химического вещества. В этом плане важно выделить 
стадии острых отравлений и факторы, определяющие их развитие. 
В клинической картине острых отравлений выделяют токсикогенную 
и соматогенную стадии. Токсикогенная стадия соответствует периоду 
циркуляции яда в крови. Характеризуется наиболее яркими проявлениями специфических изменений в организме, вызванных ядом. 
В свою очередь, эта стадия состоит из двух фаз: резорбции (всасывания) и элиминации (выделения) яда. Соматогенная стадия начинается 
с момента исчезновения яда из крови. Для нее типично отсутствие 
четких признаков токсикологической специфичности. Это стадия 
осложнений, вызванных отравлением (острая почечная или печеночно-почечная недостаточность, пневмония, сепсис).  
В процессе развития химической травмы всегда обнаруживается 
сочетание патогенных и защитных реакций, которые на разных этапах 
заболевания могут менять свои роль и значение.  

2.2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДЕЙСТВИЕ ЯДОВ 

Распределение токсических веществ в организме зависит от трех 
основных факторов. 
Ведущим считается концентрационный фактор, который коррелирует с появлением клинических симптомов при токсической концентрации ядов в крови и с ее дальнейшим развитием вплоть до возможного летального исхода – при смертельной концентрации. Исследование динамики концентрационного фактора помогает обнаружить в 
токсикогенной фазе отравлений два основных периода: период резорбции, продолжающийся до момента достижения максимальной концен