Основы токсикологии

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ

серия основана в 1 996 г.








                ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ




УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ




Допущено
                              Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность»





znanium.com

Москва
ИНФРА-М
2023

УДК 615.9(075.8)
ББК 52.84я73

     О75




     Авторы:
        Кукин П.П., Пономарев Н.Л., Таранцева К.Р., Келина Н.Ю., Безручко Н.В., Сотникова Е.В., Мессинева Е.М., Рубцов Г.К.



     Рецензенты:
        Миронов А.И. — доктор медицинских наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой охраны труда МАГМУ;
        Хоруженко А.Ф. — доктор медицинских наук, главный специалист ЦСИ ГЗ МЧС России




О75 Основы токсикологии : учебное пособие / П.П. Кукин, Н.Л. Пономарев, К.Р. Таранцева [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 280 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/874.


          ISBN 978-5-16-009260-7 (print)
          ISBN 978-5-16-100263-6 (online)

         В учебном пособии дана краткая история токсикологии как медицинской науки, представлена ее современная структура. Специальные разделы учебного пособия посвящены основным понятиям и классификациям, используемым в токсикологии, современным представлениям действия вредных веществ (ядов) на организм. Изложены основы токсикометрии и токсикокинетики. Отдельные разделы учебного пособия посвящены проблемам промышленной и экологической токсикологии, экотоксико-логического анализа и его методов. Материал учебного пособия построен на новейших подходах к проблемам токсического действия вредных веществ (ядов) на живые организмы.
         Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
         Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки высшего образования «Техносферная безопасность», а также для студентов отделов охраны труда и окружающей среды и работников природоохранных организаций.


УДК 615.9(075.8)
ББК 52.84я73


ISBN 978-5-16-009260-7 (print)
ISBN 978-5-16-100263-6 (online)

© Коллектив авторов, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ







Введение................................................................ 5
Раздел 1. Токсикология как        область медицинской науки............. 8
    1.1. История токсикологии........................................... 8
    1.2. Современная структура токсикологии............................. 9
Раздел 2. Основные понятия токсикологии и таксономия вредных веществ и отравлений .............................................................. 12
    2.1. Понятие вредного вещества..................................... 12
    2.2. Понятие токсического действия     вредных веществ............. 13
    2.3. Классификации вредных веществ (ядов).......................... 18
    2.4. Классификации отравлений...................................... 25
Раздел 3. Современные представления о действии вредных веществ (ядов) на организм............................................................ 28
    3.1. Стадии острых отравлений...................................... 28
    3.2. Факторы, определяющие распределение ядов...................... 30
    3.3. Типы и механизмы воздействия ядов на организм................. 32
    3.4. Теория рецепторов токсичности................................. 39
    3.5. Характеристика связи яда с рецептором......................... 41
    3.6. Детоксикационные системы организма человека................... 42
    3.7. Эффекты повторного воздействия токсиканта на организм......     45
    3.8. Эффекты совместного действия токсикантов на организм.......     47
    3.9. Биологическая роль химических элементов в функционировании организма человека. Понятие гомеостаза................................ 52
    3.10. Понятие о микроэлементозах и эндемических заболеваниях ...     58
Раздел 4. Основы токсикометрии. Параметры и основные закономерности 63
    4.1. Параметры токсикометрии....................................... 63
    4.2. Критерии обоснования использования основных гигиенических нормативов (ПДК, ОБУВ (ОДУ))..........................................70
    4.3. Использование основных параметров токсикометрии............... 74
Раздел 5. Основы токсикокинетики.....................................   80
    5.1. Транспорт ядов через клеточные мембраны................. 80
    5.2. Понятие о мембранотоксинах и болезнях мембран........... 82
    5.3. Теория неионной диффузии................................ 85
    5.4. Токсико-кинетические особенности пероральных отравлений  ...   86
    5.5. Токсико-кинетические особенности ингаляционных отравлений . .  89
    5.6. Токсико-кинетические особенности перкутанных отравлений  ...   91
Раздел 6. Метаболические превращения вредных веществ (ядов) в организме 93
    6.1. Распределение вредных веществ (ядов) в организме........ 93
    6.2. Метаболизм и биотрансформация ядов в организме.......... 96

3

    6.3. Понятие о летальном синтезе................................... 100
    6.4. Образование свободных радикалов как один из путей метаболизма токсикантов ........................................................ 102
    6.5. Выведение ядов из организма................................... 103
    6.6. Иммунные  механизмы «химического гомеостаза».................. 106
    6.7. Факторы, определяющие развитие отравлений..................... 107
Раздел 7. Анализ вредных веществ на производстве и оценка их токсичности   109
    7.1. Контроль содержания производственных ядов в воздухе рабочей зоны. 109
    7.2. Химический анализ вредных веществ в воздухе рабочей зоны. . . НО
    7.3. Анализ полученных результатов и рекомендации по улучшению условий труда........................................................ 119
    7.4. Оценка состояния воздушной  среды рабочей зоны................ 121
    7.5. Рекомендации по улучшению   условий труда..................... 122
    7.6. Оценка загрязнения кожи, поверхностей рабочих помещений и оборудования химическими веществами................................... 122
    7.7. Оценка токсичности химических соединений в разработке и осуществлении технологических процессов.................................. 126
    7.8. Гигиеническая регламентация химических веществ................ 128
Раздел 8. Основы экологической токсикологии............................ 132
    8.1. Концепции и критерии воздействия химических веществ на окружающую среду........................................................ 132
    8.2. Практические аспекты экологической токсикологии............... 148
    8.3. Влияние химического загрязнения на природную среду человека 156
    8.4. Методология определения расчетных токсикологических характеристик веществ..................................................... 224
Раздел 9. Экотоксикологический анализ, его   методы.................... 247
    9.1. Методы исследования воздействий загрязнителей по стадиям экоток-сикологических исследований...................................... 247
    9.2. Влияние на экосистемы некоторых параметров и их учет в экотоксико-логическом анализе............................................... 252
    9.3. Токсикологические испытания с одним из видов организмов . . .     260
    9.4. Кольчатые черви как тестовые организмы........................ 262
    9.5. Методы испытаний острой и подострой токсичности на рыбах . .      263
    9.6. Экотоксикологические исследования с несколькими видами и в микрокосмах .......................................................... 265
    9.7. Исследование токсических воздействий в натурных условиях . . . 268
Тестовые задания....................................................... 273
Список литературы...................................................... 276
Приложение............................................................. 278

ВВЕДЕНИЕ






   Токсикология (от греч. «toxicon» — яд и «logos» — учение) — область медицинской науки, изучающая законы взаимодействия живого организма и вредного вещества (яда).
   Токсикология решает широкий круг задач с привлечением знаний и методов исследования многих смежных естественных наук, особенно общей и органической химии, биохимии, физиологии, иммунологии, генетики и т. д. Основным ее методическим приемом служит эксперимент на животных, тщательно спланированный и технически хорошо оснащенный, для выявления наиболее тонких механизмов действия ядов на организменном, системном, органном, клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.
   Главная цель токсикологии — предупреждение, распознавание и лечение заболеваний химической этиологии, предупреждение и устранение отдаленных последствий вредного воздействия на индивидуумов и их потомство. Она включает большой набор исследований и показателей с обязательной оценкой смертельных эффектов, накопления в организме токсичных веществ кожно-раздражающего, кожно-токсического, эмбриотропного действия, влияния на сердечно-сосудистую систему, репродуктивную функцию и исследование отдаленных эффектов (мутагенного, тератогенного и канцерогенного).
   Большая часть исследований проводится на животных (мыши, крысы, морские свинки), включая обезьян.
   Наиболее надежные экстраполяции на человека получаются в том случае, если данные по токсичности у различных видов животных близки.
   Ряд данных получают в результате обобщения медицинских наблюдений работающих на производстве, а некоторые данные — на людях-добровольцах (например, определение раздражающего и рефлекторного действия и др.). Исследования на людях возможны лишь в случае полной гарантии безопасности испытуемых.

Задачи токсикологии
   1.    Определение зоны токсического действия изучаемого химического вещества (токсикометрия). Под зоной понимают разрыв между дозами, вызывающими начальные признаки отравления, и дозами, вызывающими гибель организмов.


5

   2.    Изучение влияния вредного вещества (яда) на организм (токси-кодинамика).
   3.    Изучение превращений вредного вещества (яда) в организме (токсикокинетика).
   4.    Изучение клинических признаков отравления при различных путях поступления вредного вещества (яда) в организм с целью нахождения противоядий (антидотов).
   5.    Разработка методов, позволяющих переносить данные экспериментов по определению токсичности вредных веществ с животных на человека.
   Токсикология занимает особое место в блоке естественно-научных дисциплин, преподаваемых будущим инженерам-экологам, что определяется следующими задачами этого предмета:
   ♦     изучение законов взаимодействия живых организмов и вредных веществ;
   ♦     выявление механизмов токсического действия вредных веществ;
   ♦     исследование особенностей основных форм и видов загрязнений вредными веществами биосферы.
   Цель изучения основ токсикологии — дать инженеру-экологу знания об основных закономерностях взаимодействия живых организмов и токсинов, необходимые в практике поддержания здоровья человека (лекарственные средства), для обеспечения безопасности работы с вредными веществами на современном производстве, при защите окружающей (природной и бытовой) среды от негативного воздействия токсических веществ.
   Качество окружающей среды и анализ потенциальных возможностей ее основных экологических составляющих предполагает четкую организацию мониторинга системы наблюдений и контроля за ее состоянием. При этом токсикологические аспекты всестороннего анализа окружающей среды в условиях современного экологического кризиса приобретают особую значимость, в том числе по блокам:
   □     Молекулярно-биологические эффекты влияния вредных веществ на живые системы.
   □    Модели оценки токсических воздействий.
   □     Практические аспекты экологической токсикологии (промышленные вредные вещества, радиоактивные загрязняющие вещества и т. д.).
   Особую актуальность проблема острых и хронических отравлений приобрела в последнее время вследствие накопления в окружающей

6

современного человека естественной среде огромного количества различных химических препаратов.
   Особое внимание в данном учебном пособии уделяется структуре и методам экотоксикологического анализа, стадиям организации и проведения соответствующих исследований, способам контроля содержания производственных вредных веществ в воздухе рабочей зоны и оценки загрязнения кожи, поверхностей рабочих помещений и оборудования химическими веществами.

Раздел 1

ТОКСИКОЛОГИЯ КАК ОБЛАСТЬ МЕДИЦИНСКОЙ НАУКИ






1.1. ИСТОРИЯ токсикологии

   Возраст токсикологии принято приравнивать к возрасту медицины. Еще в 1500 г. до н.э. появляется информация (в папирусах) о ядовитых растениях (аконит, опий, белладонна). Понятие об интоксикации как особом виде заболевания, связанном с действием вредных веществ, широко использовалось основоположником практической медицины — Гиппократом (400 г. до н. э.), Галеном (ок. 130—200), Авиценной (ок. 980—1037), однако первое представление о яде как химическом веществе, которое вызывает болезнь, попадая в организм в определенной дозе, отличной от лекарственной, составил Парацельс (1493—1541), положив начало научному осмыслению отравлений. М. Орфила (1787—1853) первым попытался определить закономерности в отношениях между физико-химическими свойствами и биологическим действием известных ему ядов в эксперименте и клинических наблюдениях, признав необходимость химико-токсикологических исследований для диагностики отравлений.
   Токсикология как наука сформировалась лишь в середине XIX века. Большой вклад в ее формирование внесли работы французского физиолога К. Бернара. Изучая механизм действия наиболее токсичного природного яда — кураре, он показал, что этот яд блокирует проведение нервного импульса через нервно-мышечную пластинку. Это было, по существу, первое экспериментальное научное исследование механизма действия яда. П. Эрлих продолжил после К. Бернара исследования механизмов действия веществ и предложил «токсофор-ную» теорию, в соответствии с которой различия в действии веществ объясняются различиями в специфичности к клеточным рецепторам («биомишеням»).
   В России изучение интоксикаций в экспериментальном и судебно-медицинском плане предпринималось многими учеными — Г.И. Блосфельдом (1798—1894), Е.В. Пеликаном (1824—1884), Н.М. Догелем (1830—1916), которые к началу XX века заложили основы отечественной научной школы токсикологов, где наиболее зна

8

чительное влияние оказали работы А.Н. Лихачева (1866—1942), Н.П. Кравкова (1865—1924), Н.А. Сошественского (1876—1941), Н.В. Лазарева (1895—1974), С.В. Аничкова (1892—1981), С.Н. Голикова (1919—1997) и других исследователей.
   В России токсикологию как самостоятельную дисциплину начинают преподавать с XIX века. Первым был издан учебник по судебной токсикологии (автор Г.И. Блосфельд).

1.2. СОВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА ТОКСИКОЛОГИИ

Общая (теоретическая) токсикология

   Изучает:
   а)    общие закономерности в токсикологии и методические подходы к оценке токсичности веществ (токсикометрия);
   б)    механизмы токсичности, распределение и метаболизм веществ в организме (токсикокинетика и биохимическая токсикология);
   в)    общие закономерности в развитии патологических процессов интоксикации (патофизиологическая токсикология);
   г)    вопросы видовой чувствительности и переноса данных с лабораторных животных на человека (сравнительная и видовая токсикология);
   д)    принципы антидотной терапии и профилактики, исходя из механизмов действия веществ, и другие вопросы, имеющие общетеоретическое значение.
   В основе общей токсикологии лежит учение о движении токсических веществ в организме: пути их поступления, распределения, метаболического превращения (биотрансформация) и выведения. Поэтому одной из основных задач токсикологии и является обнаружение и характеристика токсических свойств химических веществ, которые способны вызвать в организме животных или человека патологические изменения.

Профилактическая (гигиеническая) токсикология

   Профилактическая (гигиеническая) токсикология изучает проблемы определения степени опасности и разрабатывает меры и способы предотвращения и защиты от токсического воздействия химических веществ в окружающей человека среде. Поэтому она носит экологический характер и включает следующие разделы: коммунальный, пищевой, промышленный, сельскохозяйственный и бытовой.

9

   Промышленная токсикология — изучает действие на организм токсичных веществ, используемых в промышленности, устанавливает ПДК, санитарно-гигиенические нормы на предприятиях и другие вопросы.
   Пищевая токсикология — обеспечивает токсикологический контроль на предприятиях пищевой промышленности.

Клиническая токсикология

   Клиническая токсикология — раздел токсикологии, исследующий заболевания химической этиологии, т. е. химические болезни человека, возникающие вследствие токсического влияния химических соединений окружающей его среды. Разрабатывает вопросы функциональной диагностики, комплексной терапии пораженных и восстановления их работоспособности (химические болезни: острые, хронические; лекарственные болезни: острые, хронические; токсикомания (клиническая наркология)).
   Основными разделами клинической токсикологии являются:
   1)    токсикология острых химических болезней (отравлений), развивающихся вследствие одномоментного воздействия токсической дозы химических соединений;
   2)    токсикология хронических химических болезней (отравлений), возникающих при длительном и многократном воздействии токсических веществ;
   3)    наркологическая токсикология, предметом изучения которой являются механизмы болезненного пристрастия человека к некоторым видам токсических веществ, именуемых наркотиками, и меры борьбы с ними;
   4)    лекарственная токсикология, задача которой — определение широты терапевтического индекса лекарственных средств, их побочного и вредного действия на организм (лекарственная болезнь), разработка способов предупреждения и лечения лекарственных отравлений.
   В последнее время к клиническому направлению токсикологии относят учение о биологическом действии синтетических материалов, имплантируемых в организм человека (сосудистые протезы, искусственные клапаны сердца, суставы и т. д.).

Специальные виды токсикологии
   Специальные виды токсикологии изучают отравления людей и животных в особых условиях или обстоятельствах при воздействии определенного вида токсических веществ. Это виды токсикологии,

10