Природные токсические вещества : оксалаты, гликоалкалоиды, цианогенные гликозиды, зобогенные вещества

1. Оксалаты.

Структура оксалатного аниона

Оксалаты — соли и эфиры щавелевой кислоты. Соли содержат в своём составе дианион (оксалат) C2O42− или (COO)22−, образующийся при двойном депротонировании щавелевой кислоты.

Существуют также кислые оксалаты — гидрооксалаты, например, NaHC2O4. Более того существуют кисличные соли KHC2O4*H2C2O4

                Свойства солей.

Большинство солей оксалатов малорастворимы в воде, например, оксалат кальция, который используется для обнаружения кальция. Хорошо растворимы оксалат калия и аммония.

Оксалаты проявляют восстановительные свойства. Так его концентрацию в растворе можно определить титрованием перманганатом калия тёплого раствора. Реакция автокаталитическая.

Оксалаты распадаются при нагревании, однако продукты могут быть разными в зависимости от металла и условий.

активные металлы:

неактивные металлы:

Комплексообразование

Анион оксалата может выступать в качестве бидентатного лиганда, образуя пятичленный цикл — MO2C2, как например, в ферриоксалате калия — K3[Fe(C2O4)3]. Благодаря его хорошей растворимости щавелевая кислота используется для удаления ржавчины.

Нахождение в природе

Оксалаты широко распространены в природе, например, в щавеле, кислице. Корни и/или листья ревеня, гречихи содержат щавелевую кислоту. Накопление щавелевой кислоты происходит из-за неполного окисления углеводов в процессе биосинтеза.

Следующие съедобные растения содержат оксалаты в порядке уменьшения концентрации: карамбола,  чёрный перец, петрушка, семена мака, щирица, шпинат, мангольд, сахарная свекла, какао, шоколад, большинство орехов и ягод, фасоль.

Листья чайного куста содержат большое относительное количество оксалатов по отношению к другим растениям. Обычно его экстракты содержат от малых до средних концентраций оксалатов благодаря малой массе используемых листьев.

Физиологические свойства

Сродство оксалата к двухвалентным катионам отражается в способности к образованию нерастворимых осадков. Так в организме оксалат соединяется с катионами, такими как Ca2+, Fe2+ и Mg2+. Вследствие чего накапливаются кристаллы соответствующих оксалатов, которые из-за своей формы раздражают кишечник и почки. Поскольку оксалаты связывают важные элементы, например кальций, то долгое питание пищей, содержащей много оксалатов, может вызвать проблемы со здоровьем.

Здоровый человек может безопасно питаться пищей с оксалатами в умеренных количествах, но для людей с болезнями почек, подагрой, ревматоидным артритом  рекомендуется  избегать пищи с большим количеством оксалатов. Кристаллы оксалата кальция, более известные как почечный камень, забивают почечные протоки. Считается, что 80 % почечных камней образуется из оксалата кальция.

Аналогично, большие поступления кальция совместно с пищей содержащей оксалаты приводит к выпадению оксалата кальция в пищеварительном тракте, уменьшая поступления оксалатов в организм на 97 %.

 

2. Гликоалкалоиды

Стероидные алкалоиды представляют собой химические вещества, в основе которых лежат стероидные соединения. Однако в структуре их гетероциклов присутствует атом азота, что обеспечивает им щелочные свойства. Гликоалкалоиды (гликозиды стероидных алкалоидов) обнаружены, в основном, в семействе Паслёновые (картофель, томаты) и найдены у представителей семейства Лилейные (чемерица, рябчик).

По структуре агликонов у стероидных алкалоидов выделяют группы спиросолановых и соланидановых алкалоидов. Атом азота в них является вторичным (спиросоланы) или третичным (соланиданы). Спиросоланы являются азотными аналогами спиростанов; у соланиданов атом азота входит в индолизидиновую структуру. Углеводные части некоторых гликоалкалоидов получили собственные тривиальные названия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спиросолан	Соланидан

Примером гликоалкалоида картофеля служит соланин (генин — соланидин).

Соланин

Другим гликозидом соланидина является хаконин (гликозидная часть — β-хакотриоза — состоит из двух рамноз и одной глюкозы). Хакотриоза и солатриоза являются также углеводными компонентами лептининов и лептинов у соланидановых агликонов лептинидина и ацетил-лептинидина соответственно.

Спиросолановый агликон картофеля — соласодин, его гликозиды — соласонин (глюкоза, рамноза и галактоза), соламаргин (две рамнозы и одна глюкоза), содержатся в видах рода Solanum, солаплюмбин (глюкоза и рамноза) обнаружен у Nicotiana plumbaginifolia.

Томатидин — спиросолановый агликон, обнаруженный в томатах и картофеле. Его производным является томатин (ксилоза, 2 глюкозы и галактоза). Такой же углеводный остаток (β-ликотетраоза) у демиссина, производного соланиданового агликона демиссидина.

Известна токсичность гликоалкалоидов для человека. Гидролиз их в желудочно-кишечном тракте приводит к формированию безвредных агликонов. В случае же их прямого введения их эффект сходен с действием сердечных гликозидов, они могут привести к параличу нервной системы и смерти. Они не уничтожаются при кипячении, жарке или высушивании при высоких температурах. Наибольшие их количества содержатся в зелёных клубнях, листьях и плодах.

Гликоалкалоиды обладают фунгицидными (томатин, соланин), моллюскоцидными (томатин, соласонин, соламаргин), инсектицидными (демиссин, томатин, соланин, хаконин, лептины, соламаргин, соласонин), противоопухолевыми (соламаргин, соласонин, соланин, солаплюмбин), антивоспалительными (соласодин, томатин) свойствами.

 

Физиологическое действие

Гемолитическая активность.

Исследования сапонинов класса естественных продуктов показали их комплексообразование с холестерином, с формированием поры в двойных слоях мембраны клетки, например, в мембране эритроцита. Такое комплексообразование приводит к гемолизу при внутривенной инъекции. Оболочка из полупроницаемой становится проницаемой. Гемоглобин свободно поступает в плазму крови и растворяется в ней. На проницаемость мембран и гемолитическую способность влияет структура сапонина, количество и строение активных групп. Усиливают проникновение белков и других макромолекул через клеточные мембраны.

Гемолитической активностью обладают только гликозиды. При попадании в кровь сапонины токсичны, поскольку вызывают гемолиз эритроцитов. При приеме внутрь, как правило, менее токсичны вследствие гидролиза гликозидов; однако сапонины мыльного дерева (Sapindus) при проглатывании могут вызвать у некоторых людейкрапивницу.

Токсичность для жабродышащих.

Сапонины высокотоксичны для животных, дышащих жабрами. Они нарушают функцию жабр, которые являются не только органом дыхания, но и регулятором солевого обмена и осмотического давления в организмеСапонины парализуют или вызывают гибель холоднокровных животных даже в больших разведениях (1:1 000 000). Агликоны сапонинов для холоднокровных животных не токсичны. Рыба, отравленная сапонинами, остается съедобной.

Влияние на растительные организмы.

Сапонины могут оказывать влияние на проницаемость растительных клеток. Определенные концентрации сапонинов ускоряют прорастание семян, рост и развитие растений, а в увеличенных концентрациях могут их тормозить. Особую роль выполняют в растениях фриделиновые тритерпены (фриделин, церин), поскольку они содержатся в лубе растений.

Другие воздействия на человеческий организм.

Сапонины оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, носа, полости рта. При легком раздражающем действии сапонинов происходит усиление секреции всех желез, что благоприятно сказывается на бронхах — ведет к разжижению мокроты, что облегчает и её эвакуацию. Вместе с тем избыток сапонинов приводит к раздражению слизистой желудка и кишечника, они могут быть токсичными — вызывают тошноту, рвоту, понос, головокружение.

Кардиотоническим, нейротрофным, гипотензивным и тоническим действием обладают аралозиды, календулозиды, патризиды, клематозиды.

Сапонины различных растений обладают и другими лекарственными действиями: гипохолестеринемическое и противосклеротическое, диуретическое; кортикотропное; адаптогенное, седативное; противоязвенное; легкое слабительное. Кроме того, в присутствии сапонинов некоторые другие лекарственные вещества легче всасываются. 

Применение.

Благодаря способности сапонинов образовывать обильную пену, они находят некоторое применение в качестве детергентов и пенообразующих агентов в огнетушителях. Эмульгирующие свойства сапонинов широко используются для стабилизации разных дисперсных систем (эмульсий, суспензий). Их используют при приготовлении халвы, кондитерских изделий, пива и шипучих напитков. Благодаря эмульгирующим свойствам сапонины оказывают моющее действие, но их отличает от мыл отсутствие щелочной реакции.

Сапонины производятся коммерчески как пищевые и диетические добавки. В терапевтической практике используются как отхаркивающие, мочегонные, тонизирующие, седативные средства, применяются как вспомогательные средства в вакцинах. При этом токсичность, связанная с комплексообразованием стерола (стерина), остаётся главной проблемой.Необходима большая осторожность в оценке терапевтической пользы при употреблении естественных продуктов, содержащих сапонин-разновидности.

 

3. Цианогенные гликозиды.

 

 Цианогенные гликозиды - это гликозиды некоторых цианогенных альдегидов и кетонов, которые при ферментативном или кислотном гидролизе выделяют синильную кислоту - HCN, вызывающую поражение нервной системы.

Из представителей цианогенных гликозидов целесообразно отметить лимарин, содержащийся в белой фасоли, и амигдалин, который обнаруживается в косточках миндаля (до 8%), персиков, слив, абрикос (от 4 до 6%). Амигдалин представляет собой сочетание дисахарида гентиобио-зы и агликона, включающего остаток синильной кислоты и бензальдегида.

Биогенные амины. К соединениям этой группы относятся серотонин, тирамин, гистамин.

Серотонин, главным образом, содержится во фруктах и овощах. Например, содержание серотонина в томатах - 12 мг/кг; в сливе - до 10 мг/кг. Тирамин чаще всего обнаруживается в ферментированных продуктах, например в сыре до 1100 мг/кг. Содержание гистамина коррелирует с содержанием тирамина в сыре от 10 до 2500 мг/кг. В количествах более 100 мг/кг гистамин может представлять угрозу для здоровья человека

Сини́льная (циа́нистоводородная) кислота́, цианистый водород, HCN— бесцветная, очень летучая, легкоподвижная ядовитая жидкость, имеющая характерный запах.

Синильная кислота содержится в некоторых растениях, коксовом газе, табачном дыме, выделяется при термическом разложении нейлона, полиуретанов. Смешивается во всех соотношениях с водой, этанолом, диэтиловым эфиром.

Физиологические свойства.

Синильная кислота является веществом, вызывающим кислородное голодание тканевого типа. При этом наблюдается высокое содержание кислорода как в артериальной, так и в венозной крови и уменьшение таким образом артерио-венозной разницы, резкое понижение потребления кислорода тканями с уменьшением образования в них углекислоты.       Синильная кислота и её соли, растворенные в крови, достигают тканей, где вступают во взаимодействие с трехвалентной формой железа цитохромоксидазы. Соединившись с цианидом, цитохромоксидаза теряет способность переносить электроны на молекулярный кислород. Вследствие выхода из строя конечного звена окисления блокируется вся дыхательная цепь и развивается тканевая гипоксия. Кислород доставляется к тканям в достаточном количестве с артериальной кровью, но ими не усваивается и переходит в неизмененном виде в венозное русло. Одновременно нарушаются процессы образования макроэргов, необходимых для нормальной деятельности различных органов и систем. Активизируется гликолиз, то есть обмен с аэробного перестраивается на анаэробный. Также подавляется активность и других ферментов — каталазы, пероксидазы, лактатдегидрогеназы.

Действие на нервную систему.

В результате тканевой гипоксии, развивающейся под влиянием синильной кислоты, в первую очередь нарушаются функции центральной нервной системы.

Действие на дыхательную систему.

В результате острого отравления наблюдается резко выраженное увеличение частоты и глубины дыхания. Развивающуюся одышку следует рассматривать как компенсаторную реакцию организма на гипоксию. стимулирующее действие синильной кислоты на дыхание обусловлено возбуждением хеморецепторов каротидного синуса и непосредственным действием яда на клетки дыхательного центра. Первоначальное возбуждение дыхания по мере развития интоксикации сменяется его угнетением вплоть до полной остановки. Причинами этих нарушений являются тканевая гипоксия и истощение энергетических ресурсов в клетках каротидного синуса и в центрах продолговатого мозга.

Действие на сердечнососудистую систему.

Проникая в кровь, она снижает способность клеток воспринимать кислород из притекающей крови. Наступает кислородное голодание. А так как нервные клетки больше всех остальных нуждаются в кислороде, они первыми страдают от действия синильной кислоты. В начальном периоде интоксикации наблюдается замедление сердечного ритма. Повышение артериального давления и увеличение минутного объёма сердца происходят за счет возбуждения синильной кислотой хеморецепторов каротидного синуса и клеток сосудодвигательного центра, с одной стороны, выброса катехоламинов из надпочечников и вследствие этого спазма сосудов — с другой. По мере развития отравления артериальное давление падает, пульс учащается, развивается острая сердечно-сосудистая недостаточность и наступает остановка сердца.

 

Изменения в системе крови

Содержание в крови эритроцитов увеличивается, что находит объяснение в рефлекторном сокращении селезенки в ответ на развивающуюся гипоксию. Цвет венозной крови становится ярко-алым за счет избыточного содержания кислорода, не поглощенного тканями. Артерио-венозная разница по кислороду резко уменьшается. При угнетении тканевого дыхания изменяется как газовый, так и биохимический состав крови. Содержание CO2 в крови снижается вследствие меньшего образования и усиленного её выделения при гипервентиляции. Это приводит в начале развития интоксикации к газовому алкалозу, который меняется метаболическим ацидозом, что является следствием активации процессов гликолиза. В крови накапливаются недоокисленные продукты обмена. Увеличивается содержание молочной кислоты, нарастает содержание ацетоновых тел, отмечается гипергликемия. Нарушением окислительно-восстановительных процессов в тканях объясняется развитие гипотермии. Таким образом, синильная кислота и её соли вызывают явления тканевой гипоксии и связанные с ней нарушения дыхания, кровообращения, обмена веществ, функции центральной нервной системы, выраженность которых зависит от тяжести интоксикации.