Токсикологическая химия

 

 

2 фаза

Конъюгация
С остатком серной кислоты   (сульфотрансфераза)
С остатком глюкуроновой кислоты   (глюкуронилтрансфераза)
С остатками аминокислот
Ацетилирование   (N-ацетилтрансфераза)
Метилирование   (метилтрансфераза)

Вторичный метаболизм

 

Особое место среди реакций биотрансформации занимают посмертные метаболические процессы - «вторичный метаболизм». Вторичному метаболизму подвергаются как эндогенные вещества (гниение белков, разложение липидов под действием бактериальных ферментов), так и экзогенные, например, лекарства. Многие продукты вторичного метаболизма, например амины, высокотоксичны. Их присутствие в пробе экстрактов трупного материала может мешать химико-токсикологическому определению ксенобиотиков.

 

Стабильность ксенобиотика зависит от температуры и длительности хранения трупного материала. Например, элениум разрушается в течение 1-8 недель, сибазон практически не разрушается в плазме при комнатной температуре в течение 3 нед, а при 4°С - в течение 8 нед. Атропин сохраняется в трупном материале в течение 3 лет, а производные фенотиазина - 4-8 нед. Консервирование трупного материала этанолом значительно продлевает сохранение ксенобиотиков.

 

 

 

3. ВЫДЕЛЕНИЕ ЧУЖЕРОДНЫХ  СОЕДИНЕНИЙ.

Выведение токсикантов из кровотока или организма в целом может осуществляться разными способами. Экскреция - это удаление (выведение) ксенобиотиков во внешнюю среду, например, с мочой, потом, выдыхаемым воздухом или другими путями. Почки наряду с легкими и печенью играют важную роль в выведении большинства токсикантов.

 

Снижение содержания токсикантов в системном кровотоке происходит также при биотрансформации или депонировании в отдельных частях организма (депо). Биотрансформация ксенобиотика приводит к образованию как менее, так и более токсичных метаболитов. Печень - наиболее важный орган при биотрансформации токсикантов. Обычно биотрансформация предшествует почечной экскреции. В первую очередь это касается липофильных веществ, которые биотрасформируются в полярные (водорастворимые) соединения, способные экскретироваться почками. Полное выведение токсиканта из организма, включающее биотрансформацию и экскрецию, носит название элиминация.

 

Чем больше скорость элиминации токсиканта и его метаболитов из организма, тем ниже его содержание в органе-мишени и меньше токсичность. Например, при накоплении ксенобиотика в жировой ткани его элиминация снижена из-за низкого содержания в плазме, что препятствует быстрой почечной экскреции или выведению токсиканта другими способами.

 

Выделение с мочой состоит из трех различных процессов:

 

1. Клубочковая фильтрация - фильтруется 20-25% общего почечного кровотока (первичная моча), образуется ультрафильтрат плазмы крови, который содержит чужеродные соединения и их метаболиты в такой же концентрации, что и кровь. Мембраны почечных клубочков легко проницаемы для многих веществ, за исключением ВМС (белков). Клубочковая фильтрация является основным механизмом почечной элиминации, поэтому функцию почек оценивают по скорости клубочковой фильтрации.

 

2.     Пассивный канальцевый  транспорт - канальцевый эпителий  ведет себя как липопротеиновый  барьер, пропускает липидорастворимые неионизированные молекулы. Эти соединения в клубочковом фильтрате подвергаются обратному всасыванию (реабсорбции) в кровь. Ионизированные соединения в моче в большей степени, чем в крови, диффундируют через канальцевый эпителий из крови в клубочковый фильтрат.

 

Если канальцевая моча более щелочная, чем плазма, в мочу легко проникают слабые кислоты, если же она более кислая - в нее переходят слабые основания. Скорость выделения слабых органических веществ сильно зависит от рН мочи.

 

3.     Активный канальцевый транспорт. Соединения, выделяемые этим путем, высокоионизированные и могут выделяться в мочу против градиента концентрации. Вещества, выделяемые активным транспортом, конкурируют друг с другом. Скорость выделения одного соединения уменьшается при появлении другого. Связывание их с белками плазмы уменьшает скорость выделения соединения с мочой.

 

Выделение с желчью.

 

Чужеродные соединения всасываются из крови печеночных синусоидов в паренхиматозные клетки печени и затем транспортируются в виде метаболитов или конъюгатов в желчь. Граница между кровью и желчью чрезвычайно пориста и пропускает большинство молекул и ионов, по величине меньше белковых.

 

Концентрация многих веществ в желчи сравнима с концентрацией в крови, но высокополярные соединения (соли желчных кислот, глюкуронид билирубина, конъюгаты чужеродных соединений) выделяются в желчь в более высоких, чем в крови, концентрациях путем активного транспорта.

 

При увеличении молекулярной массы усиливается выделение в желчь, уменьшается выделение в мочу.

 

Конъюгаты чужеродных соединений могут подвергаться гидролитическому расщеплению ферментами желчи.

 

Выделение с выдыхаемым воздухом

 

Многие летучие соединения выделяются с выдыхаемым воздухом в неизменном виде аналогично перегонке с водяным паром.

 

Желудочная секреция

 

Органические соединения, ионизированные при рН желудочного сока, выделяются из плазмы крови в желудок.

 

Кишечная секреция

 

Слабые органические кислоты и основания, ионизированные при рН кишечника 5,3, выделяются путем пассивного транспорта из плазмы крови в кишечник при соответствующем градиенте концентрации.

 

Выделение с другими секретами

 

Путем пассивного транспорта неионизированных молекул могут выделяться чужеродные соединения в секреты различных желез - потом, слюной, молоком, половыми секретами.

 

Локализация в тканях

 

Хорошо растворимые в жировых тканях чужеродные соединения локализуются в жировых тканях, распределяясь между внутриклеточными липидами и жидкостями организма в неионизированной форме (барбитураты, хлорированные пестициды).

 

Связывание с белками

 

Лекарства связываются с белками крови и тканей и не могут транспортироваться через биологические мембраны, что зависит от степени и прочности связывания и от количества белков. Белок плазмы альбумин связывает молекулы кислых соединений (N-концевая аспарагиновая кислота). Значительное связывание с белками может привести к уменьшению скорости метаболизма лекарственных веществ. Некоторые чужеродные соединения могут связываться с ДНК и РНК, приводя к генетическим мутациям угнетению синтеза РНК и белка.

 

Канцерогенез

 

Многие химические соединения (полициклические углеводороды, ароматические амины, нитрозоамины) вызывают рак у человека и животных.

 

Полициклические углеводороды связываются с ДНК и РНК, белками кожи, пуриновыми основаниями.

 

Полициклические амины — косвенные канцерогены. Они метаболизируются в гидроксиламиновые производные и о-аминофенолы, каждый из которых канцероген.

 

Аминоазобензоловые производные - косвенные канцерогены. Их метаболиты более токсичные соединения (N – окси и N-оксиметилпроизводные).

 

Алифатические диалкилнитрозамины - печеночные канцерогены. Они метаболизируются до моноалкиламинов, а те, в свою очередь, до диазоалканов, которые алкилируют белки, нуклеиновые кислоты и вызывают необратимые изменения - канцерогенез.

 

Иммунологическая сенсибилизация к чужеродным соединениям Чужеродные органические молекулы (гаптены) образуют устойчивые соединения с белком (гаптен-белковый конъюгат - антиген) - сенсибилизация или лекарственная аллергия - это одно из серьезных аллергенных заболеваний.

 

Антиметаболиты. Синтетические аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот настолько подобны естественным соединениям, что могут попадать в состав РНК и ДНК с токсическим эффектом (например 6-меркаптопурин, 8-азогуанин). Эти антиметаболиты используются при лечении рака и лейкемии.

 

Клиренс CL (от англ. clearance - очищение) - скорость очищения крови или других сред и тканей организма от ксенобиотика в процессе его химических превращений, перераспределения в организме и/или выведения из организма. Клиренс определяется как объем крови (в л, мл), полностью освобождаемой от вещества за единицу времени (с, ч). Например, клиренс 100 мл/мин означает, что 100 мл крови, содержащей ксенобиотик, полностью очищаются от него в течение 1 мин. Уменьшение обычных значений клиренса означает, что токсикант накапливается в организме из-за нарушения функций жизненно важных органов и систем.

 

Общая эффективность удаления химического вещества из организма характеризуется общим клиренсом, который определяется как сумма клиренсов отдельных органов элиминации: (почечный, печеночный, кишечный, легочный клиренс). Высокие значения клиренса указывают на эффективность и высокую скорость выведения вещества, низкий клиренс означает медленное и менее эффективное удаление ксенобиотика из организма.

 

Период полувыведения (t 1/2) время, необходимое для снижения концентрации ксенобиотика в крови или плазме наполовину, зависит как от объема распределения, так и от клиренса.

 

3. ГРУППА ВЕЩЕСТВ, ИЗОЛИРУЕМЫХ  МИНЕРАЛИЗАЦИЕЙ («МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЯДЫ»

 

 

В данной главе дана общая характеристика группы (выделен перечень «металлических ядов», подлежащих обязательному судебно-химическому исследованию). Показана зависимость отравлений соединениями тяжелых металлов и мышьяка от экологии окружающей среды

 

Рассмотрены методы изолирования соединений тяжелых металлов и мышьяка из биологических образцов (сухое озоление, влажное озоление). Разграничены общие и частные методы изолирования, определены достоинства и недостатки. Показана техника проведения минерализации концентрированными кислотами.

 

Рассмотрен дробный метод анализа как основной анализ для определения металлических ядов. Показана сущность метода, его особенности, принципы и способы разделения ионов металлов (жидкость-жидкостная экстракция хелатов металлов, ионных ассоциатов, реакции осаждения, комплексообразования и пр.).

 

Определено место органических реагентов в дробном методе анализа. Дана характеристика реагентов, рассмотрены условия проведения реакций, химизм.

 

Показаны методы количественного определения металлов.

 

Подробно рассмотрено дробное обнаружение, определение и токсикологическое значение отдельных катионов.

 

Показаны современные методы разделения и определения ионов металлов. Кратким обзором показано использование атомно-абсорбционной спектроскопии и других спектральных методов при определении «металлических ядов».

 

3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  ГРУППЫ

Группа веществ, изолируемых минерализацией, включает в себя так называемые «металлические яды» В настоящее время одной из актуальнейших проблем является ухудшение здоровья населения в связи с различными вредными факторами окружающей среды. Осложнение экологической обстановки приводит к увеличению суммарной токсикогенной нагрузки на человека. Одним из наиболее неблагоприятных факторов является загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. Важнейшими в токсикологическом отношении «металлическими ядами» являются соединения Ва, Bi, Cd, Mn, Cu, Hg, Pb, Ag, Tl, Cr, Zn, которые, попадая в организм человека, вызывают отравления. Правилами судебно-химического исследования при проведении ненаправленного анализа предусмотрено обязательное исследование на указанные элементы.

 

Как известно, практически все металлы естественным образом содержатся в человеческом организме. Причем содержание элементов в норме в органах человека сильно варьирует: например, содержание мышьяка в 100 г печени равно 0,01 мг, а содержание цинка может достигать 14,5 мг. Поэтому при судебно-медицинской оценке результатов судебно-химического исследования на «металлические яды» особое значение придается их количественному определению. Ввиду незначительных количеств этих элементов их называют микроэлементами. Они играют важную роль в физиологических процессах в организмах людей и животных. Так, например, кобальт входит в состав витамина BI2 и некоторых ферментов, медь участвует в синтезе гемоглобина; медь, кадмий, цинк входят в состав около 60 ферментов. Содержание микроэлементов в организме можно прокомментировать следующими данными: магний обнаруживается в организме в количестве 0,04%, медь - 0,005%, марганец -0,02%, молибден, цинк - в следовых количествах. В литературе не приведены данные о наличии и роли в организме соединений бария, висмута, сурьмы и таллия.

 

Не всегда возможно установить различие между жизненно необходимыми и токсичными металлами. Все металлы могут проявить токсичность, если они потребляются в избыточном количестве. Несмотря на важную положительную роль, которую играют микроэлементы в жизнедеятельности человека, например медь или цинк, при избыточном поступлении их с пищей или какими-либо другими путями может наступить тяжелая интоксикация, признаками которой являет тошнота, рвота, диарея, боли в животе. Кроме того, токсичность металлов проявляется в их взаимодействии друг с другом. Например, физиологическое воздействие кадмия на организм, в том числе его токсичность, зависят от количества присутствующего цинка, селена, а функции железа в клетках определяются присутствием меди, кобальта и в некоторой степени молибдена и цинка.