(практические, семинарские, лабораторные)
Кредит № 6
Тема 23. Контроль исходных знаний по теме (тестирование, устный опрос и др.): «Общие и частные методы изолирования «металлических ядов» из объектов биологического происхождения».
Практическая часть: Овладение техникой изолирования неизвестных соединений тяжелых металлов и мышьяка из биообъектов методами «мокрой минерализации».
Цель: усвоение студентами методов изолирования «металлических ядов» из объектов биологического происхождения».
Задачи обучения: научиться методам выделения из биологического материала «металлических ядов».
Форма проведения: групповое обсуждение теоретического материала и выполнение заданий парами студентов.
Задания по теме:
Задание 1 групповое обсуждение теоретических вопросов по теме занятия.
1. Группа веществ, изолируемых из биологических объектов минерализацией, общая характеристика «металлических ядов».
2. Роль и значение макро- и микроэлементов в регулировании жизненных функций организма.
3. Токсичность «металлических ядов».
4. Физико-химические свойства и механизмы токсичности.
5. Общие методы изолирования соединений тяжелых металлов из биологических объектов.
6. Методы изолирования соединений тяжелых металлов из биологических объектов - традиционный и «мокрый» метод минерализации.
7. Методы изолирования мышьяка из биологических объектов.
Задание 2. (для 2-х студентов). Составить схему изолирования и анализа неизвестных соединений тяжелых металлов и мышьяка из биообъектов методами «мокрой минерализации».
Отбор и подготовка проб биологического материала для минерализации: при исследовании биологического материала на наличие «металлических ядов» анализу подвергают органы трупов (печень, почки, желудок с содержимым и др.), биологические жидкости (кровь, моча), пищевые продукты и другие объекты. Количество исследуемого материала, необходимое для каждого анализа, зависит от общей массы объекта, поступившего на исследование, и от обстоятельств дела. При отсутствии таких данных на исследование берут пробы по 100 г биологического материала. Каждую пробу биологического материала минерализуют раздельно, не допуская смешивания этих проб. При любом способе минерализации необходимо соблюдать меры предосторожности при минерализации (возможно выбрасывание горячих кислот из колб).
Токсикологическая химия. Ситуационные задачи и упражнения. Под ред.Н.И. Калетиной.-М.-2007.-С.282. Ситуационная задача № 1.
На ХТА доставлены: биопробы, взятые у пострадавших жителей поселка. Обстоятельства дела.
Жители небольшого промышленного поселка около 3 месяцев подвергались хроническому воздействию токсикантами из-за неисправности очистных сооружений соседнего предприятия. В почву и воду попали соли кадмия, свинца, бария, таллия, марганца и органическое производное ртути («метилртуть»). Клинические признаки отравления (от легкой до тяжелой степени) указанными выше токсикантами отмечены у 80% взрослых и детей.
Информация
Лаборатория (ХТЛ) располагает возможностями определения металлов методами фотоэлектроколориметрии, спектрофотометрии, атомно-абсорбционной спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой, атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрическим детектированием.
В ХТЛ имеются все необходимые реактивы для проведения экспертизы химическими методами.
Цель исследования
Провести химико-токсикологическое исследование на наличие солей кадмия, свинца, бария, талия, марганца и «метилртути».
Приведите схему химико-токсикологического анализа представленных биообъектов, опираясь на методологию системного химико-токсикологического анализа (СХТА).
Лаборатория работает согласно принципам GLP и оснащена аналитическим оборудованием в соответствии с современными рекомендациями TIAFT.
ПРИМЕЧАНИЕ:
При решении задачи следует:
• представить информацию о выборе биообъекта, используя знание физико-химических свойств токсикантов, их токсикокинетики и метаболизма;
• представить информацию о способе пробоподготовки и изолирования (выделения) токсикантов, используя знание физико-химических свойств токсикантов и учитывая Ваш выбор последующих методов анализа;
• выбрать методы идентификации и количественного определения токсикантов, учитывая их чувствительность и специфичность, преимущества и недостатки;
• обосновать выбор способа количественного определения, поэтапно изложить схему и процедуру его проведения, привести математические формулы; если необходимо, то произвести вычисления;
• представить интерпретацию полученных количественных результатов;
• дать заключение об обнаружении токсикантов.
Литература:
1. Токсикологическая химия: метаболизм и анализ токсикантов: учебное пособие + СD/ под ред. Н.И. Калетиной. – М., 2008. – 1016 с. Переплет.
2. Токсикологическая химия: учебник / под ред. Т.В. Плетеневой. – 2-ое изд. – М., 2008. – 512 с. Переплет.
3. Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия / В. Ф. Крамаренко. - Киев, «Высшая школа», 1989.- 272с.
4. Швайкова М.Д. Токсикологическая химия/ М.Д. Швайкова. - М., «Медицина», 1975.-376 с.
Контрольные вопросы:
1. Химико-токсикологическая характеристика группы веществ, изолируемых из биологических объектов минерализацией.
2. Роль и значение макро- и микроэлементов в регулировании жизненных функций организма.
3. Механизмы токсичности металлических ядов.
4. Общие методы изолирования соединений тяжелых металлов из биологических объектов.
5. Частные методы изолирования соединений тяжелых металлов из биологических объектов - традиционный и «мокрый» метод минерализации.
6. Методы изолирования мышьяка из биологических объектов.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Частные случаи изолирования (изолирование металлических ядов).
Оценка элементного статуса человека важна для определения влияния на здоровье человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Для выявления состояния обмена элементов в организме и/или хронического токсичного воздействия отдельных металлов широко применяют исследование волос, содержание макро- и микроэлементов в которых отражается элементный статус организма в целом. Цель исследования будет определять и выбор биообъекта. Изменение содержания элементов, кратковременное по экспозиции и значительное по степени отклонения элементного статуса, отражается на концентрации элементов в жидких средах организма, которые являются информативными биосредами для целей как клинико-токсикологического, так и судебно-химического анализа. Определение собственно химических элементов брутто проводят после полной деструкции органической матрицы. Пробоподготовка к определению элементов в биообъекте состоит из 2 этапов: извлечения элементов из биологических проб путем деструкции биомолекул и перевода их в форму, удобную для выполнения определения, обычно в раствор. Стадия пробоподготовки. которая называется минерализацией, одна из самых ответственных.
В химико-токсикологическом анализе метод минерализации применяется при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие так называемых «металлических ядов». Ворганизме ионы металлов связываются как с белковыми веществами, так и с аминокислотами, пептидами и рядом других жизненно важных веществ. Для исследования биологического материала на наличие «металлических ядов» необходимо разрушить органические вещества, с которыми связаны металлы, и перевести их в ионное состояние. Методы, применяемые для этой цели, можно подразделить на две группы: методы сухого озоления и методы мокрого озоления, или мокрой минерализации. Выбор метода минерализации органических веществ зависит от свойств исследуемых элементов, количества пробы биологического материала, поступившего на анализ, и т. д. Метод сухого озоления основан на нагревании органических веществ до высокой температуры при доступе воздуха. Сухое озоление производят в фарфоровых, кварцевых или платиновых тиглях. При разрушении органических веществ с помощью этого метода на исследование берут относительно небольшие навески и нагревают их в тигле до 300—400 °C. Этот метод минерализации имеет ряд недостатков. Для минерализации органических веществ методом мокрого озоления применяют кислоты-окислители (азотную, серную и хлорную кислоты), хлорат калия и пергидроль. При помощи этих окислителей происходит разрушение биологического материала с образованием более простых химических соединений. Применяемые окислители разрушают связи между металлами и белками, пептидами, аминокислотами и некоторыми другими соединениями. При минерализации биологического материала, содержащего металлы, связанные в организме с многими жизненно важными органическими соединениями, образуются соли этих металлов, которые можно обнаружить в минерализатах при помощи соответствующих реакций и методов.
Соединения мышьяка относятся к числу веществ, проявляющих сильное токсическое действие на организм людей и животных. Исследование минерализатов на наличие соединений мышьяка. Применяемые в химико-токсикологическом анализе методы обнаружения мышьяка основаны на переведении его в мышьяковистый водород и на последующем определении мышьяковистого водорода при помощи реакции Зангер — Блека, реакции с раствором диэтилдитиокарбамата серебра в пиридине и реакции Марша. При всех этих реакциях из соединений мышьяка выделяется летучий и очень ядовитый мышьяковистый водород. Поэтому при выполнении всех перечисленных выше реакций на мышьяк требуется предосторожность. Две первые реакции являются предварительными. При их отрицательном результате дальнейшее исследование минерализата на наличие мышьяка не производится. При положительном результате указанных реакций на мышьяк дополнительно выполняют реакцию Марша.