(Преподаватель – к.м.н. Борукаева И.Х.)
В зависимости от происхождения и назначения можно выделить следующие группы химических веществ, способных вызвать повреждение:
- лекарственные препараты,
- ксенобиотики – искусственно синтезированные, не встречающиеся в природе вещества (пестициды, инсектициды) и другие химические вещества (соли тяжелых металлов, нитраты, нитриты, ароматические углеводороды), попадающие в организм перорально, через кожу и слизистые из окружающей среды, загрязненной вследствие деятельности человека,
- вещества, употребляемые при наличии вредных привычек (алкоголь, вещества табачного дыма, наркотики),
- боевые отравляющие вещества.
1. Некоторые химические вещества оказывают непосредственное повреждающее действие на клетки и их структуры. Например,
- Ртуть – связывается с сульфгидрильными группами белков клеточных мембран и других белков, вызывая повышение проницаемости мембран и ингибируя зависимый от АТФ-аз процесс. Повреждаются эпитеолиоциты ЖКТ и почечных клубочков.
- Цианиды – блокируют дыхательные ферменты митохондрий.
- Некоторые антибиотики и противоопухолевые препараты – оказывают цитотоксическое действие.
- Сильные окислители – непосредственно окисляют липиды, белки, нуклеиновые кислоты, вызывая коагуляционный некроз.
2. Другие химические вещества сами не являются токсичными, но могут быть превращены в активные токсические метаболиты, которые и повреждают клетки- мишени. Например,
- превращения биологически инертных метилового и этилового спиртов в токсичные альдегиды под действием фермента алкогольдегидрогеназы гепатоцитов.
3. В определенных случаях ни само вещество, ни его метаболит не оказывают прямого повреждающего действия на клетки, но могут связываться с поверхностными белками клеток либо с белками плазмы крови, менять их структуру, антигенные свойства и запускать таким образом иммунные реакции, которые и вызывают повреждении клеток организма.
¨ Выделяют группу химических веществ, которые вызывают деструкцию любых клеток и не обладают какой-либо специфичностью в отношении определенных молекул или органелл. К ним относятся :
- мощные окислители (перманганат калия – КMnO4, перекись водорода – H2O2, хлор - Cl2),
- концентрированные растворы и аэрозоли сильных неорганических кислот (соляной, серной, азотной) и щелочей (гидроокиси натрия, калия, кальция).
Эти вещества, обладая высокой реакционной способностью, окисляют биомолекулы, запуская свободно-радикальное повреждение, непосредственно повреждают липидымембран, вызывают денатурацию белков и нуклеиновых кислот, разрушают ковалентные связи между элементами биополимеров.
¨ Другая группа химических веществ – это реагенты, обладающие избирательной токсичностью, способные вызывать специфическое повреждение на молекулярном и субклеточном уровнях, избирательно взаимодействуя с отдельными молекулами или органеллами клетки.
К ним относятся:
- лекарственные препараты,
- боевые отравляющие вещества,
- тяжелые металлы,
- вещества, применяемые для уничтожения различных живых организмов (насекомых, растений, грибов).
Отдельных представителей этой группы можно отнести к следующим классам:
§ Мутагены – вещества, повреждающие ДНК и нарушающие синтез м-РНК, а следовательно, и белков. Примерами мутагенов являются:
- Вещества, которые встраиваются в молекулу ДНК, нарушая ее структуру, такие как: трициклические углеводороды, образующиеся при неполном окислении органических веществ (содержатся в табачном дыме, смолах, саже) и противоопухолевые антибиотики (циклофосфан, адриамицин, актиномицин).
- Вещества, образующие ковалентные связи с нуклеотидами (например, нитраты и нитрозамины).
§ Ингибиторы ферментов
- специфические (конкурентные) обратимые – имеют структурное сходство с субстратом соответствующего фермента. Они взаимодействуют с активным центром фермента, вытесняя соответствующий субстрат (конкуренция с субстратом). Например, ингибитор фермента ацетилхолинэстеразы (прозерин) – подавляя активность данного фермента, приводит к избытку ацетилхолина в синаптической щели, что резко увеличивает его эффект на различные органы. Препараты из группы ацетилхолинэстеразы известны как самые мощные боевые отравляющие вещества.
- неспецифические (бесконкурентные) обычно вызывают необратимое ингибирование ферментов, ковалентно связываясь не с активным центром, а с другими участками молекул. Например, тяжелые металлы связываются с сульфгидрильными группами различных ферментов и необратимо инактивируют их. Это приводит к острому некрозу тех тканей, в которых создается максимальная концентрация тяжелых металлов.
§ Вещества, связывающие металлы (хелатообразователи или хелатирующие агенты). Попадая в организм, эти соединения прочно включают в свой состав металлы определенной валентности, тем самым, снижая концентрацию данных металлов (в виде ионов) в плазме крови, в клетках. Например, ЭДТА (этилендиаминтетраацетат) – хелатирующий агент, который при попадании в кровь в большом количестве связывает ионы кальция, вызывая гипокальциемию; тетрациклин в высоких концентрациях накапливается в костной ткани, где прочно связывает ионы кальция, что тормозит рост костей в детском возрасте.
§ Вещества, проявляющие избирательное действие в отношении биологических мембран:
- ионофоры – жирорастворимые вещества, которые могут встраиваться в мембрану клетки и облегчать пассивный транспорт ионов через биологические мембраны клеток и митохондрий. Ионофоры внедряются в липидный бислой, связывают на одной поверхности ион, меняют свою конфигурацию и переносят этот ион на другую сторону мембраны клетки.
- вещества, встраивающиеся в мембраны клетки и образующие в ней ионные каналы - типичные примеры –грамицидин, полимиксин – антибиотики, которые в высоких дозах токсичны. Подобным механизмом действуют биомолекулы иммунной системы (белки системы комплемента, перфорин), которые в норме выполняют защитную функцию, но иногда могут повреждать и собственные клетки.
§ Жирорастворимые химические инертные вещества, растворимые в липидах: биологические депрессанты (снотворные средства, общие анестетики). Эти вещества обратимы подавляют многие функции различных клеток у разных видов живых организмов. Проблема механизма действия депрессантов до конца не решена. Однако четко установлено, что:
- все химические инертные вещества, растворимые в липидах, обладают свойствами депрессантов;
- более липофильные вещества обладают более выраженным депрессантным действием;
- наиболее быстро и сильно эффекты депрессантов проявляются в клетках, обгатых липидами.
К таким клеткам относятся нейроны и клетки нейроглии головного и спинного мозга. Поэтому действие данных веществ проявляется в виде угнетения деятельности ЦНС, потери сознания и всех видов чувствительности. По-видимому, биодепрессанты, растворяясь в липидных мембранах клеток ЦНС нарушают проницаемость ионных каналов и работу ионных насосов. Это ведет к нарушению передачи нервного импульса по нервным волокнам и выделению медиаторов в синапсах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Методичекое пособие по общей патофизиологии / Под редакцией А.Х. Каде. – Краснодар, 1998. – С. 17-20.
2. Курс медицины катастроф / Под ред. Л.П.Сокова и С.Л.Сокова. – М., 1999. – С. 23-32.