Изучение связей между химическим составом веществ, их строением, физико-химическими свойствами и общебиологическим, в частности токсическим действием насчитывает сотни лет. Это одна из основных задач общей токсикологии как науки, имеющей гигиенический (профилактический) характер.
Из клинической практики известно немало примеров сходного токсического действия веществ разной химической структуры, например местное прижигающее действие крепких кислот и щелочей. Вместе с тем близкие по химическому строению вещества могут давать в организме различный эффект, например нетоксичный сульфат бария применяется в рентгенологии, а любая соль бария, растворимая в воде, обладает высокой токсичностью. Это объясняется тем, что химическая структура чужеродных веществ более разнообразна, чем типологические реакции организма. Обнаружены некоторые типичные виды зависимости токсического действия органических соединений от их состава, химической структуры и физико-химических свойств (Филов В.А. и др., 1976).
В соответствии с правилом «разветвленных цепей» химические соединения с нормальной углеродной цепью дают более выраженный токсический эффект по сравнению со своими разветвленными изомерами. Так, пропиловый или бутиловый спирт – более сильный наркотик, чем соответствующие им изопропиловый и изобутиловый спирты.
Замыкание цепи углеродных атомов ведет к увеличению токсического действия углеводородов при их ингаляционном поступлении в организм. Например, пары циклопропана, циклопентана, циклогексана действуют сильнее, чем пары соответствующих метановых углеводородов пропана, пентана, гексана.
Введение в молекулы гидроксильной группы обусловливает увеличение растворимости яда, ослабляет его токсическое действие, так спирты менее токсичны, чем соответствующие углеводороды. Следует учитывать, что при любом сопоставлении токсичности имеется в виду единый способ введения и одинаковая концентрация сравниваемых препаратов в какой-либо одной среде.
|
|
Введение галогенов, как и других химически активных групп (нитро-нитрозоаминогруппы), в молекулу органического соединения почти всегда сопровождается усилением токсичности и появлением новых токсических эффектов. Это объясняется изменением физико-химических свойств вещества, его способности к определенным химическим реакциям и превращениям в организме. Например, при переходе от моно- к динитроанилинам резко возрастает способность к кумуляции, а вместо гемо- и гепатоксического действия нарастает угнетение тканевого дыхания.
На выраженность действия органических соединений заметно влияют введение в молекулу замещающих радикалов. Например, токсичность тем выше, чем больше ненасыщенность соединения: аллиловый спирт (СН 2 = СН – СН 2 ОН) более токсичен, чем пропиловый
(СН 3 СН 2 – СН 2 ОН), симметричный дихлорэтан вдвое токсичнее несимметричного.
Согласно правилу Ричардсона наркотическое действие неэлектролитов возрастает в гомологическом ряду с увеличением числа атомов углерода, т.е. с возрастанием молекулярной массы. Однако это правило имеет ряд исключений. Первые представители гомологических рядов – производные метана оказывают более сильное общее токсическое и специфическое действие, чем последующие. Так, муравьиная кислота, формальдегид, метанол значительно токсичнее, чем уксусная кислота, ацетальдегид и этанол. Дальнейшее нарастание наркотического эффекта идет только до определенного ряда, а затем уменьшается, что связано с резким изменением растворимости.
|
|
С учетом этих исключений правило нарастания токсичности в гомологических рядах используется токсикологами для предсказания токсичности новых веществ с помощью метода интерполяции, т.е. определения токсичности гомолога, расположенного между гомологами с известной токсичностью, и экстраполяции. Кроме того, для расчетов показателей токсичности широко используется корреляционный анализ, который дает возможность получить ориентировочные значения токсического действия. Например, теоретической основой системы Н.В.Лазаоева (1959) является взаимосвязанность биологического действия с основным физико-химическим свойством органического вещества – его липофильностью.
Токсичность неорганических соединений чаще всего определяется токсичностью образующихся ионов и их электронной стабильностью, т.е. чем более химически активен данный элемент, тем он более токсичен. Детальное изложение сложной проблемы корреляции между токсичностью и физико-химическими свойствами веществ имеется в специальных монографиях по количественной токсикологии.
Определенное влияние на токсическое действие веществ оказывают степень их химической чистоты и содержание примесей. Например, в промышленном образце фосфорорганического инсектицида карбофоса обычно содержится до 5% различных кислородных аналогов и других примесей, значительно повышающих общую токсичность этого препарат. Кроме того, при длительном хранении токсичность многих препаратов или повышается (например, фосфорорганические инсектициды), или уменьшается (например, крепкие кислоты и щелочи), что необходимо учитывать в клинической практике.