Классификация токсичных химических веществ общеядовитого действия. Физико-химические свойства оксида углерода и карбонилов металлов, механизмы их токсического действия

Классифицировать ТХВ рассматриваемой группы можно в соответствии с особенностями механизма их токсического действия:

.   ТХВ, нарушающие кислородтранспортные функции крови:

.   Нарушающие функции гемоглобина:

.   Образующие карбоксигемоглобин (монооксид углерода, карбонилы металлов).

.   Образующие метгемоглобин (оксиды азота, ароматические нитро- и аминосоединения, нитриты и др.).

.   Разрушающие эритроциты (мышьяковистый водород).

.   ОВТВ, нарушающие тканевые процессы биоэнергетики:

.   Ингибиторы ферментов цикла Кребса (производные фторкарбоновых кислот).

.   Ингибиторы цепи дыхательных ферментов (синильная кислота и ее соединения).

.   Разобщители тканевого дыхания и фосфорилирования (динитроортокрезол, динитрофенол).

Наряду с общими чертами, патологические процессы, развивающиеся при острых отравлениях ТХВ с различными механизмами общеядовитого действия, имеют и свою специфику.

При действии на организм оксида углерода (СО), а также при отравлении некоторыми карбонилами металлов, которые, попав в организм, разрушаются с образованием СО образуется карбоксигемоглобин. Карбонилами металлов называются соединения металлов с оксидом углерода. Их применяют в некоторых областях химической промышленности. Из множества соединений особый интерес представляют пентакарбонил железа [Fe(CO) 5] и тетракарбонил никеля [Ni(CO) 4] - вещества, легко разлагающиеся с образованием СО. Оба токсиканта представляют собой бесцветные летучие жидкости (максимальная концентрация в воздухе - более 300 г./м), пары которых, примерно в 6 раз тяжелее воздуха (могут образовывать нестойкие зоны заражения). Легко разрушающиеся с образованием СО. Плохо растворяются в воде; хорошо - в липидах.

Действуют как ингаляционно, так и через неповрежденную кожу (в крови разрушаются с образованием СО).

В зонах заражения возможны два варианта поражения - собственно веществами и продуктами их разложения. Собственно вещества обладают свойствами пульмонотоксикантов. Тяжелое поражение сопровождается развитием (в течение 10 - 15 часов) токсического отека легких. Токсичным продуктом разложения веществ является оксид углерода, особенности действия которого представлены ниже.

Окись углерода является продуктом неполного сгорания углеродосодержащих веществ, когда процесс горения происходит в условиях недостаточного поступления кислорода из воздуха. Окись углерода бесцветный газ, не имеющий запаха, с низкой плотностью по воздуху (0,97). Кипит при -191,5С и замерзает при -205,1С. В воде и плазме крови растворяется мало (около 2% по объему), лучше в спирте. Смесь СО с воздухом способна взрываться. Плохо сорбируется активированным углем и другими пористыми материалами. Оксид углерода как соединение с двухвалентным атомом углерода является восстановителем и может вступать в реакции окисления. На воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода. При нормальной температуре превращение СО в СО2 идет при участии катализаторов, например гопкалита (смеси двуокиси марганца (60%) и окиси меди (40%)). Поскольку газ легче воздуха зоны нестойкого химического заражения на открытом пространстве могут формироваться лишь в очагах обширных пожаров.

Во взрывных газах при взрыве тринитротолуола содержание СО доходит до 60% (685 мг/л), черного (бездымного) пороха - 4% (45 мг/л), при сгорании напалма, окиси пропилена в боеприпасах объемного взрыва - до 15% (170 мг/л). Производственная деятельность человека приводит к выбросу в биосферу 300-600 млн. тонн окиси углерода в год, 60% этого количества составляют выхлопные газы автотранспорта. В выхлопных газах карбюраторных двигателей, работающих на холостом ходу, содержится 15% СО, а при движении - до 4%. В основном потоке табачного дыма содержится 4,6% (53 мг/л) СО.

Клиника острого поражения развивается при содержании СО в воздухе более 0,1%.

Единственный способ поступления газа в организм - ингаляционный. Оксид углерода, при вдыхании зараженного им воздуха, легко преодолевает легочно-капиллярную мембрану альвеол и проникает в кровь. Скорость насыщения крови оксидом углерода увеличивается при повышении его парциального давления во вдыхаемом воздухе, усилении внешнего дыхания и интенсификации легочного кровообращения (увеличиваются при физических нагрузках). По мере увеличения концентрации яда в крови скорость резорбции замедляется. Выделение оксида углерода из организма при обычных условиях происходит в неизмененном состоянии также через легкие. Период полувыведения составляет 2 - 4 часа.

Оксид углерода активно взаимодействует с многочисленными гем-содержащими протеидами (гемоглобин, миоглобин, цитохромы и т.д.) при условии, что железо, входящее в структуру порфиринового кольца их простетической группы, находится в двухвалентном состоянии. Связь двухвалентного железа с СО - обратима. С трехвалентным железом вещество не взаимодействует.

Взаимодействие СО с гемоглобином

Проникая в эритроциты, СО, взаимодействуя с двухвалентным железом гемоглобина, образует прочный комплекс - карбоксигемоглобин. Взаимодействие яда происходит как с восстановленной (Hb), так и с окисленной (HbO) формой гемоглобина, поскольку в обеих формах железо двухвалентно.

Несмотря на то, что связь СО с гемоглобином довольно прочная, все же она обратима. Однако «сродство» СО к гемоглобину в 360 раз выше по сравнению с кислородом. «Сродство» СО к гемоглобину, не означает, что яд имеет большую скорость присоединения к гемоглобину, чем кислород, последний присоединяется к гемоглобину в 10 раз быстрее. Однако, скорость диссоциации карбоксигемоглобина примерно в 3600 раз меньше скорости диссоциации оксигемоглобина. Отсюда «сродство» = 3600:10=360 раз.

Оксид углерода не только связывает двухвалентное железо гемоглобина, он усугубляет диссоциацию оксигемоглобина, что усиливает развитие кислородной недостаточности (эффект Холдена). Даже при присоединении СО к одному из четырех гемов, три из которых связаны кислородом, яд резко нарушает способность гемоглобина отдавать кислород тканям. Присоединившись к молекуле гемоглобина первым, на один из четырех гемов, СО нарушает «гем-гем-взаимодействие» облегчающее связь кислорода с гемоглобином, тормозится связь кислорода с остальными тремя гемами, что значительно усугубляет гипоксию.

Взаимодействие СО с миоглобином

Миоглобин (MHb) занимает промежуточное положение между гемоглобином крови и окислительными ферментами мышц (цитохромами) и в момент сокращения мышц, когда зажимаются капилляры и падает парциальное давление кислорода, бесперебойно обеспечивает мышцы кислородом, путем его отщепления

При взаимодействии СО с миоглобином образуется карбоксимиоглобин (СОМНЬ). Нарушается обеспечение работающих мышц кислородом. Этим объясняется развитие выраженной мышечной слабости, особенно нижних конечностей и миокарда. Сродство СО к MHb мышц в 14-50 раз больше, чем кислорода к MHb.

Взаимодействие с цитохромами

При наличии во вдыхаемом воздухе высокой концентрации СО, происходит его взаимодействие с двухвалентным железом цитохрома «а», в результате развивается нарушение тканевого дыхания. Наиболее активно СО взаимодействует с цитохромоксидазой в активнометаболизирующихся тканях, где локальное давление кислорода в клетках оказывается подчас невысоким. Это происходит, несмотря на высокое «сродство» цитохромоксидазы к кислороду, превосходящее в 3000 раз ее «сродство» к СО. Однако при высоких концентрациях оксида углерода в воздухе и, в связи с его непрерывным потреблением, яд в значительном количество проникает в клетку и вступает во взаимодействие с цитохромоксидазой, не вытесняясь оттуда кислородом, концентрация которого в воздухе при этом уменьшается. По данным А.Л. Тиунова, в результате этого нарушается образование в дыхательной цепи воды, образуются активные свободные радикалы. Последние активируют перекисное окисление липидов, что приводит к повреждению мембранных структур, способствует нарушению поведенческих реакций и развитию трофических процессов, угнетается двигательная активность.