Химизм токсичности металлов
том случае, когда происходит обменная реакция вещества с водой и
ионы растворенного вещества способны образовывать мало диссоциированные
соединения с Н и ОН [дописать вверху знаки] или с обоими (образуются
кислоты и основания).
Таким образом, сила действия металла может быть связана как со степенью
диссоциации, так и со способностью его соединений к гидролизу, так как от
результата этих процессов будет зависеть число свободных ионов или стойких
соединений металла.
Существует несколько точек зрения на значение аниона в неорганической соли.
Как уже упоминалось, Mathews (1904) считал, что для действия солей важны
оба иона, а эффект является суммой действия катиона и аниона. По его
мнению, действие, например, хлорида, сульфата, нитрата, ацетата натрия
примерно одинаково не в силу эффекта, зависящего только от катиона, а
потому, что все указанные анионы имеют одинаковое или близкое значение
нормальноно потенциала, а последний связан с токсичностью обратной
зависимостью.
Loeb (1901), а также Frankel (1928) склонялись скорее к тому, что
токсичность солей металлов в основном зависит от катиона, мало изменяясь от
наличия того или иного кислотного радикала соли. Однако, по мнению Frankel,
бактерицидное действие солей зависит и от анионов, так как здесь вступают в
силу различия в степени диссоциации или гидролиза солей.
Позднее Seifritz (1949), анализируя экспериментальные данные, пришел к
выводу, что токсичность соединений металлов (солей) определяется только
свободным ионом металла и мало изменяется при замене кислотного радикала.
Таким образом, современные даные говорят, что в токсическом действии солей
металлов основное значение принадлежит самому металлу – катиону. Кислотный
радикал может изменять этот эффект в незначительной степени (в силу
изменения растворимости или степени диссоциации соли). Например, это
существенно, когда речь идет о карбонатах. Эти соли менее токсичны в силу
слабой растворимости и такой же слаюой диссоциации. Исключение составляяют
карбонаты металлов первой группы.
Не только общая токсичность, определяемая по DL50, но и другие, часто
специфические, эффекты солей металлов связаны с действием и дозой именно
металла. Это показано на примере специфического эпилирующего действия
таллия, которое одинаково при равных дозах металла, введенного в виде
разнообразных солей (Vuillaum, 1953). Как установлено (Bamann, 1954),
специфическое действие редкоземельных элементов на свертываемость крови
определяется только ионом металла и не зависит от аниона.
Имеются данные, указывающие, что степень окисления овновного элемента в
аниона может влиять на токсичность солей. Так, токсичность анионов,
содержащих галоиды, увеличивается с возрастанием степени окисления галоида,
а ядовитость анионов, включающих элементы V-VI групп периодической системы
элементов (азот, серу), наоборот, снижается приповышении валентности.
Для галоидных соединений металлов большое значение имеет степень
диссоциации и главным образом гидролиза с образованием кислот. Такой
гидролиз известен для галогенидов многих металлов: олова, титана, тантала,
ниобия, германия и др. Их токсическое, а именно раздражающее, действие
связано с гидролизом этих соединений как в водных растворах, во влажном
воздухе, так и при соприкосновении с влажными средами организма, в первую
очередь – на слизистых оболочках дыхательных путей (И.В.Саноцкий, 1961;
Н.В.Мезенцева, 1963).
Биологический и токсический эффект солей, как указано выше, может
изменяться в силу специфичности действия анионов, например, галогенов, а
также из-за гидролиза, сопровождающегося образованием свободных кислот или
оснований. Ведущая же роль принадлежит катиону металла.
Не совсем одинаково действие простых и комплексных солей редкоземельных
элементов. Первые действуют фазно: после депрессии происходит нормализация
состояния животных, но затем наблюдается резкое его ухудшение; комплексные
же соли сразу вызывают резкую депрессию и быструю гибель животных. Однако
хелатные комплексы так же, как и цитратные комплексы редкоземельных
металлов, менее токсичны, чем их соли (Kyker, Cress, 1957; Graga и соавт.,
1958).
Токсическое действие металлов в виде окислов.
Большая часть промышленных ядов – металлов встречается в природе и
производственных условиях в виде окислов. В основном из окислов состоит
огромное количество руд, таких, как железные, марганцовые, ванадиевые,
кобальтовые, титановые, алюминиевые и целый ряд других. Окислы образуются
при процессах электросварки, что связано как с высокой температурой нагрева
свариваемого материала, так и с составом сварочных электродов и флюсов.
Окислы металлов образуются, выделяютя в воздушную среду и вдыхаются чаще
всего в виде аэрозолей, характер и степень дисперсности которых весьма
различна.
Такие физические свойства, как точка плавления и точка кипения, более важны
как факторы, определяющие интенсивность испарения и возможность достижения
известных концентраций. Такое же физико-химическое свойство окислов, как
растворимость, имеет непосредственное значение для токсичности.
Растворимость окислов металлов, проникающих в организм черех дыхательные
пути, влияет на быстроту действия, так как растворение и резорбция могут
происходить уже при соприкосновении со слизистыми верхних дыхательных
путей. Растворимостью же может определяться локализация местного действия,
как и быстрота и степень резорбции из легочного депо, из желудка и т.п.
Как хорощо известно, окислы металлов за малым исключением плохо растворимы.
В химических руководствах они относятся к практически нерастворимым
соединениям (Н.А.Глинка, 1953; Б.Н.Некрасов, 1965). Все же и эта малая
растворимость позволяет создаваться концентрациям, достаточным для
биологического, в частности, токсического эффекта.
Обычно растворимость окислов в биологических жидкостях, чаще всего в
крови, выше, чем в воде. Некоторые данные о растворимости окислов металлов
в крови, сыворотке и плазме.
Химические окислы металлов состоят из положительно заряженных ионов
металлов и отрицательных ионов кислорода. При контакте с водой окислы
переходят в гидроокислы, которые постепенно диссоциируют, освобождая ион
металла. Например для окислов двухвалентных металлов:
ЭО + H2O Э/ОН2 Э/ОН+ + ОН-
Э++ + ОН—
Таким образом, быстрота и степень диссоциации окислов также могут
отражаться на ядовитости. Как и ядовитость солей, токсичность окислов
коррелирует с рядом физических свойств. Токсичность окислов находится в
удовлетворительной зависимости также от стабильности гидратных комплексов.
Ядовитость окислов солей металлов изменяется в одном направлении.
Токсичности тех и других линейно связаны.
Всасывание, транспорт и распределение металлов
Для токсического действия необходим контакт яда с биологическим
субстратом – объектом этого действия. Контакт может осуществляться при
циркуляции яда во всех жидких средах организма (крови, ликворе, межтканевой
жидкости и т.п.), а также при непосредственном соприкосновении с оболочками
клеток, цитоплазмой и её составными элементами.
В силу этого в токсическом действии металлов, как и других ядов,
большое значение имеют их транспорт, распределение, концентрация в месте
действия, метаболизм, скорость и пути выделения. Вопросы метаболизма ядов,
имеющие большое значение для понимания действия органических веществ, мало
изучены в отношении металлов. Однако некоторые данные о превращении
металлов в живом организме все же имеются. Известны происходящие в
организме восстановительные процессы, при которых металлы и неметаллы из
состояния высшей валентности переходят в состояние низшей валентности. Это
установлено для железа, марганца, молибдена, ванадия, хрома, мышьяка.
Концентрация металлов в месте действия, как ивообще любых ядов или
фармакологических средств, является результатом динамических процессов
всасывания из места поступления, проникания в жидкие среды, транспорта,
распределения в органах и тканях, химических превращений в последних и
процессов выведения из организма.
Последнее осуществляется с различной скоростью и различными путями.
Резорбция и распределение, а также выделение металловы, как и вообще
экзогенных ядов, в конечном итоге схематически представляют как ряд
процессов распределения между внешней средой(вода, воздух) и биосредами. В
свою очередь в последних происходит перераспределение между фазами: кровью
и тканевыми и межклеточными жидкостями, между последними и клетками, между
внутриклеточными структурами.
Для осуществления непосредственного контакта любого яда с тканями,
клетками, рецепторами и т.д. ему приходится проникать через множество
пограничных поверхностей – биологических мембран . Роль последних играет
кожа, слизистая желудочно-кишечного тракта, эндотелии сосудов, альвеолярный
эпителий, вообще гистогематические барьеры, оболочка клеток,
внутриклеточных структур и т.д. По современным представлениям биологические
мембраны имеют белково-липидную структуру. Клеточные мембраны представляют
самостоятельный структурный элемент, активно участвующий в процессах обмена
веществ. Мембраны рассматриваются как биологические, динамические
структуры, содержащие ряд важных энзимных систем. Повреждения, вызываемые
ядами, нарушение функций энзимов приводят к изменению проницаемости
транспорта через эти оболочки(см.Bersin,1963).
Поверхность клеточных оболочек несет отрицательный заряд, что
показано на примере эритроцитов, сперматозоидов, многих бактерий; но в тоже
время на отдельных участках заряд может меняться. Ионы(катионы), достигнув
поверхности клетки, либо фиксируются на ней, либо отталкиваются в силу
одноименности заряда. Например, полагают, что анионы проходят эритроциты
через положительно заряженные поры; положительно заряженные ионы не могут
проникнуть через них, с чем связана плохая проницае
| |  скачать работу |
Химизм токсичности металлов |
