ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.Н. ТУПОЛЕВА

 

ПРАКТИКУМ

ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ

Под редакцией А.Н. Глебова   Рекомендовано к изданию Учебно-методическим центром

Предисловие

Курс основ токсикологии появился в технических вузах относительно недавно, для небольшого числа специальностей (Инженерная защита окружающей среды, безопасность жизнедеятельности и др.) и потому существует определенная сложность в изложении его для студентов. Во-первых, учебные планы этих специальностей имеют минимальное количество дисциплин биологического направления, во-вторых, учебных пособий для студентов –будущих инженеров практически нет, а соответствующие учебники для медицинских и биологических специальностей слишком насыщены специальной терминологией. Этими соображениями и руководствовались авторы при создании этого учебного пособия.

Студент после прохождения курса должен представлять себе токсикологию как дисциплину, тесно взаимодействующую с медициной, биологией, физиологией, биохимией, химией. Он должен знать основные токсикологические понятия, условия их применения, основные симптомы наиболее частых отравлений, пути их нейтрализации. Он должен уметь поставить простейшие эксперименты по определению токсичности того или иного вещества и оценить токсикологические параметры их воздействия.

Авторы исходили из положения, что учебное пособие должно содержать все основные положения ГОС по основам токсикологии. В соответствии с этим структура пособия охватывает все основные разделы токсикологии и содержит основные теоретические положения основ токсикологии. Авторы постарались адаптировать материал для слушателей с минимальными знаниями по анатомии, физиологии, биохимии и генетики человека и животных. В то же время понятия токсикологии и эмпирический материал изложены по возможности полно. В первом разделе рассматриваются основные токсикологические понятия. Во втором разделе дается общая характеристика токсического действия, пути и механизмы проникновения ядов в организм. В третьем разделе рассматриваются механизмы действия токсикантов, в четвертом – методы нейтрализации ядов, наконец, в пятом – основные положения экотоксикологии и в шестом – действие различных ядов на организм человека и других организмов.

В соответствии с этими разделами распределены и практические работы. Они просты в исполнении и дают представление о методах токсикологии, о действии ядов и путях их нейтрализации. Работы сделаны с минимальным количеством токсических веществ, в то же время достаточно наглядны и дают представление о действии токсикантов на различные организмы.

В конце пособия представлены вопросы для самопроверки, позволяющие представить студентам уровень требований к ответу на экзамене или зачете.

Список литературы в конце пособия составлен из достаточно новых и доступных источников.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Одна из основных задач токсикологии - обнаружение и характеризация токсических свойств химических веществ, которые способны вызвать в организме… Основными параметрами токсикометрии являются: Limac – порог однократного (острого) действия токсического вещества – минимальная пороговая доза, вызывающая изменения…

Классификация ядов и отравлений

Количество химических соединений, используемых в настоящее время в народном хозяйстве и быту, настолько велико, а характер их биологического действия настолько разнообразен, что приходится применять несколько видов классификаций. Они делятся на две группы: общие, основанные на каком-либо общем принципе оценки, подходящие для всех без исключения химических веществ, и специальные, отражающие связь между отдельными физико-химическими или другими признаками веществ и проявлениями их токсичности (табл. 1). Наиболее широко используется химическая классификация, предусматривающая деление всех химических веществ на органические, неорганические и элементоорганические. Исходя из принятой химической номенклатуры, определяют класс и группу этих веществ.

Таблица 1.

Принципы классификации ядов и отравлений (По Е.А. Лужникову)

Классификация ядов
Общие	Специальные
По химическим свойствам	По типу развивающейся гипоксии
По цели применения	По механизму воздействия на фенментные системы
По степени токсичности	По характеру биологических последствий
По виду токсического действия	По степени канцерогенной активности
По избирательной токсичности
Классификация отравлений
Этиопатогенетические	Клинические
По причине развития	По особенностям клинического течения
По условиям (месту) развития	По тяжести заболевания
По пути поступления яда	По наличию осложнений
По происхождению ядов	По исходу заболевания

 

Большое значение для профилактики отравлений имеет классификация токсических веществ по цели применения. Различают:

1) промышленные яды, используемые в промышленной среде.

2) ядохимикаты, применяемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур

3) лекарственные средства, имеющие свою фармакологическую классификацию.

4) бытовые химикаты.

5) биологические, растительные и животные яды

6) боевые отравляющие вещества (БОВ).

Некоторые из этих классификаций приведены в табл. 2-4.

Таблица 2

Гигиеническая классификация ядов

Степень токсичности вредных веществ	Путь поступления яда
ингаляционный	энтеральный
CL50,мг/л	ПДК, мг/л	DL50 мг/кг
Чрезвычайно токсичные	<1,0	<1,0	<15
Высокотоксичные	1-10	<10	15-150
Умеренно токсичные	11-40	<100	151-1500
Малотоксичные	>40	>100	>1500

Таблица 3

Токсикологическая классификация ядов (по Е.А.Лужникову)

Общий характер токсического воздействия	Характерные представители токсических веществ
Нервно-паралитическое действие (бронхоспазм, удушье, судороги и параличи)	Фосфорорганические инсектициды (хлорофос, карбофос и пр.), никотин, анабазин, БОВ (“Ви-Икс”, зарин и пр.)
Кожно-резорбтивное действие (местные воспалительные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими резорбтивными явлениями)	Дихлорэтан, гексахлоран, БОВ (иприт, люизит), уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть (сулема)
Общетоксическое действие (гипоксические судороги, кома, отек мозга, параличи)	Синильная кислота и ее производные, угарный газ, алкоголь и его суррогаты, БОВ (хлорциан)
Удушающее действие (токсический отек легких)	Окислы азота, БОВ (фосген, дифосген)
Слезоточивое и раздражающее действие (раздражение наружных слизистых оболочек)	Хлорпикрин, БОВ (“Си-Эс”, адамсит и пр.), пары крепких кислот и щелочей
Психотическое действие (нарушение психической активности – сознания)	Наркотики (кокаин, опий), атропин, БОВ (“Би-Зэт”, ЛСД – Диэтиламид, лизергиновая кислота)

 

Наибольшее значение для клинической токсикологии имеет разделение химических веществ по характеру их токсического действия на организм. Это позволяет поставить первичный клинический диагноз отравления, разработать принципы профилактики и лечения токсического поражения и определить механизм его развития (табл. 3). Однако токсикологическая классификация ядов имеет очень общий характер и обычно детализируется дополнительной информацей об их “избирательной токсичности” (табл. 4).

Таблица 4

Классификация ядов по “избирательной токсичности”(по Е.А.Лужникову)

Характер избирательной токсичнолсти	Характерные представители токсических веществ
“Сердечные яды” Кардиотоксическое действие-нарушение ритма и проводимости сердца, токсическая дистрофия миокарда	Сердечные гликозиды (дигиталис, ди-гоксин, лантозид и пр.); трициклические антидепрессанты (имипрамин, амитриптилин); растительные яды (аконит, чемерица, заманиха, хинин и пр.); животные яды (тетродотоксин); соли бария, калия
“Нервные яды” Нейротоксическое действие-нарушение психической активности, токсическая кома, токсические гиперкинезы и параличи	Психофармакологические средства (наркотики, транквилизаторы, снотворные); фосфорорганические соединения; угарный газ; производные изониазида (тубазид, фтивазид); алкоголь и его суррогаты
“Печеночные яды” Гепатоксическое действие – токсическая гепатопатия	Хлорированные углеводороды (Дихлор-этан и пр.); ядовитые грибы (бледная поганка); фенолы и альдегиды
“Почечные яды” Нефротоксическое действие – токсическая нефропатия	Соединения тяжелых металлов; этиленгликоль; щавелевая кислота
“Кровяные яды” Гематоксическое действие – гемолиз, метгемоглобинемия	Анилин и его производные; нитриты; мышьяковистый водород
“Желудочно-кишечные яды” Гастроэнтеротоксическое действие – токсический гастроэнтерит	Крепкие кислоты и щелочи; соединения тяжелых металлов и мышьяка

Классификация отравлений как заболеваний химической этиологии имеет в своей основе три ведущих принципа: этиопатогенетический, клинический и нозологический. Согласно первому принципу, отравления делят по причине их возникновения.

Случайные отравления развиваются независимо от воли пострадавшего вследствие самолечения и передозировки лекарственных средств (например, обезболивающих при болевом синдроме или снотворных при бессоннице), при алкогольной интоксикации, в результате ошибочного приема одного лекарства вместо другого или средства для наружного применения внутрь, а также при несчастных случаях (взрыв, утечка ядовитого вещества, разбитая тара и пр.) на химическом производстве, в лабораториях или в быту (например, при пожаре или неисправности отопительной системы).

Преднамеренные отравления бывают связаны с осознанным применением токсического вещества с целью самоубийства (суицидальные отравления) или убийства (криминальные отравления). В последнем случае возможны и несмертельные отравления вследствие применения ядов для развития у потерпевшего беспомощного состояния (в целях ограбления, изнасилования и пр.).

Суицидальные отравления могут носить демонстративный характер, когда пострадавший на самом деле не преследовал цели самоубийства, а лишь изображал такую цель. В настоящее время в мире регистрируется в среднем около 120 несмертельных суицидальных отравлений на 100000 жителей и 13 смертельных, что представляет собой сложную социально-психиатрическую проблему. Около 10 – 15% всех суицидальных отравлений – это отравления психически больных.

Отравления различаются согласно конкретным условиям (место) их возникновения.Производственные (профессиональные) отравления развиваются вследствие воздействия промышленных ядов, непосредственно используемых на данном предприятии или в лаборатории при авариях или грубом нарушении техники безопасности при работе с вредными веществами.Бытовые отравления, представляют наиболее многочисленную группу этой патологии, связаны с повседневной жизнью современного человека и встречаются в быту при неправильном использовании или хранении многочисленных лекарственных средств, домашних химикалиев, а также при неумеренном приеме алкоголя и его суррогатов. Существует еще один вид отравлений, которые часто называют“медицинскими”, так как они отмечаются в медицинских учреждениях при ошибке медицинского персонала в дозировке, виде или способе введения лекарственных средств.

В медицинской практике широко используется классификация “экзогенных” отравлений соответственно пути поступления токсического вещества в организм, поскольку это во многом определяет меры первой помощи при данной патологии. Среди бытовых отравлений широко распространеныпероральные, которые связаны с поступлением ядов через рот. К этой категории относится большая группапищевых отравлений, когда яд попадает в организм вместе с пищей. Напротив, среди производственных отравлений преобладают ингаляционные, поступающие при вдыхании токсических веществ, находящихся в окружающем воздухе. Кроме того, часто отмечаютсяперкутанные (накожные) отравления при проникновении токсических веществ через незащищенные кожные покровы.

Инъекционные отравления наблюдаются при парентеральном введении яда, например при укусах змей и насекомых, а полостные – при попадании яда в различные полости организма (прямую кишку, влагалище, наружный слуховой проход и пр.). Кроме того, в медицинской литературе встречаются иные обозначения отравлений соответственно происхождению вызвавшего их токсического вещества. Отравления, вызванные поступлением яда из окружающей человека среды, носят название экзогенных в отличие от эндогенных интоксикаций токсическими метаболитами, которые могут образоваться и накапливаться в организме при различных заболеваниях, чаще связанных с нарушением функции выделительных органов (почки, печень и пр.).

Отравления лекарствами получили наименование лекарственных (медикаментозных), промышленными ядами – промышленных, алкоголем – алкогольных и т.д.

Классификация отравлений по клиническому принципу предусматривает прежде всего учет особенностей их клинического течения.Острые отравления развиваются при одномоментном поступлении в организм токсической дозы и характеризуются острым началом и выраженными специфическими симптомами. Хронические отравления обусловлены длительным, часто прерывистым, поступлением ядов в малых (субтоксических) дозах. Заболевание начинается с появления малоспецифических симптомов, отражающих первичное нарушение функций преимущественно нервной и эндокринной систем. Выделяют более редкие по своей распространенности подострые отравления, когда при однократном введении яда в организм клиническое развитие отравления очень замедленно и вызывает продолжительное расстройство здоровья. Этот вид отравления обычно рассматривают вместе с острыми, ко-торые более близки к ним по патогенезу и симптоматике.

Соответственно степени тяжести определяют легкие, средней тяжести, тяжелые, крайне тяжелые и смертельные отравления, которые прямо зависят от выраженности клинической симптоматики и в меньшей степени от величины принятой дозы. Известно, что развитие осложнений (пневмония, острая почечная или печеночная недостаточность и пр.) значительно ухудшает прогноз любого заболевания, поэтомуосложненные отравления обычно относятся к категории тяжелых.

В клинической токсикологии принято выделять определенные нозологические формы отравлений, которые могут вызывать даже различные по своей химической структуре вещества при условии единого патогенеза их токсического действия, идентичных клинических проявлений и патоморфологической картины. Поэтому нозологическая классификация основана на названиях отдельных химических препаратов (например, метиловым спиртом, мышьяком, угарным газом и пр.) или группы веществ (например, барбитуратами, кислотами, щелочами и пр.). Возможно использование наименований целого класса веществ, объединенного общностью их применения (ядохимикаты, лекарства) или происхождения (растительные, животные и синтетические яды), однако в этих случаях используется не нозологическая, а видовая классификация отравлений, необходимая для общей систематизации всех многочисленных нозологических форм заболеваний химической этиологии.

Работа 1. Определение основных

Токсикологических параметров при действии солей тяжелых металлов

На прорастание семян

Данная работа позволяет на примере растений получить значения ПДК и CL50 для различных токсикантов на примере солей тяжелых металлов. Оборудование, реактивы, материалы: чашки Петри, цилиндры, пробирки, соли…

Ход работы

Приготовленные растворы, а также в качестве контроля дистиллированная вода, наливаются в чашки Петри по 5 мл, затем туда же помещаются вырезанные… Чашки Петри закрываются крышками и помещаются в темное место. По мере…  

ВЛИЯНИЕ ТОКСИКАНТОВ НА АКТИВНОСТЬ

ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Общая характеристика токсического действия. Токсикокинетика

Таким образом, общий токсический эффект является результатом специфического токсического действия и неспецифических реакций организма -… В процессе реализации “химической травмы” всегда обнаруживается сочетание… Распределение токсических веществ в организме зависит от трех основных факторов: пространственного, временного и…

Всасывание, распределение, биотрансформация и выделение ядов

Мембранные системы организма имеют одинаковое строение, но отличаются по функциональным свойствам. Они представляют собой подвижные структуры,… Вопрос о прохождении веществ через мембраны достаточно сложный, так как при… Первый тип характерен для нейтральных молекул. При этом быстрее всего диффундируют молекулы веществ, обладающих…

Работа 2. Влияние времени воздействия на активность движения

Одноклеточных

Данная работа демонстрирует развитие токсического действия хлористого натрия на подвижность инфузории туфельки, принадлежащей к простейшим.

Оборудование, реактивы, материалы: микроскоп, секундомер, раствор NaCl 1 М, 0,1 М, 0,01 М, предметное стекло, стеклянная палочка, популяция инфузорий.

Ход работы

МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ТОКСИКАНТОВ

К их числу относят вещества, обладающие способностью разрушать фосфолипиды, в результате чего дезорганизуется и разрушается жидкокристаллическая… Показано, что избыток или недостаток витаминов D и Е повышают проницаемость… С другой стороны, холестерин, кортизон и ряд синтетических аналогов глюкокортикоидных гормонов, хлорохин, хлорпромазин…

Работа 3. Определение устойчивости клеток различных растений к обезвоживанию серной кислотой

Предлагаемая работа основана на свойствах серной кислоты обезвоживать клетки листа, что часто встречается в условиях антропогенного загрязнения,… В другом варианте серная кислота, содержащаяся в воздухе больших городов,…

С12Н22О11→12 С + 11 Н2О.

Живая клетка отличается от мертвой хорошо выраженным плазмолизом.

Оборудование, реактивы, материалы: 1) микроскоп; 2) предметные и покровные стекла; 3) эксикатор; 4) бритва; 5) концентрированная серная кислота, разведенная дистиллированной водой (1:1); 6) 1 М раствор сахарозы; 7) листья разных древесных растений.

Ход работы

Строят ряд устойчивости клеток разных растений к обезвоживанию (устойчивости к сернистому газу). Можно одновременно определить и содержание воды в вырезанных пластинках листа.… В случае отсутствия древесных растений можно использовать комнатные.

Работа 4. Влияние солей тяжелых

Металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки

При поступлении в растения воздушным (через устьица) или капельным (роса, туман, слабые осадки) путями определенная доза биогенных тяжелых металлов… Целью работы является выявление действия биогенных и небиогенных тяжелых… Оборудование, реактивы, материалы: 1) микроскоп; 2) предметные и покровные стекла; 3) препаровальная игла; 4) бритвы;…

Ход работы

А. Определить начало и характер плазмолиза клетки под действием одинаковых концентраций биогенных и небиогенных солей. Для этого заменить воду в… Б. Выявить комплексное действие повышенной температуры и одной из наиболее…

Работа 5. Влияние солей тяжелых

Металлов на коагуляцию

Растительных и животных белков

Оборудование, реактивы, материалы: 1) пробирки - 16 шт.; 2) пузырьки из-под пенициллина - 8 шт.; стаканчик - 1 шт.; 4) пипетка на 1 мл - 1шт.; 5)…

Ход работы

Результаты оформляют в виде таблицы. Определяют концентрацию раствора соли, при которой происходит коагуляция белка… Ответить на следующие вопросы.

Приготовление растворов белков

А. У куриного яйца отделить белок в мерный стаканчик, размешать его стеклянной палочкой в дистиллированной воде в соотношении 1:10. Затем профильтровать.

Б. Зерновой вызревший горох перемолоть в муку в кофемолке, развести в соотношении: 10 г гороховой муки на 50 мл 10%-ного раствора NaCl или KCl. Профильтровать.

МЕТОДЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ

ДЕЙСТВИЯ ТОКСИКАНТОВ

Основные и дополнительные факторы, определяющие развиие отравлений

Таблица 6 Факторы, определяющие развитие отравлений (по Е.А.Лужникову) …  

Основные методы детоксикации организма при острых отралениях

Таблица 7 Основные методы детоксикации (по Е.А.Лужникову) Методы усиления…  

Работа 6. Нейтрализация токсического действия фенола янтарной кислотой

Одним из методов преодоления токсического действия вредного вещества является мобилизация внутренних резервов организма с тем, чтобы компенсировать… Оборудование, реактивы, материалы: чашки Петри, цилиндры, пробирки, раствор…

Ход работы

На основании полученных результатов составляется график зависимости прорастания семян от концентрации фенола, и действие на него янтарной кислоты.

Работа 7. Нейтрализация действия

Тяжелых металлов на прорастание семян с помощью комплексона

Трилона Б.

Оборудование, реактивы, материалы: чашки Петри, цилиндры, пробирки, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, раствор Трилона Б с…

Ход работы

На основании полученных результатов составляется график зависимости прорастания семян от концентрации фенола, и действие на него янтарной кислоты.…

ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ

Оценка и управление риском

Согласно одному из определений риск – это вероятность реализации опасности, или ожидаемая величина ущерба, связанного с каким-либо действием. Из… Качественно экологический риск, связанный с использованием химикатов,… РИСК = ЭКСПОЗИЦИЯ х ТОКСИЧНОСТЬ

Особо опасные экотоксиканты

Однако для большинства людей химико-экологические проблемы предстают не как изменение климата, уровня солнечной радиации у земной поверхности или… Еще одной зримой приметой негативных перемен стало резкое возрастание… За всем этим кроются изменения химических процессов в окружающей человека природной среде. Большинство из них связано…

Тяжелые металлы

Совершенствование техники химического анализа в сочетании с детальным изучением биохимических процессов позволило установить важную биологическую… Марганец, например, обнаружен в простетических группах ферментов,… Еще более обширен перечень энзимов (около 200), в которые входит цинк. Среди них один из наиболее распространенных в…

Ртуть, природные и антропогенные источники

Весьма значительным источником ртути для водных объектов служат также некоторые районы залегания минералов-концентраторов, к числу которых относятся… В атмосферу этот металл поступает в виде паров в результате дегазации земных… Можно выделить три основные группы отраслей промышленности, выбрасывающие наибольшее количество ртути:

СНзСОО)Нg → (СНзСОО)НgСНз +СО2.

Донором метильной группы в реакции, катализируемой трансметилазой, может служить также холин. Так, гриб Nеиrоsроrа метилирует по этому механизму… Нg2+ + RSH →RSHg+ RSHg+ + (СН3)3NСН2СН2ОН → СНз Нg2+ + RSH

Кадмий

В промышленности кадмий используется главным образом в качестве противокоррозионного покрытия изделий из стали, стабилизатора поливинилхлорида, пигмента для пластмасс и стекла, а также электродного материала в никель-кадмиевых аккумуляторах и батареях. В химической промышленности соединения кадмия применяются в качестве катализаторов (производство терефталевой кислоты, гидрирование жиров и др.).

Основными антропогенными источниками кадмиевого загрязнения (его масштабы в середине 1980-х годов составляли около 7600 т/год) служат предприятия по добыче цинка и гальваническое производство. Значительные количества кадмия поступают в окружающую среду с городскими отходами, содержащими отслужившие срок батареи и пластмассы: сжигание коммунальных отходов приводит к выделению содержавшегося в пластмассах кадмия в атмосферу.

Сельскохозяйственные почвы получают кадмий вместе с фосфатами, поскольку содержание его в этих удобрениях составляет обычно 35-260 г/т. Расчетная величина ежегодного поступления кадмия в пахотный слой почвы для стран ЕЭС равна 5 г/га, что составляет всего лишь около 1 % общего его количества в этом слое. Однако непрерывное использование фосфатных удобрений в течение десятилетий заметно увеличивает содержание кадмия в почве. Дополнительный его источник для агроценозов – осаждение из атмосферы (около 3 г/га в год).

Выпадающий из атмосферы и вносимый с удобрениями кадмий концентрируется в верхнем пахотном слое. В почве он присутствует в двух фазах– твердой и в составе почвенных растворов. В твердой фазе кадмий входит в состав тонкодисперсных минеральных частиц и гумуса и является составной частью нерастворимых солей. Мобильность кадмия зависит от свойств почвы. Показано, что в почвах с низкой катионной емкостью, вследствие малого содержания ила и гумусовых компонентов его адсорбция невелика.

В наземных экосистемах основным источником кадмия для живых организмов служит почва. Его поглощение растениями зависит от величины рН: установлено, что в кислых почвах содержание доступных форм этого элемента и его транслокация (переход в растительные ткани) увеличиваются. Извлеченный растениями кадмий передается далее по пищевым цепочкам, причем результаты исследований на разных видах организмов различных трофических уровней одних и тех же экосистем свидетельствуют о существовании биоумножения.

В водных экосистемах фактором, определяющим уровень содержания кадмия в гидробионтах, оказалась способность тех или иных организмов сорбировать его из воды (коэффициент биоконцентрирования варьировал от 16 для водного гиацинта до 50 800 для мидии), а не их положение в цепи питания. Иными словами, в этом случае свидетельства биоумножения не были получены. Относительно низкое содержание кадмия в морской рыбе объясняют тем, что в морской воде он присутствует в основном в наименее доступной для водных организмов форме хлоридных комплексов. С другой стороны, типичные для поверхностных вод континентов гидроксокомплексы и комплексы с низкомолекулярными фульвокислотами, ксантаты и дитио-карбаматы кадмия довольно легко проникают через биологические мембраны.

Высокая токсичность кадмия выявлена на примере многих микроорганизмов, растений и животных. Для некоторых видов пресноводных водорослей ингибирование ассимиляции углерода на 70—80 % наблюдалось уже при концентрации Сd в воде 20 мкг/л. Самая низкая величина полулетальной концентрации (при 96-часовой экспозиции) составила 16 мкг/л для одного из видов креветки (Муsidopsis bahia). Для дафний (Dafnia magna) токсические эффекты проявлялись уже при концентрациях выше 0,5 мкг/л.

Хроническое воздействие малых, порядка 10 мкг Сd/л, концентраций ингибирует системы ионного транспорта у водных беспозвоночных и рыб. При этом снижается содержание ионов Са²⁺ в плазме крови, что объясняется ингибирующим действием кадмия на фермент Са-АТФазу. При длительном (70 сут.) нахождении гольяна (Рhoxinus рhoxinus) в воде с содержанием Сd 4,8—7,5 мг/л из 180 экземпляров выжил 101, причем у 31 из них были отмечены переломы задних отделов позвоночника.

Аналогичные эффекты наблюдаются и в случае воздействия кадмия на другие виды позвоночных животных. В этом отношении показательна история возникновения болезни итаи-итаи. Первые случаи заболевания были зарегистрированы в Японии в 1947 г., а к 1965 г. от нее погибло 100 человек и еще больше число людей стали инвалидами. Болезнь начиналась с болей в спине и ногах, приводила к деформации скелета и множественным переломам костей. Возникала она у жителей, длительное время потреблявших рис с содержанием кадмия 1 мг/кг, выращиваемый на полях, в оросительные воды которых попадали загрязненные кадмием стоки промышленного предприятия. В условиях дефицита кальция при этом происходило его замещение на кадмий в белке кальмодулине, нарушение обмена кальция и фосфора в почках и последующее вымывание их из костей.

Цинк и медь

Как и в случае ртути, главный путь поступления этих элементов в гидросферу – микробиологическое и химическое выщелачивание из горных пород.… При низких значениях LD50 на первый план могут выступать сульфидные формы… Цинк и медь образуют прочные комплексные соединения с органическими лигандами, причем по прочности комплексов с…

Другие металлы

Бериллий относится к рассеянным элементам; его содержание в земной коре не превышает 4·10-4 %. Основными минералами бериллия являются силикаты и… Антропогенное загрязнение объектов окружающей среды бериллием связано с его… Ион Ве2+ имеет малый радиус (0,32 А) и, как следствие, большое отношение заряда к радиусу (z/r = 6,45). Малый ионный…

Полихлорированные пестициды

Особенно эффективными средствами борьбы с насекомыми-вредителями оказались хлорорганические соединения (ХОС) алифатического и ароматического рядов.… Высокая биологическая активность ДДТ и линдана стимулировала поиск методов… В пресноводных водоемах ГХЦГ и ДДТ также очень быстро накапливаются в микроводорослях. Специальными опытами было…

Полихлорированные бифенилы

Для обозначения полихлорированных бифенилов, различающихся по числу и положению атомов хлора в молекуле, предложен специальный термин– конгенеры.… Применение ПХБ основано на их химической инертности, негорючести, устойчивости… ПХБ-электроизоляционный применяется как электроизоляционная жидкость в конденсаторах. ПХБ используются также в…

Полихлорированные дибензо-n-диоксины и

Дибензофураны

В последние годы было установлено, что ПХДД и ПХДФ циркулировали в окружающей человека среде всегда, поскольку в небольших количествах образуются… Основными антропогенными источниками этих соединений являются: а) загрязненные продукты химической промышленности, такие как ПХБ и хлорированные фенолы; б) предприятия…

Работа 8. Определение токсичности

Сернистого газа, почв, воды, пестицидов методом высечек листьев

Содержание хлорофилла в листе – весьма изменчивая величина, с его разрушением связана хлоротичность (исчезновение темно-зеленого цвета и появление… По прошествии определенного времени, которое дляразных видов растений и типов… Оборудование, реактивы, материалы: 1) эксикаторы; 2) фильтры или фильтровальная бумага; 3) чашки Петри; 4) пробочное…

Ход работы

Производят резкое движение эксикатором, чтобы внутри тигелек с кислотой опрокинулся на сульфит натрия, отмечают время начавшейся реакции. Реакция…

Na2SO4 + H2SO4 = SO2 +Na2SO4 + H2O.

Через некоторое время наблюдается изменение цвета высечек листьев различных растений. Эта реакция может быть очень быстрой (у чувствительных видов растений) или более медленной. Выражается она в появлении хлоротичной каемки по краю высечки, отслаивании краешка от фильтровальной бумаги, а затем появлении некротической бурой ткани, которая постепенно распространяется на всю высечку. Учитывают время начала хлорозов, некрозов, число пораженных дисков (из 10), процент поражений сравнивают с контролем (взятым за 100 %). Контроль ставится с большими повторностями (не менее 30 дисков) в эксикаторе с чистым воздухом. Определение разрушения хлорофилла в дисках листьев можно определить и фотометрически.

Строят кривые поражения листьев сернистым газом по сравнению с контролем; на оси абсцисс откладывают время экспозиции (час), а на оси ординат – процент пораженной ткани у высечек листа.

Количество газа нужной концентрации выше ПДК (см. табл. 3 в приложении), количество реактивов, которые нужно для этого взять, можно рассчитать. Для этого заранее измеряют объем эксикатора, наливая в него воду мерным цилиндром. Затем рассчитывают, сколько газа необходимо для получения в эксикаторе нужной концентрации, например 0,1% (т.е. по 1 мл газа на каждый литр объема эксикатора). Далее, исходя из того, что одна грамм-молекула газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л, рассчитывают массу нужного объема газа. Затем, исходя из вышеприведенного уравнения и молекулярных весов соединений, рассчитывают навеску сульфита натрия, которые даст требуемое количество газа. Серную кислоту для получения газа берут в количестве 2-3 мл. В учебных целях разумнее использовать более высокие концентрации газов (в несколько раз выше ПДК) и непродолжительные экспозиции.

Биологические методы контроля

Химические методы исследования позволяют получать более узкую информацию, не всегда адекватно отражающую реальное положение дел. Например, в почвах… В качестве биоиндикатора выбирают определенный биологический вид или… Таким образом, правильно выбранный организм становится индикатором, если может служить как для качественной…

Требования, предъявляемые к биоиндикаторам

1. Широкий ареал. Виды, заселяющие узкие ареалы, менее интегративны. 2. Эвритопность. Виды, приуроченные к определенным стадиям сукцессии, не… 3. Оседлость. Высокомигрирующие виды меньше отражают экологическую обстановку в конкретном регионе.

Биоиндикация загрязнений наземных экосистем.

Млекопитающие биоиндикаторы

В подстилке, образованной погибшими травами и лиственным опадом, обитает множество видов насекомых. Загрязняющие атмосферу компоненты осаждаются… Промысловые хищники, питающиеся мелкими грызунами, куница и соболь — сходны по… Объектами промысла служат также лисица и песец. Характерной особенностью лисицы является то, что значительная часть…

Почвенная мезофауна

В качестве возможных биоиндикаторов называют также и других хищников почвенной мезофауны, например костянок (отряд Lithobiomorpha). Наибольший ареал… Наземные моллюски (улитки и слизни) также широко представлены в лесной зоне…

Растительные биоиндикаторы

Во многих регионах Северного полушария в настоящее время происходит постепенное расширение зоны деградации лесных экосистем. Этот факт не может быть…

Биоиндикация в пресноводных экосистемах

Ведущие оседлый образ жизни (непроходные) рыбы также могут выступать в качестве биоиндикаторов загрязнения. Верхние трофические уровни в водных…

Морские экосистемы

Значительная часть загрязняющих компонентов, проходя через толщу воды в составе взвесей, осаждается на дно. Поэтому содержание многих токсикантов в… Бурые водоросли (Рhаеорhуtа) – фукусы, ламинарии, цистозиры, саргассы –… Способность накапливать большие количества токсичных металлов и при этом выживать связывают с высоким содержанием…

Биотестирование и биоидентификация

Применение биотестирования имеет ряд преимуществ перед физико-химическим анализом, т.е удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно… Тест-организмы обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим… Для оценки качества вод с начала 1930-х годов используют дафнию (Dарhпia таgпа). К настоящему времени выполнено…

Работа 9. Влияние солей тяжелых

Металлов на активность микроорганизмов почвы.

Такие организмы, как плесневые грибки, используют в качестве пищи органические вещества остатков от растений и животных, минерализуя их, делая… Оборудование, реактивы, материалы: чашки Петри, цилиндры, пробирки, раствор…

Ход работы

На основании полученных результатов составляется график зависимости активности микроорганизмов от концентрации тяжелых металлов в почве.

Работа 10. Влияние тяжелых металлов на активность водных ракообразных

Водные экосистемы чрезвычайно чувствительны к повышенным концентрациям таких токсических веществ, как тяжелые металлы. Данная работа иллюстрирует действие солей тяжелых металлов на активность таких водных ракообразных, как вислоногие рачки дафнии.

Оборудование, реактивы, материалы: стаканчики, цилиндры, пробирки, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, популяция дафний.

Ход работы

Результаты оформляются в виде графика.

Работа 11. Влияние солей тяжелых

Металлов на гликолитическую

Активность дрожжей

Дрожжи являются одними из наиболее изученных биологических объектов, поэтому их удобно использовать и как объекты для токсикологии. Они быстро размножаются. Их активность достаточно просто определить.

Оборудование, реактивы, материалы: стаканчики, цилиндры, пробирки, парафин, раствор соли тяжелого металла с концентрацией 0,5 М, препарат дрожжей.

Ход работы

Результаты оформляются в виде графика зависимости подъема парафиновой пробки от концентрации соли тяжелого металла..  

Экологическое нормирование

ΣS(qi)+CФ<пдк где S(qi)– функция перехода от величины выброса i-го источника к концентрации,… Это соотношение дает однозначный ответ о предельной величине выброса лишь при i = 1. В реальной же ситуации имеется…

ОСНОВНЫЕ НОЗОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ

ОТРАВЛЕНИЙ

Отравления алкоголем и его суррогатами

При поступлении в организм этанол претерпевает две четко выраженные фазы распределения – резорбции (всасывания) и элиминации (выделения). Легко… этанол–> ацетальдегид–>уксусная кислота (C2Н5ОН–> СН3СНО–> СН3СООН–>CO2+Н2О).

Отравления суррогатами алкоголя

1) препараты, приготовленные на основе этилового спирта и содержащие различные примеси; 2) препараты, не содержащие этилового спирта и представляющие собой другие… Среди препаратов первой категории наибольшее распространение имеют:

Отравления фосфорорганическими веществами

В быту ФОВ применяются против домашних насекомых, для обработки садовых участков. Кроме того, к ФОВ относятся боевые отравляющие вещества из группы… Синтез различных препаратов осуществляется изменением радикалов (R). По… 1) эфиры тиофосфорной кислоты – метафос (диметилпаратион), метилэтилтиофос, метилнитрофос, трихлорметафос (ТХМ),…

Острые отравления окисью углерода

Окись углерода широко применяется как одно из исходных соединений в современной промышленности органического синтеза. Кроме того, она в больших… Окись углерода (СО) – это бесцветный газ, без запаха и вкуса. Молекулярная… К основным этиологическим факторам развития отравлений окисью углерода относятся:

Отравления соединениями тяжелых металлов и мышьяка

В данную группу входит более 40 элементов с высоким атомным весом и относительной плотностью более 5,0, например, ртуть, медь, кадмий, золото,… Соединения тяжелых металлов и мышьяка могут поступать в организм пероральным,… При пероральном отравлении всасывание этих соединений происходит в ионизированном виде, чему способствуют наличие…

Особенности лабораторной диагностики

Желудочно-кишечные поражения наблюдаются у 97,3% больных и обусловлены как прижигающим действием соединений тяжелых металлов и мышьяка, так и… Субъективно желудочно-кишечные поражения проявляются металлическим вкусом во… Объективно наблюдаются рвота, гиперемия зева и задней стенки глотки, боль при пальпации шейного отдела пищевода,…

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Лужников Е.А. Клиническая токсикология: Учебник -3. изд. - М.: Медицина, 1999.

2. Общая токсикология / Под ред Б.А. Курляндского, В.А. Филова. – М.: Медицина, 2003.

3. Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 1998.

4. Белов С.В. Охрана окружающей среды. М.: Высш. школа, 1991.

5. Одум Ю. Экология: В 2 т. М.: Мир, 1986.

6. Гигиена / Под ред. акад. РАМН Г.И. Румянцева. М.: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 2000.

7. Защита окружающей среды: Учебное пособие / Фридланд С.В.,. Стрельцова Н.Р, Шаяхметов Д.К., Нургатин В.В. Казань: под ред. Казан. гос. технолог. ун-т, 2000.

8. Предрасположенность территории Республики Татарстан к проявлению чрезвычайных экологических ситуаций / Под ред. Трофимова А.М., Мишиной О.В., Петровой Р.С. и др. - Казань: Новое знание, 2000.

9. Основы экологии и химии окружающей среды: Лабораторный практикум / Под ред. Вайсмана Я.И., Зайцевой Т.А., Рудаковой Л.В. и др. Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 1996.

10. Румянцев Г. И., Вишневская Е. П., Козлова Т. А. Общая гигиена. М.: Медицина, 1985.

11. Федорова А. И., Никольская А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Гуманит. изд. центр «ВЛАДОС», 2001.

12. Чибисова Н. В. Практикум по экологической химии. Калининград: Калинингр. ун-т., 1999.

13. Сиянова Н.С., Хисамутдинова В.И., Неуструева С.Н. Методическое руководство для практикума по биохимии. Казань: Изд-во Казан. ун-та., 1988.

14. Исидоров В. А. Органическая химия атмосферы. 2-е изд. СПб.: Химия, 1992.

15. Корте Ф. Экологическая химия. М.: Мир, 1997.

16. Линник П. Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

17. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод / Под ред. В. А. Брызгало и Т. А. Хоружей. Вып. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

18. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. Контроль и оценка влияния: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

19. Никаноров А. М., Жулидов А. В., Покаржевский А.Д. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных водоемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

20. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Воздействие человека на биосферу. Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

21. Роотс О. Полихлорированные бифенилы и хлорорганические пестициды в экосистеме Балтийского моря. Таллинн: Изд-во Таллиннск. техн. ун-та, 1992.

22. Христофорова Н. К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. Л.: Наука, 1989.

23. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. Учеб. Пособие. – Спб: Химиздат, 1999. – 144 с.

 

 

 

Оглавление

1. Теоретическая токсикология. Общие вопросы

Работа 1. Определение основных токсикологиче ских параметров при действии солей тяжелых металлов на прорастание семян.

Влияние токсикантов на активность живых существ

Работа 2. Влияние времени воздействия на активность движения одноклеточных.

Механизмы воздействия токсикантов

Работа 3. Определение устойчивости клеток различных растений к обезвоживанию серной кислотой.

Работа 4. Влияние солей тяжелых металлов на плазмолиз протоплазмы растительной клетки.

Работа 5. Влияние солей тяжелых металлов на коагуляцию растительных и животных белков.

Методы нейтрализации действия токсикантов

Работа 6. Нейтрализация токсического действия фенола янтарной кислотой.

Работа 7. Нейтрализация действия тяжелых металловна прорастание семян с помощью комплексона Трилона Б.

Экотоксикология

Работа 8. Определение токсичности сернистого газа, почв, воды, пестицидов методом высечек листьев ( по разрушению хлорофилла).

Работа 9. Влияние солей тяжелых металлов на активность микроорганизмов почвы.

Работа 10. Влияние тяжелых металлов на активностьводных ракообразных.

Работа 11. Влияние солей тяжелых металлов на гликолитическую активность дрожжей.

Основные нозологические формы отравлений

Список литературы

ВОПРОСЫ

Глава 1

1. Почему в токсикологических исследованиях используется критерий LC₅₀? Поясните.

2. Какой смысл вкладывается в понятие ПДК?

3. Какие задачи решает теоретическая токсикология?

4. Какую информацию несет в себе классификация ядов по химическим свойствам?

5. Какие яды вызывают удушье?

6. Какие яды способствуют разрушению печени?

Глава 2

1. От каких факторов зависит распределение токсических веществ в организме?

2. Как называется место действия яда? Какие у него свойства?

3. Какие яды сорбируются подкожной тканью?

4. Где происходит обезвреживание ядов?

5. Каким образом происходит обезвреживание ядов?

6. В результате каких процессов яды поступают в клетки?

7. В какие тканях яды обязательно попадают при проникновении в организм?

8. Какие орагны участвуют в удалении ядов?

Глава 3

1. Назовите основные нарушения, вызываемые ядами.

2. Какие структуры наиболее чувствительны к ядам?

3. Какие свойства веществ определяют распределение ядов по различным частям клеток?

4. Почему многие яды действуют на мембраны?

5. Почему нарушение целостности мембран вызывает гибель клеток?

Глава 4

1. Какие факторы определяют действие ядов?

2. Опишите способы детоксикации, основанные на усилении естественных процессов.

3. Чем отличается гемодиализ от перитонеального диализа?

4. Чем отличается гемодиализ от гемосорбции?

5. В чем сущность химических противоядий?

6. Какие процессы изменяются при применении биохимических антидотов?

7. В чем сущность фармакологического антагонизма при действии антидотов?

Глава 6

1. В чем состоит сущность экотоксикологии?

2. В чем состоит определение экологического риска?

3. Какие соединения относятся к суперэкотоксикантам?

4. Какие из тяжелых металлов образуют ковалентные связи с белками?

5. Назовите основные источники загрязнения атмосферы тяжелыми металлами.

6. Почему хлорорганические соединения являются сильными токсикантами?

7. Какие токсиканты являются канцерогенами?

8. Какие из органических соединений наиболее токсичны?

Глава 7

1. Какие свойства необходимы для организмов – биоиндикаторов?

2. В чем особенность использования пресноводных организмов для биоиндикации?

3. Почему использование живых организмов позволяет уловить меньшие концентрации токсикантов?

4. Основные признаки отравления алкоголем.

5. Основные признаки отравления ФОС.

6. Основные признаки отравления барбитуратами.

7. Основные признаки отравления кислотами.

 

ПРАКТИКУМ

ПО ОБЩЕЙ ТОКСИКОЛОГИИ

  Учебное пособие