Химизм токсичности металлов (стр. 3 из 4)
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, нои 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-
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 проницаемость эритроцитов ( и других клеток) для катионов (П.В.Макаров, 1948; Schanker, 1962). Одни анионы (хлор, бром) проникают в эритроциты почти мгновенно, но ряд других более сложных ( например JO3, селеновая кислота) накапливаются в эритроцитах очень медленно.