Антимикробными свойствами обладают только соединения положительно поляризованного одновалентного йода - однохлористый йод, свободный молекулярный йод, а также его комплексные соединения с небелковыми полимерами. Другие формы йода являются нетоксичными и антимикробным действием не обладают [Мохнач, 1968; Мохнач, 1974]. Йодиды не оказывают раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки животных и человека, они не обладают антибактериальным, антивирусным и антимикотическим действием. Йод в форме йодида нетоксичен при приеме внутрь до 50 г. Йодаты также не обладают ни токсичностью, ни антимикробным действием.
В противоположность этому соединения положительно поляризованного одновалентного йода вызывают существенные необратимые изменения в клетках. Проникая сквозь клеточную мембрану, они вызывают повреждение митохондрий и окисление сульфгидрильных групп в молекулах ферментов, приводящее к их инактивации. Цитотоксическое действие соединений положительно поляризованного одновалентного йода усиливается повреждением клеточных мембран из-за связывания йода их липидными и липопротеидными компонентами. Ведущим механизмом здесь, по-видимому, является электрофильное присоединение йода к кратным связям углерод - углерод в ненасыщенных фрагментах молекул липидов.
Активной формой йода может являться йодноватистая кислота и/или гипойодит-ион. Косвенным подтверждением этому предположению служит факт проявления аналогичной или даже более сильной цитотоксической активности соединениями хлора и брома, содержащими положительно поляризованный одновалентный атом галогена. Прямые доказательства - более сильная по сравнению с молекулярным йодом биологическая активность комплексных соединений йода с крахмалом, амилозой и поливиниловым спиртом. В растворах этих соединений не обнаруживается ни йодид-ион, ни молекулярный йод, но присутствуют гипойодит-ион и йодноватистая кислота в значительных концентрациях.
Так как положительно поляризованный одновалентный йод обладает сильным цитотоксическим действием, его соединения ядовиты для растений, животных и человека. В парообразном состоянии чистый молекулярный йод обладает резким запахом, похожим на запах остальных галогенов. Пары йода оказывают сильное разъедающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, вызывая кашель, насморк, слезотечение, поражение околоушной железы, головокружение, воспаление лобных пазух, временное оглушение. Человек не испытывает дискомфорта при концентрации йода в воздухе не выше 0,001 мг/л. При концентрации паров йода в помещении около 0,0015 - 0,002 мг/л работа затруднена, а при 0,003 мг/л - невозможна. Вдыхание паров молекулярного йода в количестве более 18 мг/кг смертельно. Предельная концентрация паров йода в воздухе рабочей зоны - 1 мг/м3.
При приеме внутрь молекулярного йода в токсических количествах (2 - 3 г) быстро развиваются симптомы острого отравления, прежде всего со стороны желудочно-кишечного тракта вследствие прижигающего действия йода на слизистые оболочки - бурая окраска языка и слизистой полости рта и глотки. Ранним симптомом является рвота, рвотные массы имеют специфический запах и коричневую или голубую окраску (при наличии в желудочном содержимом крахмала). Затем возникают рези в животе, понос, часто кровавый, повышение температуры тела, возбуждение центральной нервной системы. Смерть наступает при явлениях острого гастрита, отека легких, аспирационной пневмонии и резкого угнетения центральной нервной системы.
Хроническая интоксикация парами молекулярного йода вызывает катаральные явления со стороны слизистых оболочек (слезотечение, насморк, кашель). Характерными признаками отравления являются тошнота, рвота, головные боли, угревая сыпь. При попадании на кожу молекулярный йод может вызвать дерматиты. В тяжелых случаях возможно развитие специфического поражения кожи - йододерма.
Помощь при отравлении молекулярным йодом включает в себя мероприятия по предотвращению отека легких, снижению концентрации элемента в жидкостях организма и переводу йода из токсической формы в неактивную, то есть восстановлению его до йодид-иона. Для профилактики отека легких пострадавшему обеспечивают полный покой, согревание тела, проводят ингаляцию кислорода. Для связывания йода назначают обильное питье жидкого крахмального клейстера, активированного угля в водной взвеси, молока. Для восстановления йода до нетоксичного йодид-иона применяют ингаляцию пятипроцентного раствора тиосульфата натрия, внутривенно вводят 30 - 50 мл 10-20%-ного раствора. При попадании йода в желудок проводят его промывание 1 - 3%-ным раствором тиосульфата натрия, а также полоскание рта, носа и горла 2%-ным раствором бикарбоната натрия.
Антибактериальная и противогрибковая активность йодполимерных комплексов оказалась в 2 - 8 раз выше, чем у растворов молекулярного йода в йодистом калии. Из трех исследованных йодполимерных комплексов наибольший эффект обнаружила йодамилоза, активность йодкрахмала и комплекса йода с поливиниловым спиртом в среднем была практически одинакова. К некоторым микроорганизмам активность йодкрахмала была несколько выше, чем комплекс йода с поливиниловым спиртом, к некоторым - наоборот. Исследования выявили три замечательные особенности комплексов йода с высокополимерами: во-первых, йодорганические соединения имеют более широкий антимикробный спектр действия по сравнению с антибиотиками и сульфаниламидами - они с одинаковой эффективностью подавляли как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии, а также грибковую микрофлору, в то время как большинство антибиотиков и сульфаниламидов совершенно неактивны по отношению к двум последним; во-вторых, ни разу не наблюдалось появление устойчивых к йодполимерным комплексам штаммов микроорганизмов, чего нельзя сказать об антибиотиках; в-третьих, йодполимерные комплексы не оказывали прижигающего, раздражающего и токсического действия ни на отдельные ткани и органы, ни на организм животных и человека в целом даже в концентрациях, в десятки раз превышающих терапевтические. Эти свойства позволили создать на основе йодполимерных комплексов антимикробные средства широкого спектра действия, с успехом применяемые как в медицине, так и в ветеринарии [Мохнач, 1968; 1974].
Человек разумный не является единственным видом, для которого йод есть жизненно необходимый микроэлемент. В организме позвоночных животных йод выполняет те же функции, что и в организме человека. Животные, в том числе и сельскохозяйственные, столь же чувствительны к недостатку йода, сколь и человек. При недостатке йода в организме животного нарушается биосинтез тиреоидных гормонов, что приводит к снижению интенсивности окислительно-восстановительных процессов, газообмена, нарушается белковый и углеводный обмен. Следствием этих нарушений является рождение ягнят, поросят, телят с зобом, слабых жеребят; снижается качество и настриг шерсти у овец. У коров снижается продуктивность, содержание жира в молоке, вес и упитанность животных.
Заключение
Напоследок отметим эволюцию роли йода в сельском хозяйстве.
До начала двадцатого века йод не считался необходимым элементом питания для растений, что было связано как с недостаточным пониманием роли микроэлементов в жизнедеятельности растений, так и с отсутствием экспериментального материала по накоплению йода растениями. Кроме того, поступление йода в наземные растения из атмосферы маскировало необходимость присутствия его в почве.
В середине века Льюис и Пауэрc, проведя опыты с тщательно очищенными реактивами и водой, пришли к выводу, что йод не является необходимым элементом (или потребности в нем очень низкие) для кукурузы, ячменя, латука. Наряду с этим они признали, что растения могут удовлетворять свои потребности в йоде из атмосферы. Гипотеза о неэссенциальности йода подкреплялась отсутствием его в составе таких высокоактивных соединений, как ферменты, витамины, растительные гормоны. Йод и его соединения обладают значительной токсичностью при избыточной концентрации в питательной среде. Все эти факты приводили некоторых авторов к заключению о ненужности йода для растений [Школьник, 1974; Кашин, 1987].
В последнее время развиваются представления о том, что необходимыми следует считать элементы, не только входящие в состав гормонов и ферментных комплексов, но и те, которые связаны с неспецифической активацией энзиматических систем, участвуют в метаболизме, входят в структурные компоненты клетки, осуществляют поддержание биологически активного конформационного состояния молекул, вызывают изменение электронной структуры субстрата [Власюк, 1974; Власюк и др., 1983].
Опыты с водорослями, томатами, а также с изолированными органами наземных растений [Портянко, 1980] показывают, что необходимость йода выявляется прежде всего для тех видов и органов, которые отличаются повышенным содержанием этого микроэлемента. Это свидетельствует о том, что йод в них тесно связан с обменом веществ и исключение его из питательной среды приводит к нарушению нормального хода физиологических процессов [Школьник, 1974].
Всестороннее изучение функций йода в растениях было проведено отечественными учеными М.В. Ефимовым, В.К. Кашиным, В.Ф. Портянко, Ю.А. Потатуевой. Этими исследованиями установлено, что йод в растениях находится в составе структурных компонентов клетки и принимает участие в важнейших метаболических процессах - азотном и водном обменах, дыхании и фотосинтетической деятельности. На основании имеющихся в настоящее время фактов о включении йода в состав структурных соединений протоплазмы клеток и о его существенном влиянии на процессы обмена веществ у растений в условиях его недостатка во внешней среде можно сделать вывод о физиологической необходимости йода для растений.
Список источников литературы
1. Бутаев А.М. Эндемический зоб и дефицит йода в Дагестане // Вестн. Дагест. науч. Киев, 1965.
2. Власюк П. А. Микроэлементы в обмене веществ и продуктивности растений. М.: Химия, 1974. – 208 с.
3. Де Мейер Е.М., Лоуенстейн Ф.У., Тийи К.Г. Борьба с эндемическим зобом. ВОЗ. Женева, 1981
4. Кашин В.К. Биогеохимия, фитофизиология и агрохимия йода Л.: Наука, 1987. - 261 с.
5. Мохнач В.О. Йод и проблемы жизни. Л., 1974. 254 с.
6. Мохнач В. О. Теоретические основы биологического действия галоидных соединений. Л.,1968 г., 298 с.
7. Неницеску К., Общая химия, Мир,М., 1968, 456 с.
8. Портянко В.Ф. Антагонизм галогенов и их поглощение растениями из окружающей среды // Микроэлементы в окружающей среде. Киев: Наук. думка, 1980
9. Школьник М.Я. 1974. Микроэлементы в жизни растений. Л.: Наука. 330 с.
10. Stahdbury JB. Endemic goiter Adapt. 1971.