яды и токсины. химическая природа и биологическая роль

Человечество сталкивалась с ядами ещё в далёкой древности. Природа наделила этим оружием многих представителей флоры и фауны как средством защиты и нападения. Эволюция тысячелетиями вырабатывала как яды, так и средства защиты от них. Среди насекомых около 800 тысяч видов используют яд или так называемую «химическую защиту», среди змей 410.Из 300 тысяч видов растений около тысячи смертельно опасны для людей. Среди морских обитателей ядовиты некоторые виды медуз, актинии, моллюски – конусы, скат – хвостокол, некоторые виды рыб – иглобрюх (фугу). Так же много минеральных веществ имеют ядовитые свойства: соли тяжёлых металлов, окись углерода, тиоловые вещества - производные ртути, свинца, кадмия, мышьяка.Вся эта статистика достаточно условна, ведь новые виды открываются каждый год, и мы просто ...

Содержание
Введение
1. История открытия ядовитых веществ
2. Классификация ядов и токсинов
3. Химическая природа происхождения ядовитых веществ
4. Основная биологическая роль ядов и токсинов в жизни человека
Заключение
Список использованной литературы

Ядовитые вещества с древних времен привлекали к себе особое внимание. С ними связано множество легенд и сказаний.
В современном мире существует огромное количество ядов и токсинов, самой разной природы происхождения. Некоторые из них действуют практически мгновенно, приводя к негативным последствиям, другие же способны накапливаться в организме годами, медленно разрушая ее изнутри. Само понятие «яд» - не имеет четких границ, потому что все зависит от концентрации вещества.И часто одно и то же вещество может выступать и в роли смертельного яда, и в роли одного из самых необходимых компонентов для поддержания жизни. Ярким примером такой двойственности являются витамины — даже небольшое превышение их концентрации способно полностью разрушить здоровье или убить на месте.

3. Умеренно токсичные.4. Малотоксичные.Таблица 1. Классификации ядов по степени их токсичностиНаименованиепоказателяНорма для классаопасности1234ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны (мг/м3)Менее 0.10.1-1.01.1-10.0Более 10Средняя смертельная доза при введении в желудок (мг/кг)Менее 1515-150151-5000Более 5000Средняя смертельная доза при нанесении на кожу (мг/кг)Менее 100100-500501-2500Более 2500Средняя смертельная концентрация в воздухе (мг/м3)Менее 500500-50005001-50000Более 50000КВИО(коэффициент возможного ингаляционного отравления)Более 300300-3029-3Менее 3Зона острого действияМенее 6.06.0-18.018.1-54.0Более 54Зона хронического действияБолее 10.010.0-5.04.9-2.5Менее 2.5Лимитирующими факторами при отнесении химического вещества в ту или иную группу токсичности является величина средне смертельных дозировок при введении препарата в желудок, нанесении его на кожу и средняя смертельная концентрация в воздухе. Кроме этого учитывается ПДК в воздухе рабочей зоны, коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО), который представляет собой отношение насыщающей концентрации вещества в воздухе рабочей зоны при 20°С к средней смертельной концентрации этого вещества в воздухе. Зона острого действия (зона акута) является отношением величины ЛД50 к величине пороговой дозы при однократном воздействии. Чем меньше этот показатель, тем более высокий класс опасности данного вещества. Зона хронического действия также относительная величина, которая определяется отношением величины пороговой дозы при однократном введении к многократной, определяемой в хроническом опыте. Чем выше этот показатель, тем более опасно химическое вещество при хроническом воздействии.В таблице 2 показаны самые сильные яды с их характеристиками токсичностиЯдовитое веществоLD50 мг/кг2,3,7,8-Тетрохлордибензодиоксин0,022Паратион (E605, тиофос)3,6Цианистый калий (KCN)10Рицин (семена клещевины (касторовое масло)0,0001Никотин (листья табака)0,3Стрихнин (рвотные орешки)0,75Тубокурарин (хододендрон войлочный)33Атропин (красавка, белена, дурман)400Бутулинический токсин (бактерии)0,0000003Токсин столбняка (бактерии)0,000001b-Бунгаротоксин (Южноазиатская змея бунгарос)0,00019Батрахотоксин (от древесной лягушки)0,002Тетродотоксин (рыба фугу, некоторые жабы)0,01Мускарин (мухоморы)0,23Отдельную категорию можно выделить пестициды, так как получили очень широкое распространение во всех странах.Всемирная организация здравоохранения в 1979 году предложила свою классификацию пестицидов по степени их опасности. В основе этой системы лежит принцип определения ЛД50 в мг на1 кг массы тела для крыс, как стандартного тест объекта. Существенным отличием ее от всех других систем является то, что летальная дозировка определяется отдельно при воздействии вещества в твердой форме и жидком состоянии.Под руководством академика Л.И.Медведя, в 1986 году, была разработана специальная классификация пестицидов, учитывающая самые разносторонние аспекты их токсического действия.Таблица 3. Классификация пестицидов по степени опасности (ВОЗ)Класс опасностиЛД50 для крыс (мг на 1 кг)Через ротЧерез кожуТвердыеЖидкиеТвердыеЖидкиеКрайне опасныеДо 5До 20До 10До 40Очень опасные5-5020-20010-10040-400Умеренно опасные50-500200-2000100-1000400-4000МалоопасныеБолее 500Более 2000Более 1000Более 4000В зависимости от токсичности растительные яды делятся:1. Особо токсичные - аконит, рицин, фаллоидин (смертельная доза при поступлении регosдо 0,001 г)2. Высокотоксичные - анабазин, атропин, веротрин, никотин, синильная кислота, цикутотоксин (смертельная доза при поступлении рег os0,001 - 0,05 г.).3. Сильно токсичные - стрихнин (смертельная доза 0,05 -2 г при поступлении регos) .4. Токсичные - кофеин, спорынья, хинин (смертельная доза 2,0 - 20,0 г при поступлении регos).Токсичность ядовитых растений может резко изменяться в зависимости от стадии их развития, местных экологических, климатических, почвенных и др. условий.Чувствительность человека и животных к действию яда различна. Лошадь и собака переносят в 10 раз, голубь в 100 раз, лягушка в 1000 раз большие дозы алкалоидов опия, чем человек (в расчете на 1 кг массы тела).Особое место среди ядовитых растений занимают грибы. В лесах Европы произрастает около 100 видов грибов, способных вызвать отравления. Из этого числа 20-25 видов наиболее опасны, а некоторые смертельно ядовиты.Наиболее распространенным ядовитым грибам, вызывающими крайне тяжелую интоксикацию относят бледную, зеленоватую, зловонную поганки, мухомор, опенок серо-желтый, волоконницу, говорушку и др. Эти ядовитые грибы путают со съедобными грибами - сыроежкой зеленной, шампиньоном, грибом-зонтом.Необходимо отметить, что проблема отравления грибами в России имеет большую актуальность, по сравнению со странами Западной Европы.Во-первых, это связано с традиционной особенностью - в наших странах, грибы, собранные в лесу, издавна считались не только изысканным деликатесом, но и ценным продуктом питания, источником растительного белка.Во-вторых, в период после аварии на Чернобыльской АЭС, на территории Беларуси имеется реальная опасность инкорпорации радионуклидов в результате употребления в пищу зараженных грибов не подвергнутых радиационному контролю.И наконец в-третьих, анализ обстоятельств, вызвавших тяжелые отравления при употреблении грибов, показывает, что часто отравления возникают при употреблении известных съедобных грибов, но собранных вблизи автомобильных дорог и промышленных предприятий.Это связано с тем, что мицелий гриба, располагаясь в верхнем, десятисантиметровом слое почвы, попадает в зону максимальной концентрации почвенного загрязнения, адсорбируя и аккумулируя при этом токсические вещества и радионуклиды. По степени тяжестив зависимости от выраженности клинической картины острые отравления грибами распределялись на легкую форму, средней степени тяжести и тяжелую.Химический состав и конкретный механизм действия токсинов многих грибов не выяснен. Известно, что ядовитые грибы содержат токсичные алкалоиды фаллатоксины и соматоксины, которые вызывают гепатотоксическое, нефротоксическое и энтеротоксическое действие.Все отравления грибами по наличию латентного периода и клинической картине подразделяют:1. С коротким латентным периодом ( 0,5 - 2 ч.):а) интоксикации протекающие по типу гастроэнтерита (строчки, мухомор, бледная поганка, серо-желтый опенок, сатанинский гриб и др.), а также при неправильной заготовке пластинчатых грибов (различные виды сыроежек, млечники, волнушки);б) мускариноподобный синдром возникает при потреблении грибов таких видов, как - красный мухомор, говорушки, волоконница, рядовка;в) синдром "тигровой поганки"- при отравлении красным мухомором, серым мухомором, тигровой поганкой. Синдром проявляется легким энтеритом, возбуждением ЦНС по типу отравления атропином (спутанность сознания, галлюцинации, мышечные подергивания );2. Отравления с длительным патентным периодом (8-24 ч.) - бледная поганка, мухомор вонючий. Летальность при отравлении ими достигает 30—95 процентов.В отношении необходимости соблюдения радиационной безопасности при употреблении грибов необходимо иметь ввиду, что на сегодняшний день радиоактивность овощей и фруктов практически во всех местах проживания населения на РЭМ в абсолютном большинстве проб не превышает допустимых уровней. Однако грибы до настоящего времени содержат более высокие (в среднем в 10 раз), чем до чернобыльской аварии, количества радионуклидов, прежде всего - радиоцезия.По способности к накоплению радионуклидов все грибы условно можно разделить на четыре группы:1. Настоящими аккумуляторами (накопителями) цезия-137 являются: гриб польский, маслята, моховики, которые даже на относительно чистой территории (0,1-0,2 Ки/км2цезия-137) в большинстве случаев загрязнены выше допустимой нормы. Поэтому заготовка их в лесах Беларуси не рекомендуется.2. К сильнонакапливаемым видам грибов относят - грузди, волнушки, зеленки, сыроежки (особенно желтые).3. К средненакапливаемым - лисичка настоящая, гриб белый, подберезовик, подосиновик. Эти грибы можно собирать в лесах с плотностью заражения по цезию-137 до 1 Ки/км2с обязательным радиометрическим контролем.4. Меньше других накапливают цезий-137- опенок, гриб зонтчатый, дождевик шиповатый. Их сбор допускается на территории с плотностью загрязнения почв до 2 Ки/км2.Однако определяющим фактором накопления радионуклидов в грибах является плотность загрязнения территории в месте заготовки. Поэтому, при высокой плотности загрязнения (более 15 Ки/км2) содержание радионуклидов может превышать допустимый уровень и в грибах третьей и четвертой группы.Химический состав зоотоксинов очень разнообразен, они высоко токсичны и вызывают тяжелые патологические синдромы. Яд вводится в организм жертвы чаще всего с помощью жала (пчелы, осы, пауки), ядовитых зубов (змеи) или плавников (рыбы) Накопление зоотоксинов в некоторых органах и тканях приводит к острым отравлениям при использовании их в пищу.Основными компонентами животных ядов являются протеины, многие из которых - ферменты полипептиды. Наиболее токсичным животным ядом считается тетродоксин (рыба фугу), вызывающий тяжелое поражение нервной периферической системы.В состав многих животных ядов входят ферменты фосфолитаза А2активирует лецитин, обладающий гемолитическими и цитилиническими свойствами. Это приводит к поражению крови и тканей при укусе змеями.Аминооксидаза – превращает аминокислоты в кетоны, которые активируют тканевую пептидазу, усиливающую деструкцию тканей.Гиалуронидаза – является компонентом многих животных ядов, помогает им проникать в ткани и быстро распространяется от места укуса по всему организму жертвы.Протеазы – оказывают геморрагическое и протеолитическое действие, значительно усиливающее общий токсический эффект животных ядов.Яды, полученные синтетическим путемСинтетические алкалоиды представляют собой в основном фармакологические препараты, предназначенные для обезболивания. Однако их применение строго ограничено безопасными дозировками, т.к. они относятся к активным веществам, которые могут привести к интоксикации организма с летальным исходом. Некоторые синтетические алкалоиды, относящиеся к классу психоделиков, являются пассивными ядами. Т.е. они настолько меняют сознание и поведение человека, что могут привести к попыткам суицида.Радиоизотопы – это радиоактивные вещества, которые приводят к интоксикации организма, лучевой болезни, обострению онкозаболеваний и смертельному исходу.Экотоксины – это результат негативного воздействия человека на окружающую среду. Фактически, загрязнение атмосферы, почвы и воды приводит к тому, что человек в дальнейшем получает «эффект бумеранга». Однако экотоксины в отличие от обычных ядов действуют намного глубже – на уровне генетической модификации человеческого организма, заставляя его гены мутировать.Ксенобиотики – это синтетические вещества, содержащие вредные для нормальной жизнедеятельности организма вещества. Ксенобиотики – это бытовая химия, антифризы, гербициды, фреоны, краски, пластмассы, инсектициды, пестициды, гербициды, репелленты, фумиганты и т.д. Все это создано руками человека и незаметно разрушает человеческий организм. Однако есть группа опасныхксенобиотиков, действие которых видно сразу, например диоксины, имеющие острую токсичность.Боевые отравляющие вещества – это яды, которые применяются для ведения военных действий и поражения противника. В данном случае человек придумал большое разнообразие ядовитых веществ для уничтожения себе подобных. Так можно выделить боевые токсины различного физиологического воздействия на противника, по быстродействию и тяжести поражения. Самыми распространенными являются такие отравляющие вещества, как иприт, фосген, синильная кислота, зарин и хлорциан.Лакриматоры – это ядовитые вещества, оказывающие слезоточивое воздействие на организм человека и широко использующиеся для разгона демонстраций и борьбы с нарушением правопорядка.Угарный газ – еще одно отравляющее вещество, которое является творением рук человека при неправильном использовании газовых приборов.Также рассмотрим разделение химических веществ по токсическому действию на организм (токсикологическая классификация) Таблица 4. Токсикологическая классификация ядовОбщее токсическое воздействиеТоксические веществаНервно - паралитическое действие (бронхоспазм, удушье, судороги, параличи)Фосфорорганические инсектициды, (хлорофос, карбофос), никотин, анабазин, БОВ (ви - икс, зарин)Кожно - резорбтивное действие (местные воспалительная тельные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими резорбтивными явлениями).Дихлорэтан, гексахлорэтан, БОВ (иприт, люизит), уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть (сулема).Общетоксического действия (гипотоксические судороги, кома, отёк мозга, параличи)Синильная кислота и её производные, угарный газ, алкоголь и его суррогаты, БОВ (хлорциан)Удушающего действия (токсический отёк лёгких) Окислы азота, БОВ (фосген, дифосген)Слезоточивое и раздражающее действие (раздражение наружных слизистых оболочек) Хлорпикрин, БОВ (си - эс, адамсит), пары крепких кислот и щёлочей.Психотического действия (нарушение психической активности, сознания)Наркотики (кокаин, опий), атропин, БОВ (би - зет, LSD - диэтиламид лизергиновой кислоты)Избирательное токсическое действие ядов не отражает всего многообразия проявлений, а лишь указывает на главную опасность для определённого органа или системы организма основного места токсического воздействия.Токсинаминазывают химические вещества белковой природы растительного, животного, микробного или иного происхождения, обладающие высокой токсичностью и способностью оказывать поражающие действия на организм человека и животного.Часто в специальной литературе термин " токсин " не достаточно обосновано распространяют на небелковые токсические вещества природного происхождения (например, сакситоксин. тетрадотоксин и др.). В правильном применении термин " токсин" должен относится к токсичным веществам белковой природы.Существенным отличием токсинов от ядов не белковой природы является их способность при попадании в организм человека проявлять антигенные свойства и вырабатывать в нем иммунитет, что не свойственно для природных ядов небелковой природы.Все ядовитые химические вещества природного происхождения.независимо от их состава и природного происхождения, поражение которыми не сопровождается иммунным ответом организма называются природными ядами.Токсины являются разновидностью боевых токсических химических веществ и используются в качестве действующего начала химического оружия. Иностранные военные специалисты рассматривают токсины как основу так называемого "токсинного оружия", как одного из самостоятельных видов химического оружия. Некоторые специалисты склонны рассматривать токсинное оружие, как разновидность биологического оружия. Однако существуют веские доводы включения токсинов в систему химического оружия, а именно:-токсины могут вырабатываться не только микроорганизмами, но и животными, и растениями:-по своему строению токсины ни чем не отличаются от обычных химических соединений и могут быть получены синтетическим путем;-в отличие от биологических средств токсины не жизнеспособны и в любых условиях не могут размножаться;-токсины не имеют периода инкубации, период скрытого действия зависит только от дозы и путей попадания в организм:-боевое применение токсинов может осуществляться на основе тех же принципов и способов, которые используются при применении химического оружия.Классификация токсиновНаиболее широкое распространение получила классификация токсинов по происхождению, по роли в жизнедеятельности организма- продуцента, по токсикологическому действию на пораженный организм.В зависимости от источника происхождения все токсины подразделяются на 3 группы :фитоксины- токсины растительного происхождения;зоотоксины - токсины животного происхождения (входят в состав яда некоторых животных);микробные токсины – вырабатываются многими видами микроорганизмов и являются причиной отравлений и заболеваний.Эта классификация может быть дополнена 4 группой - синтетическими токсинами. На сегодняшний день таких токсинов не существует. Хотя, ведутся интенсивные исследовательские работы по их получению.Различают экэотоксины( эктотоксииы ) и эндотоксины.Эндотоксины- продукты обмена веществ, функционирующие внутри клеток в качестве метаболитов. Они выделяются во внешнюю среду только после гибели клеток, например после разложения микроорганизмов. Как правило, это комплекс полипептидов с полисахаридами, липидами или полипополисахаридами.Экзотоксины- также вырабатываются при внутриклеточном обмене веществ, но выделяются клетками - продуцентами в окружающую их сведу в процессе жизнедеятельности.Обычно экзотоксины это белки, которые сохраняют своюбиоактивиость вне клетки. Эта важная их особенность, т.к. это делает возможным создавать запасы экзотоксинов и использовать их для тех или иных целей, включая цели химической войны.По действию на организм токсины (главным образом экзотоксины) условно классифицируются на:-нейротоксины;-цитотоксины (токсииы-эффекторы);-токсины-ферменты;-токсины-ингибиторы ферментов.Нейротоксиныспецифически действуют на нервную систему, нарушают передачу нервных импульсов на разных этапах. Они могут вызвать нарушение мембранной проницаемости нервных клеток для ионов; уменьшать или усиливать проникновение медиаторов в синаптическую щель; блокировать рецепторы постсинаптической мембраны или напротив стимулировать ее перестройку.Цитотоксиныспособны нарушать структуры различных биологических мембран, изменяя тем самым клеточную проницаемость и протекание внутриклеточных процессов. В ряде случаев цитотоксины способны разрушать мембраны: растворять мембраны эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов, тромбоцитов, макрофагов крови.Токсины-ферментыспособствуют гидролитическому расщеплению отдельных структур компонентов клеток белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов, вызывая пои этом нарушение нормальных физиологических реакций человека и животных.Токсины-ингибиторы ферментовспособны нарушать биокаталитическийконтроль за многими процессами обмена веществ.Следует отметить, что известны экзотоксины со смешанным типом фармакологического действия.На токсины также распространяется тактическая классификация отравляющих веществ, согласно которой все они делятся на токсины «смертельного действия» и токсины «временно выводящие» живую силу из строя.К токсинам, которые могут быть использованы в военных целях относятся прежде всего ботулинические токсины и стафилококковые энтеротоксины.3. Химическая природа происхождения ядовитых веществА какой яд самый сильный, «самый ядовитый»? Чтобы ответить на этот вопрос для начала необходимо разобраться в строение и состава вещества, какие химические реакции в них происходят. Химическая природа ядов очень разнообразна, что свидетельствует о разных путях их происхождения. Это стероиды, органические кислоты, алкалоиды и др.Рассмотрим химическое строение на примере самых известных веществ – токсины: ботулин, палитоксин, майтотоксин, сигуатоксин, батрахотоксин и другие. Ботулин (рис. 1) – белок с молекулярной массой 150 000, вырабатываемый бактериями Clostridiumbotulinum, которые размножаются в испорченных либо неправильно хранящихся продуктах питания (колбасах, консервах и др.) в отсутствие кислорода. Clostridiumbotulinum - возбудитель ботулизма, вырабатывает 8 типов ботулинического токсина (А, В, С1, С2 D, E, F, G). Но только 5-ть из них токсичны для человека (A,B,E,F,G). Самый токсичный тип А. Смерть обычно наступает изза паралича дыхательной мускулатуры. К счастью, этот токсин не переносит повышенных температур и разрушается при кулинарной обработке. Этим и объясняется сравнительно редкое отравление ботулином. Рисунок 1. Химической структуры молекулы ботулинического токсинаИз небелковых токсинов самые ядовитые выделены из морских организмов. Их молекулярная масса значительно меньше; так, у палитоксина (он относится к классу поликетидов) она равна «всего» 2679, а LD50 = 0,45 мкг/кг. Источник палитоксина (формула 1) – шестилучевые кораллы зоонтарии( Palythoatoxica и др.