токсикология

прочные комплексы с белками. Это свойственно белковым комплексам редкоземельных металлов, почти не резорбирующихся из кишечника.

В резорбции ксенобиотиков принимают участие все отделы кишечника. С наивысшей скоростью всасывание происходит в тонкой кишке. В среднем период "полувсасывания" веществ у крысы составляет около 5 минут. Для веществ, поступающих через рот, время пребывания их в желудке в целом отсрочивает резорбцию, поэтому скорость перехода веществ из желудка в двенадцатиперстную кишку имеет решающее значение. Холодные растворы быстрее покидают желудок. В этой связи холодные растворы токсикантов порой оказываются более токсичными, чем теплые.

Сравнительно медленно происходит резорбция в толстой кишке. Этому способствует не только меньшая площадь поверхности слизистой этого отдела, но и, как правило, более низкая, в сравнении с вышележащими отделами, концентрация токсикантов в просвете кишки.

Вещества, проникающие через слизистую оболочку кишечника, имеющего хорошее кровоснабжение, быстро уносятся с оттекающей кровью, поэтому скорость кровотока в кишечнике не является фактором, лимитирующим процесс резорбции.

Содержимое кишечника модифицирует всасывание токсикантов в кишечнике. Содержимое кишки может выступать в качестве инертного наполнителя, в который включено вещество и из которого замедляется его резорбция, при этом доля всасывающегося вещества в целом остается неизменной.

Желчные кислоты, обладая свойствами эмульгаторов, способствуют всасыванию жирорастворимых ксенобиотиков. Не исключено, что желчные кислоты влияют и на резорбцию электролитов.

Микрофлора кишечника может вызвать химическую модификацию молекул токсикантов. Так, описана способность лактобактерий, энтерококков, клостридий кишечника вызывать деметилирование метамфетамина. Некоторое токсикологическое значение может иметь инициируемый

111

кишечной флорой процесс восстановления нитратов до нитритов особенно у новорожденных. Образующиеся ионы NO2– проникают в кровь и вызывают образование метгемоглобина с соответствующими пагубными последствиями.

Микрофлора кишечника содержит ферменты, имеющие значение для судьбы токсикантов в организме. Под влиянием ферментов, содержащихся в E. coli, в кишечнике возможно расщепление глюкуронидов. Конъюгаты ксенобиотиков с глюкуроновой кислотой (конечные метаболиты веществ, выделяющиеся в кишечник с желчью) - плохо растворимые в жирах и хорошо растворимые в воде соединения, в связи с чем резорбция их в кишечнике затруднена. После отщепления глюкуроновой кислоты липофильность отделившихся молекул существенно возрастает, и они приобретают способность к обратной резорбции в кровоток. Это явление лежит в основе феномена печеночнокишечной циркуляции токсиканта.

3.6.2.3. Резорбция через кожу

Анатомически кожа состоит из нескольких слоев. С позиций токсикологии особый интерес представляет поверхностный роговой слой эпидермиса, препятствующий резорбции многих чужеродных веществ (рис.12).

Рис.	12.	Схема	путей
проникновения		веществ	через
кожу
(по Ю. И. Кундиев, 1975).

Поверхностный слой кожи состоит из ороговевших эпидермоцитов и поверхность покрыта жировой смазкой. В роговом слое содер-

жится 5 - 15% воды. При длительном контакте с водой или водосодержащими средами количество воды в роговом слое увеличивается до 50%, однако, в кровоток вода не проникает. Кожа представляет собой

112

электрически заряженную мембрану. Её наружная поверхность несет отрицательный заряд. В области роста волос, устий сальных и потовых желез целостность рогового слоя нарушается.

Здесь же вокруг волосяных фолликулов, сальных и потовых желез локализуется разветвленная сеть капилляров.

Кожа не просто пассивный барьер, отделяющий организм от окружающей среды. в эпидермальном слое осуществляется и метаболизм некоторых токсикантов, хотя общая активность этого процесса невелика (2 - 6% от метаболической активности печени).

Проникновение веществ через кожу осуществляется тремя путями:

1.Через эпидермис (трансэпидермальный),

2.Через сальные и потовые железы (трансгландулярный),

3.Через волосяные фолликулы (трансфолликулярный).

Для хорошо проникающих через кожу низкомолекулярных и липофильных (жирорастворимых) соединений основным является трансэпидермальный путь, поскольку относительная суммарная площадь поверхности двух других путей мала и составляет менее 1% от общей площади поверхности кожи. Эпидермис можно рассматривать как липопротеиновый барьер, через который быстро проходят только газы и растворимые в липидах органические вещества. Эпидермальная проницаемость – первая фаза проникновения яда, второй фазой является эвакуация проникших соединений из дермы в кровь. Таким образом, потенциальную опасность представляют вещества, обладающие не только липоидорастворимостью, но и значительной растворимостью в воде (крови). Если эти физико-химические свойства сочетаются с высокой токсичностью, опасность отравления через кожу значительно возрастает.

Для веществ, медленно всасывающихся через кожные покровы, трансфолликулярный и трансгландулярный пути могут иметь существенное значение. Особенно в начальной стадии пенетрации отмечается значительное накопление липофильных ксенобиотиков в перифолликулярном и

113

перигландулярном пространстве. Однако в дальнейшем прямое проникновение веществ через эпидермоциты становится основным. При трансэпидермальном проникновении веществ возможно как прохождение их непосредственно через клетки, так и через межклеточные пространства.

При рассмотрении процесса прохождения веществ через кожу следует различать собственно резорбцию (проникновение веществ в кровь) и фиксацию токсикантов в кожных покровах.

В силу того, что многие токсиканты проникают через кожу чрезвычайно медленно, этот орган может выполнять функции своеобразного депо. Развивающиеся эффекты в этом случае формируются постепенно и по прошествии достаточно продолжительного скрытого периода.

Факторы, влияющие на скорость резорбции через кожу. Проникно-

вение ксенобиотиков через кожу представляет собой процесс пассивной диффузии. На скорость резорбции влияют многочисленные факторы, среди которых основными являются:

1.Площадь и локализация резорбирующей поверхности;

2.Интенсивность кровоснабжения кожи;

3.Свойства токсиканта.

Площадь и область резорбции. Количество вещества, проникающего через кожу, пропорционально площади контакта вещества и кожи. С увеличением площади, увеличивается и количество всасываемого вещества. При действии ксенобиотика в форме аэрозоля площадь его контакта с кожей увеличивается с уменьшением диаметра частиц.

Анатомическая локализация области контакта с веществом существенно влияет на скорость резорбции. Наибольшей способностью к резорбции обладает кожа мошонки и подмышечной впадины.

Кровоснабжение. Кровоснабжение кожи слабее многих других органов, например мышц. Площадь сосудистого русла, снабжающего кожу кровью 1-2 см2 на 1 см2, а скорость кровотока составляет около 0,05 мл/мин на 1 см2. Вместе с тем скорость кровотока не является лимитирующим

114

фактором проникновения веществ. При активации кровотока несколько усиливается резорбция лишь токсикантов, способных проникать через кожные покровы. В этой связи, действие таких факторов как раздражающие вещества, ультрафиолетовое облучение, температурное воздействие и т.д., сопровождающееся расширением сосудов, открытием анастомозов, усиливает резорбцию лишь некоторых токсикантов.

Свойства действующих веществ. На процесс резорбции в наибольшей степени влияют физико-химические свойства токсикантов и прежде всего способность растворяться в липидах (липофильность). Существует прямая зависимость между величиной коэффициента распределения в системе масло/вода и скоростью резорбции. Липофильные агенты (например, фосфорорганические (ФОС), хлорорганические соединения (ХОС) и др.) достаточно легко преодолевают кожный барьер. Гидрофильные агенты, и особенно заряженные молекулы, практически не проникают через кожу. В этой связи проницаемость барьера для слабых кислот и оснований существенно зависит от степени их диссоциации. Так, нейтральные молекулы алкалоидов способны к резорбции, однако анионы кислоты и катионы алкалоидов этим путем в организм не проникают. Вместе с тем проникновение в организм липофильных веществ, вообще не растворяющихся в воде, также невозможно: они депонируются в жировой смазке и эпидермисе и не захватываются кровью. Поэтому масла не пенетрируют через кожу. Среди органических токсикантов, вызывающих интоксикацию при проникновении через кожу, на первом месте стоят ароматические нитро- и аминосоединения, фосфорорганические инсектициды, некоторые хлорированные углеводороды и металлоорганические соединения.

Газы, такие как кислород, азот, диоксид углерода, сероводород, аммиак, гелий, водород - способны к кожной резорбции. На скорости процесса, прежде всего, сказывается их липофильность и концентрация в окружающей среде. Увеличение парциального давления газа в воздухе ускоряет его проникновение в организм, что может приводить к тяжелым

115

интоксикациям. Так, для кроликов содержание H2S в воздухе в концентрации 9,3% оказывается смертельным (ингаляционное воздействие исключено). Соли металлов (свинца, олова, меди, мышьяка, висмута, сурьмы и ртути) соединяясь с жирными кислотами и кожным салом на поверхности или внутри рогового слоя, могут превращаться в жирорастворимые соединения и проникать через барьерный слой эпидермиса. Лучше других металлов всасываются ртуть и таллий. Цинк и кадмий, образуя белковые комплексы, также проникают через кожу. Шестивалентный хром, проникая через кожу и ее придатки, восстанавливается в трехвалентную форму. С этим превращением хрома связывают его аллергизирующие свойства

Экзогенные факторы влияющие на резорбцию через кожу. Поврежде-

ние рогового слоя эпидермиса и жировой смазки кожи (кератолитическими средствами, органическими растворителями) приводит к усилению резорбции токсикантов. Механическое повреждение кожи с образованием дефектов, особенно обширных, лишает её барьерных свойств. Увлажненная кожа лучше всасывает токсиканты, чем сухая. На скорость резорбции веществ в виде эмульсий, растворов, мазей кроме факторов, перечисленных выше, существенное влияние оказывают свойства носителя (растворителя, эмульгатора, мазевой основы). Повреждения кожи безусловно способствуют проникновению токсических веществ. Для многих веществ известна проницаемость кожи не только снаружи внутрь, но и изнутри наружу.

3.6.2.4. Резорбция через слизистую глаз

Проникновение токсикантов может происходить и через слизистую глаз подчиняется общим закономерностям. Прежде всего, скорость процесса определяется физико-химическими свойствами вещества (растворимостью в липидах и воде, зарядом молекулы, значением рКа, размерами молекулы). Липидный барьер роговицы глаза представляет собой тонкую структуру многослойного плоского эпителия, покрытого снаружи роговым слоем. Через барьер легко проникают жирорастворимые вещества и даже растворимые

116

преимущественно в воде соединения. При попадании токсиканта на роговицу большая его часть смывается слезой и распространяется по поверхности склеры и конъюнктивы глаз. Исследования показывают, что около 50% нанесенного на роговицу вещества удаляется в течение 30 секунд, и более 85% - в течение 3-6 мин. При нанесении на роговицу глаза кролика содержание вещества в различных структурах глаза снижается в ряду: роговица; радужка; жидкость камер глаза; хрусталик.

3.6.2.5. Резорбция из тканей

При действии веществ на раневые поверхности или введении в ткань (например, подкожно или внутримышечно) с помощью специальных устройств, возможно их поступление либо непосредственно в кровь, либо сначала в ткани, а уже затем в кровь. При этом в ткань могут проникать высокомолекулярные (белковые), водорастворимые и даже ионизированные молекулы. Создающийся градиент концентрации токсиканта между местом аппликации, окружающей тканью и кровью является движущей силой процесса резорбции вещества в кровь и внутренние среды организма. Скорость резорбции определяется свойствами тканей и ксенобиотиков.

Главным образом процесс резорбции из тканей зависит от степени вазкуляризации (капиллярного русла) тканей. Стенка капилляра представляет собой пористую мембрану. Её толщина в различных тканях колеблется от 0,1 до 1,0 мкм. Для капилляров большинства тканей человека характерны поры диаметром, в среднем, около 2 нм. Площадь поверхности, занимаемая порами, составляет около 0,1% общей площади капиллярного русла. Поры представляют собой промежутки между эндотелиальными клетками. Наличие пор делает мембрану капилляра проницаемой для водорастворимых веществ. Полагают, что в капиллярах в очень ограниченном количестве встречаются поры и с большим диаметром (до 80 нм). Кроме того, возможен перенос веществ через стенку капилляра с помощью механизма пиноцитоза.

Стенки капилляров мышц млекопитающих имеют поры диаметром 3 - 4 нм, поэтому они не проницаемы для гемоглобина (r=3,2 нм) и

117

сывороточных альбуминов (r=3,5 нм), но проницаемы для таких веществ как инулин (r=1,5 нм) и миоглобин (r=2 нм). В этой связи проникновение очень многих ксенобиотиков в кровь вполне возможно при их введении в мышцы.

Сеть капилляров и лимфатических сосудов хорошо развита в подкожной клетчатке и в межмышечной соединительной ткани. Площадь поверхности капиллярного русла в определенном объеме тканей оценивается по-разному, для мышц величина составляет 7000 - 80000 см2/100 г ткани. По расчетам объем капиллярного русла в тканях не превышает 4%. Степень развития капиллярной сети лимитирует скорость резорбции ксенобиотика в ткани. Время пребывания крови в капиллярах в процессе кровообращения составляет, примерно, 25 сек, в то время как оборот объема циркулирующей крови реализуется за 1 минуту. Этим объясняют, почему степень резорбции вещества из ткани в кровь пропорциональна степени вазкуляризации тканей. Резорбция веществ из подкожной клетчатки в основном осуществляется через капилляры и в значительно меньшей степени через лимфатические сосуды.

Абсолютное количество капилляров на единицу объема тканей представляет собой лишь условную меру отражающую степень их кровоснабжения. Большое значение имеет процент раскрытых, функционирующих капилляров, а также величина давления крови в тканях. Интенсивность кровотока зависит от сердечной деятельности, а в тканях регулируется вазоактивными факторами. Такие эндогенные регуляторы, как адреналин, норадреналин, ацетилхолин, серотонин, оксид азота, простагландины и т.д. существенно влияют на скорость кровотока в ткани и, следовательно, процесс резорбции ксенобиотиков. Охлаждение конечности вызывает замедление в ней кровотока, нагревание - ускорение.

Так как поры капилляров имеют диаметр 3-4 нм, то через них могут проникать большие водорастворимые молекулы. Даже такие макромолекулы как тетанотоксин, ботулотоксин всасываются в тканях. Молекулярная масса большинства известных высокотоксичных веществ составляет около 100-500 дальтон. Поэтому их пенетрация через стенки капилляров не лимитирована

118

диаметром пор. Подсчитано, что диффузионная возможность капилляров для низкомолекулярных веществ в 40 - 120 раз превышает их предельную концентрацию в плазме крови. В этой связи многие ксенобиотики легко всасываются в кровь при непосредственном введении их в ткани (подкожно или внутримышечно). К числу таковых относятся давно известные человеку яды, использовавшиеся еще доисторическим человеком для охоты, содержавшие курарин, строфантин, буфотоксины и т.д.

Установлены ограничения проникновения веществ через стенку капилляров мышц. При диаметре молекулы, равном 1/5 диаметра поры скорость диффузии веществ через капилляр составляет около 50% расчетной.

Жирорастворимые соединения хорошо резорбируются в тканях, поскольку клетки эндотелия не являются для них барьером и, следовательно, поверхность всасывания для них примерно в 1000 раз больше, чем для водорастворимых веществ, проникающих в кровяное русло исключительно через поры.

Для количественной характеристики способности веществ проникать в организм тем или иным путем, используют разные подходы. В эксперименте проблема может быть решена путем умерщвления животных в различные периоды времени после введения токсиканта тем или иным способом и определения его содержания в различных органах и тканях. Возможно определение суммарного количества вещества и его метаболитов в моче и кале за некоторый промежуток времени и соотношение полученного результата с количеством введенного исследуемым способом вещества.

3.6.3. Распределение и депонирование токсикантов в организме

После резорбции в кровь вещество в соответствии с градиентом концентрации распределяется по всем органам и тканям. Распределение – это динамический процесс. Его направленность во многом определяется соотношением содержания токсиканта во внешней среде, на месте аппликации, в крови и тканях. По большей части вещества распределяются в организме неравномерно. Неодинаково и время пребывания токсикантовв

119

различных органах и тканях. Некоторые избирательно накапливаются в том или ином органе, ткани, даже клетках определенного типа. Так, ботулотоксин избирательно связывается с нервными окончаниями холинэргических нервных волокон, свинец, кадмий - в костях и т.д. Причем если время нахождения ботулотоксина в соответствующих клетках насчитывает от несколько часов до суток, то металлы могут сохраняться в костной ткани годами. Так как физические свойства и химически состав клеток во многом одинаковы, поэтому такое неравномерное распределение токсикантов в организме или избирательное накопление в отдельных тканях встречается не так часто.

Токсический процесс далеко не всегда характеризуется повреждением именно тех структур, в которых вещество накапливается в наибольшем количестве. Выраженность токсического эффекта пропорциональна концентрации ксенобиотика в месте действия на "структуру-мишень". Для того, чтобы эффект был выраженным необходима высокая концентрация вещества в "биофазе" чувствительных рецепторов. Например, чтобы вызвать отравление, в основе которого лежит нарушение деятельности сердца, токсин должен накопиться в сердечной мышце. Его содержание в мозге, печени, поджелудочной железе практически не имеет значение для развития острого токсического процесса. При интоксикации диэтиламидом лизергиновой кислоты (ЛСД) менее 1% вещества поступает в мозг, но именно со стороны ЦНС выявляются изменения, составляющие основу острого отравления. Свинец, накопившийся в костях, практически не обладает биологической активностью.

Общие принципы распределения токсикантов в организме. На про-цесс перехода токсикантов из крови в ткани (и наоборот) влияют следующие структурно-функциональные особенности органов:

-свойства стенок их капиллярного русла;

-площадь капиллярного русла (степень вазкуляризации) и интенсивность кровоснабжения органов;

120