5. Токсичность биогенных элементов.

В организме элементы могут претерпевать химические изменения и превращаться в вещества, оказывающие токсическое действие на организм. Существует понятие критической концентрации элемента в клетке, при достижении которой функции клетки нарушаются, а превышение критической концентрации приводит к гибели клетки.

Примеры: токсичное действие нитратов и кислорода.

Это особенно значительно проявляется при развитии некоторых профессиональных заболеваний:

• алюминоз – добыча и переработка алюминия

• силикоз – керамическая промышленность

• антракоз – угледобывающая отрасль

и т.д.

1. Действие нитратов и нитритов на организм.

Нитраты, соли азотной кислоты, NO₃^– не отличаются высокой токсичностью.

При поступлении в организм под действием микрофлоры кишечника они восстанавливаются в нитриты:

NO₃^– + 2ē  NO₂^–

Нитриты очень токсичны:

• во первых, они вызывают тканевую гипоксию, т.к. окисляют Fe²⁺ в гемоглобине. В результате образуется метгемоглобин, который не способен транспортировать кислород (О₂)

Hb + NO₃^– + 2Н⁺  метHb + NO + Н₂О

• во-вторых, они образуют канцерогенные вещества – нитрозосоединения.

Например, диметилнитрозамин

Способен вызвать рак практически всех внутренних органов. Международные нормы: ПДК = 40 мг/кг или л

2. Токсичность кислорода (О₂).

Превращение кислорода в организме можно представить следующей схемой:

O₂ + 4Н⁺ + 4ē  2Н₂О

Однако, данное превращение включает 4 стадии:

• O₂ + 1ē  О₂^. – (супероксид-анион-радикал)

• О₂^. – + 1ē + 2Н⁺  Н₂О₂ (пероксид водорода)

• Н₂О₂ + 1ē + Н⁺  Н₂О + ОН ^.  (гидроксид-радикал)

• ОН ^. + 1ē + Н⁺  Н₂О

Таким образом, при полном восстановлении молекула кислорода, принимая четыре электрона и четыре иона водорода, образует две молекулы воды.

При неполном восстановлении кислорода образуются различные кислородсодержащие токсичные радикалы и молекулы: О₂^. –, Н₂О₂, ОН ^.. Токсичные активные формы кислорода могут образовываться и при взаимодействии его с металлопротеинами (гемоглобин, цитохромы), содержащими катионы металла в низших степенях окисления: Fe²⁺, Mn²⁺, Cu⁺.

^{Например}: [Prot·Fe²⁺] + O₂  [Prot·Fe³⁺] + O₂^.

2[Prot·Fe²⁺] + O₂ + 2H⁺  2[Prot·Fe³⁺] + H₂O₂

Образовавшиеся частицы активно атакуют биосубстрат вплоть до разрыва связей С-С и С-Н, т.е. происходит глубокая деструкция молекул биосубстрата. Например: пероксидное окисление липидов (разрушение липидного слоя мембран), приводит к гибели клеток, а следовательно, и тканей, органов.

При экстремальных и патогенных воздействиях на организм образование кислородных радикалов в клетках и тканях усиливается. Факторами, усиливающими свободно-радикальное окисление, являются: радиоактивное, ультразвуковое и лазерное излучение; шум, вибрация; простудные и легочные заболевания; атеросклероз, инфаркт миокарда, остеохондроз, диабет, язва желудка, туберкулез и онкологические заболевания.

Возможно, свободно-радикальное окисление является не только следствием этих болезней, но и одной из причин их возникновения.

К счастью, существуют механизмы самозащиты клеток. В организме свободно-радикальное окисление сдерживается многокомпонентной антиоксидантной системой, которая превращает радикалы в малоактивные соединения.

Эти функции осуществляют:

• антиоксидантные ферменты: супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза.

• антиоксиданты (органические соединения с выраженными восстановительными свойствами)

Частичная детоксикация этих окислителей происходит при участии природных антиоксидантов, например, аскорбиновой кислоты, витамина Е и глутатиона. Кроме того, пероксид водорода обезвреживается под действием ферментов каталаз и пероксидаз:

2Н₂О₂ О₂ + 2Н₂О

Н₂О₂ + ДН₂ Д + 2Н₂О

где ДН₂ – восстановленные органические соединения, выступающие в роли донора водорода.

8