46. Токсические свойства I

25

соединений группы 11В (2п, Сй, Нд)

Соединения 2п, СС, Нд могут вызывать нарушение белкового обмена, что проявляется в выделении бел- ков плазмы через почки (в протеинурии).

Токсичное действие соединений группы ИВ на орга- низм вызывается еще и тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными 5Н- группами белков, ферментов и аминокислот.

При взаимодействии ионов металлов с 5Н-группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, не- растворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению ак- тивности ферментов и свертыванию белков. Ионы двух- валентных металлов блокируют одновременно две 5Н- группы. В реакциях подобного типа ионы металлов выступают акцептором, а сера — донором электронов.

Наиболее выражено химическое сродство 5Н-груп- пам у ртути. Очевидно, это связано с тем, что комплек- сообразующие свойства ртути выше и она образует бо- лее прочные связи с серой.

5Н-группы входят в состав более 100 ферментов, ак- тивность которых может быть подавлена из-за блоки- рования этих групп. Поэтому очевидно, насколько важ- но знать механизм блокирования и методы лечения при отравлении организма металлами.

Известно, что токсические свойства элементов за- висят от той химической формы, в какой они попадают в организм. Наиболее токсичны те формы, которые раст- воряются в липидах и легко проникают через мембрану в клетку.

В литературе описан случай массового отравления ртутью в Японии. Неорганические соединения ртути под действием ферментов микроорганизмов превраща- лись в метилртуть. Метилртуть накапливалась в рыбе,

-X ><

I цщ 48. Биологическая роль р-элементов | МА-группы. Применение

их соединений в медицине

По содержанию в организме человека (21,15%) угле- род относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углево- дов, витаминов, гормонов. С биологической точки зре- ния углерод является органогеном номер 1.

По содержанию в организме человека (10^-3%) крем- ний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хруста- лике. Так как природный диоксид кремния плохо раст- ворим в воде, то в организм человека он попадает не столько через пищеварительный тракт, сколько воз- душным путем через легкие в виде пылеобразного 5Ю₂. С нарушением обмена кремния связывают возни- кновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.

В медицинской практике применяют карбид кремния (IV) 5Ю — карборунд для шлифовки пломб и пластмас- совых протезов. Диоксид кремния 5Ю₂ входит в состав силикатных цементов.

Необходимо отметить, что пыль, состоящая из частиц угля, диоксида кремния и алюминия при систематиче- ском воздействии на легкие вызывает заболевание — пневмокониозы. При действии угольной пыли — это антракоз, профессиональное заболевание шахтеров. При вдыхании пыли, содержащей 51О₂, возникает си- ликоз, при действии алюминиевой пыли — алюминоз.

И46а

По содержанию в организме человека (10^-5—10^-6%) германий относится к микроэлементам. Биологиче- ская роль окончательно не выяснена. Соединения гер- мания усиливают процессы кроветворения в костном мозге. Известно также, что соединения германия мало- токсичны.

а затем с пищей попадала в организм человека. Постепенно концентрируясь, метилртуть вызы- вает необратимые разрушения в организме и смерть.

Использование соединений цинка и ртути в медици- не основано на их вяжущем, прижигающем и антисеп- тическом действии. В качестве глазных капель приме- няют 0,25%-ный водный раствор сульфата цинка 2п3О₄. В стоматологии хлорид цинка используют для прижи- гания папиллом, для лечения воспаленных слизистых оболочек. Применяется также оксид цинка 2п0.

Хлорид ртути (II) (сулема) очень ядовит, и его водные растворы при больших разбавлениях (1 : 1000) приме- няются для дезинфекции. Для лечения кожных и вене- рических заболеваний применяют мази, содержащие оксид ртути (II) Нд0 и сульфид ртути (II) Нд3. Хлорид ртути (I) (каломель) плохо растворяется в воде и поэто- му мало ядовит. Эту соль применяют в ветеринарии как слабительное средство.

Ртуть при обычных условиях — жидкий металл, кото- рый способен растворять другие металлы. При этом образуются твердые сплавы — амальгамы. В стомато- логии для пломбирования зубов издавна применяли амальгамы серебра и кадмия. Они химически инерт- ны, легко размягчаются при нагревании и поэтому лег- ко формуются.

Источники ультрафиолетового света — ртутно-квар- цевые лампы медицинского назначения — содержат га- зообразную ртуть (пары). При облучении светом этих ламп больничных помещений уничтожаются микроорга- низмы, содержащиеся в воздухе. С помощью ультрафио- летовых лучей лечат различные кожные заболевания.

Таким образом, по характеру функционирования и воз- действия на организм металлы ПВ-группы можно разде- лить на жизненно необходимый элемент 2п и токсичные примесные элементы Сй и Нд.

48б| По содержанию в организме человека (10^-4%) олово относится к микроэлементам.

Олово попадает в организм человека с кислыми про- дуктами, консервированными в жестяных банках, покры- тых слоем олова. В кислой среде олово растворяется и в форме соли поступает в кровь, проявляя токсиче- ское действие. Однако в опытах на крысах установлено, что олово в малых количествах стимулирующе действует на рост крыс. Это дает основание предполагать его необхо- димость и для человека. Безусловно, выяснение биоло- гической роли этого микроэлемента требует дополни- тельного изучения.

В медицинской практике находят применение различ- ные материалы, в частности пломбировочные, содер- жащие олово. Так, олово входит в состав серебряной амальгамы (28%) для изготовления пломб.

Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Многие факторы говорят в пользу денатура- ционного механизма. Установлено, что свинец — один из элементов, присутствие которых в продуктах пита- ния влияет на развитие кариеса.

С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. Свинец депо- нируется в основном в скелете (до 90%) в форме труд- норастворимого фосфата. Массовая доля свинца в ор- ганизме человека — 10^-6%. Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2—2 мг свинца.

В медицинской практике нашли применение как наруж- ные вяжущие антисептические средства ацетат свинца (примочки) и оксид свинца (II) РЬО (входит в состав пластыря свинцового простого).

достатке цинка в растениях нарушаются белко- вый и углеводный обмен, тормозится синтез хло- рофилла и витаминов. Дефицит цинка устраняется при использовании цинксодержащих удобрений. Токсич- ность соединений ПВ-группы увеличивается от цинка к ртути. Водорастворимые соединения оказывают раз- дражающее действие на кожу, при попадании внутрь организма вызывают отравление. Токсичны и сами ме- таллы — при вдыхании паров цинка (воздуха цинковых производств) появляется «металлическая» лихорадка. Отравление парами ртути в Средние века получило наз- вание «болезнь сумасшедшего шляпочника». Содержа- ние ртути в пищевых продуктах (в морских, как в Япо- нии) приводит к болезни миномата. Токсичность ртути связана с агглютинацией (склеиванием, слипанием) эритроцитов, ингибированием ферментов. Например, сулема вызывает изменение размеров, осмотическую хрупкость и снижение деформируемости эритроцитов, которая необходима для их продвижения по капилля- рам. Токсичность кадмия связана с его сродством к нук- леиновым кислотам. В результате его присоединения к ДНК нарушается ее функционирование.

26

Хроническая интоксикация кадмием и ртутью может нарушить минерализацию костей. Токсичные элементы могут замещать кальций. Это приводит к образованию апатита несовершенной структуры вследствие искаже- ния параметров кристаллического компонента кост- ной ткани. В результате снижается прочность костей.

Таллий относится к весьма токсичным элемен- там. Ион Т1 склонен подобно Ад+ образовывать прочные соединения с серосодержащими лигандами.

Вследствие этого он очень токсичен, так как подав- ляет активность ферментов, содержащих тиогруппы — 3Н. Даже весьма незначительные количества соедине- ний Т1 + при попадании в организм вызывают выпадение волос.

Вследствие близости радиусов К+ и Т1 + они обла- дают сходными свойствами и способны замещать друг друга в ферментах. Ионы Т1 и К являются синергиста- ми. Этим объясняется тот факт, что ферменты пиру- ваткиназа и диолдегидратаза активируются не только ионами К, но и ионами Т1 (ион Т1 замещает ион К в ка- талитическом центре ферментов). Синергизм тал- лия и калия проявляется и в том, что подобно ионам К ионы Т1 накапливаются в эритроцитах.

В качестве противоядия при отравлении ионами Т1 используют серосодержащий лиганд — аминокислоту цистин.

В заключение необходимо отметить, что биологи- ческая роль р-элементов ША-группы изучена недоста- точно. В настоящее время известно, что бор и галлий взаимодействуют в растениях с ингибиторами их раз- вития полифенолами, уменьшая токсичность послед- них. Установлена также несомненная роль алюминия в построении эпителиальной и соединительной тканей и, кроме того, его участие в ферментативных процес- сах как в качестве активатора, так и в качестве ингиби- тора. Свойством ингибировать многие серосодержа- щие ферменты обладает ион Т1.

Биологическая активность р-элементов ША-группы связана главным образом с их способностью к обра- зованию комплексных соединений с кислородсодер- жащими лигандами и нерастворимых фосфатов.

\/А-группы. Применение их соединений в медицине (азот, фосфор)

Азот по содержанию в организме человека (3,1%) от- носится к макроэлементам. Если учитывать только мас- су сухого вещества организма (без воды), то в клетках содержание азота составляет 8—10%. Этот элемент — составная часть аминокислот, белков, витаминов, гормо- нов. Азот образует полярные связи с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганиче- ских комплексах (металлоферментах) атомы азота по донорно-акцепторному механизму связывают неорга- ническую и органическую части молекулы.

Вместе с кислородом и углеродом азот образует жиз- ненно важные соединения — аминокислоты, содержа- щие одновременно аминогруппу с основными свойст- вами и карбоксильную группу (—СООН) с кислотными свойствами. Аминогруппа выполняет очень важную функцию и в молекулах нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое значение азотсодержащих биолиган- дов — порфиринов, например гемоглобина.

В биосфере происходит круговорот азота. Азотный цикл имеет жизненно важное значение для сельского хозяйства.

Необходимо отметить еще одно важное в биологиче- ском плане свойство азота — его растворимость в воде почти такая же, как у кислорода. Присутствие избытка азота в крови может быть причиной развития кессон- ной болезни. При быстром подъеме водолазов проис- ходит резкое падение давления, соответственно пада- ет растворимость азота в крови (закон Генри), и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.

р9а| 49. Биологическая роль р-элементовК^05 50. Биологическая роль р-элементов I

По содержанию в организме человека (0,95%) фосфор относится к макроэлементам. Фосфор — элемент-орга-

УА-группы (мышьяк, сурьма, висмут). Применение их в медицине

По содержанию в организме человека мышьяк отно- сится к микроэлементам. Он концентрируется в пече- ни, почках, селезенке, легких, костях, волосах. Больше всего мышьяка содержится в мозговой ткани и в мыш- цах. Мышьяк накапливается в костях и волосах и в те- чение нескольких лет не выводится из них полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе для выяснения вопроса, имело ли место отравление соединениями мышьяка.

Определение мышьяка в биологическом материале проводят в несложном приборе по реакции Марша: к био- объекту добавляют цинк и соляную кислоту. Выделяю- щийся при реакции водород восстанавливает любое сое- динение мышьяка до арсина.

Если выделяющийся водород содержит примесь ар- сина, то при нагревании газовой смеси происходит раз- ложение АзН₃:

2АзН₃ = 2Аз° + 3Н₂.

и на стенках трубки для газовыделения образуется черный блестящий налет мышьяка — «мышьяковое зер- кало». Реакция Марша весьма чувствительна и позво- ляет обнаружить 7—10^-7 г мышьяка.

В относительно больших дозах соединения мышья- ка очень ядовиты. Как уже упоминалось, токсическое действие соединений мышьяка обусловлено блокиро- ванием сульфгидрильных групп ферментов и других биологически активных веществ.

По содержанию в организме человека (10%) сурьма и висмут относятся к микроэлементам. По классифика- ции В. В. Ковальского сурьму и висмут относят к той груп-