4 курс / Общая токсикология (доп.) / Экстренная_токсикология_Сафронов_Г_А_,_Александров_М_В_2012

Глава 9. Цитотоксическое действие

поражений населения представляют следующие группы веществ, обладающих цитотоксическим действием:

1) Боевые отравляющие вещества кожно-нарывного действия: иприты (сернистый, азотистый, кислородный), люизит.

2)Аварийно-опасные химические вещества: органические и неор­ ганические соединения мышьяка, ртути, этиленимин, этиленоксид и др. Аварии на предприятиях по производству хлорированных фенолов могут сопровождаться выбросом в окружающую среду среди прочих веществ 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксина («диоксина»).

3)Цитотоксиканты, представляющие угрозу при «химическом терроризме»: рицин и др. Возможно применение с террористически­ ми целями цитотоксикантов, используемых в химической промыш­ ленности, что обусловлено их доступностью, с одной стороны, и вы­ сокой токсичностью, длительным скрытым периодом — с другой.

4)Фитотоксиканты и пестициды — вещества, использующиеся для уничтожения растительного покрова (листвы, травы и пр.). Не­ которые рецептуры пестицидов содержат в виде примесей вещест­ ва, обладающие цитотоксическим действием: диоксин и диоксино­ подобные соединения.

Также следует иметь в виду, что некоторые из веществ цитоток­ сического действия могут образовываться, и в достаточно больших количествах, в повседневных условиях. При взаимодействии хлора с ароматическими углеводородами (в частности, при хлорировании питьевой воды) образуются хлорированные соединения, которые обладают цитотоксичностью.

Термическое разложение хлорированных углеводородных про­ дуктов (пластмасс): сжигание осадков сточных вод и других отходов полимерных материалов приводит к образованию диоксиноподоб­ ных соединений.

На основе хлорэтиламинов созданы высокоэффективные ци­ тостатики — лекарственные препараты, применяемые для лечения опухолей (циклофосфаны, хлорамбуцил, мелфалан и др.). Эти ве­ щества производятся в большом количестве и достаточно широко применяются в клинической практике.

9.3. Классификация цитотоксикантов. Общие механизмы цитотоксичности

Наиболее характерным свойством в эффектах цитотоксикантов на организм является сочетание местного повреждающего действия и общего резорбтивного действия. Местное действие реализуется

183

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

в виде воспалительно-некротического поражения тех покровных тканей, на которые попало (было апплицировано) вещество. Если вещество попало на кожу — то это дерматит, на слизистую желу­ дочно-кишечного тракта — воспалительное поражение слизистой, на слизистую дыхательных путей — соответственно ларинготрахеобронхит различной степени тяжести. На этом основании истори­ чески первым названием данной группы было «вещества кожнонарывного действия». Сейчас оно сохранилось только за боевыми отравляющими веществами, обладающими цитотоксическим дей­ ствием: иприты и люизит.

Резорбтивное действие на структуры-мишени для разных групп веществ — разное (специфичное). Картина резорбтивного действия зависит от механизма действия конкретных групп токсикантов. В зависимости от структур-мишеней и, следовательно, по механиз­ мам токсического действия цитотоксиканты могут быть разделены на несколько основных групп (табл. 22).

Механизмы, посредством которых цитотоксиканты способны воздействовать на пластический обмен и клеточное деление, мно­ гообразны. Условно вещества, действующие на нуклеиновые кис­ лоты и нарушающие процессы клеточной репарации и деления, можно подразделить на две группы. Представители первой группы взаимодействуют с нуклеиновыми кислотами ядра клетки, повреж­

дая ее генетический код и нарушая механизмы репликации. Пора­ жение такими веществами сопровождается повреждением процес­ са деления и пролиферации клеточных элементов. Такие вещества образуют прочные ковалентные связи с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. При последующем изучении нуклеиновых кислот, выделяемых из поврежденных клеток, в пробах выявляют­ ся комплексы «молекула токсиканта—пуриновое (пиримидиновое) основание». Такие комплексы получили название аддуктов. Среди

изучаемых в экстремальной токсикологии веществ к данной группе относятся прежде всего сернистый и азотистый иприты. При взаи­ модействии с нуклеиновыми кислотами ипритов образуются аддук­ ты, содержащие фрагмент молекулы иприта, представляющий со­ бой алкильную группу. По этой причине вещества называют также

алкилирующими агентами.

Соединения другой группы — вещества, не образущие аддукты нуклеиновых кислот — действуют на другие макромолекулы, участ­

вующие в синтезе белка. Основным видом нарушения является угнетение синтеза белка. Наиболее чувствительными к этим ядам

184

Глава 9. Цитотоксическое действие

Классификация веществ цитотоксическогодействия

185

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

являются органы с высокой интенсивностью пластического обме­ на. К числу веществ рассматриваемой группы относится, например, рицин — токсин растительного происхождения, содержащийся в клещевине.

Ктиоловымядам относятся вещества, в основе механизма токси­ ческого действия которых лежит способность связываться с сульфгидрильными группами, входящими в структуру различных бел­ ков. Образование комплекса «токсикант—SH-группа биомолекул» сопровождается их повреждением, нарушением функции (утрата ферментативной активности), что и инициирует развитие токси­ ческого процесса. К числу ферментов, содержащих сульфгидрильные группы, относятся различные по своей роли энзимы: гидролазы (амилаза, липаза, холинэстераза, уреаза и др.), оксидоредуктазы (алкогольдегидрогеназа, аминоксидазы, дегидрогеназы и др,), фос­ фатазы (креатинфосфокиназа, гексокиназаидр.) ипр. Рибосомальные макромолекулы содержат сульфгидрильные группы, инактива­ ция которых приводит к прекращению белкового синтеза.

К тиоловым ядам относятся боевое отравляющее вещество лю­

изит, а также металлы: мышьяк, ртуть, цинк и их многочисленные соединения. Различия в функциональной активности блокируемых энзимов обусловливает специфичность проявлений интоксикации для каждого вещества, относящегося к группе тиоловых ядов. Воз­ можно повышение сосудистой проницаемости, нефротоксическое действие, поражение печени, угнетение кроветворения и пр.

Токсическое действие модификаторов пластического обмена

связывают с их высокой способностью повышать активность (ин­ дуцировать) ферменты гладкого эндоплазматического ретикулума (ферментов микросомального окисления) клеток печени, почек, кожи и других органов. Система оксигеназ смешанных функций — основная система метаболизма чужеродных соединений и некото­ рых эндогенных веществ. Диоксин является самым сильным из из­ вестных индукторов оксигеназ.

В соответствии с существующими представлениями механизм действия диоксина состоит во взаимодействии вещества с цито­ зольными белками — регуляторами активности генов, отвечающих за синтез микросомальных ферментов. В цитоплазме образуют­ ся комплексы «диоксин—белок-регулятор», которые мигрируют в ядро клетки, где, взаимодействуя с ДНК, вызывают активацию гена и тем самым стимулируют синтез энзимов микросомального окисления. Поскольку диоксин и диоксиноподобные соединения длительное время сохраняются в организме, наблюдается стой­

186

Глава 9.Цитотоксическое действие

кая индукция микросомальных энзимов. При этом существенно изменяется характер метаболизма (биопревращения) разнообраз­ ных чужеродных веществ, поступающих в организм, — их метабо­ лизм извращается, что приводит к образованию промежуточных продуктов с очень большой токсичностью. В результате индукции микросомальных ферментов извращается метаболизм целого ряда собственных (эндогенных) биологически активных веществ. На­ пример, модифицируется метаболизм стероидов, к числу которых относятся многие гормоны, витамины, коферменты и пр.

9.4. Иприты: токсикологическая характеристика

Галогенированный тиоэфир 2,2-дихлордиэтилсульфид был впер­ вые синтезирован в 1822 г. в Депре. В чистом виде соединение было выделено и изучено в 1886 г. Виктором Мейером в Геттингене (Гер­ мания). Работы проводились при непосредственном участии русско­ го химика Николая Дмитриевича Зелинского (1861-1953), который в те годы проходил в лаборатории стажировку. Н.Д. Зелинский не смог довести систематический анализ вновь открытого соединения до конца, поскольку по неосторожности получил столь сильное по­ ражение этим веществом, что был вынужден прекратить работы и от­ быть на лечение. В. Мейер прекратил дальнейшее изучение нового соединения, убедившись в экспериментах, что оно высокотоксично.

Первоначально применение химического оружия в период Пер­ вой мировой войны (кампании 1915-1916 гг.) характеризовалось использованием веществ, действующих ингаляционно (хлор, фос­ ген и пр.). Достаточно эффективная защита от «удушающих газов» была быстро найдена: «противогазовые маски». Это стимулировало поиск новых боевых отравляющих веществ, способных вызывать поражение не только при ингаляционном воздействии.

В ходе Первой мировой войны в ночь с 12 на 13 июля 1917 г. возле города Ипр английские войска были обстреляны немецки­ ми минами, содержащими 2,2-дихлордиэтилсульфид. В немецкой армии ОВ имело маркировку «желтый крест». Новое ОВ вызывало тяжелейшее язвенно-некротическое поражение открытых участ­ ков кожи (лицо, шея, кисти рук), быстро проникало через одежду. В отличие от газов «желтый крест» стойко заражал местность. По месту первого применения — у города Ипр — новое ОВ получило название «иприт». По своим органолептическим свойствам иприт

называли «горчичный газ» или «чесночный газ», поскольку вещест­ во в малых концентрациях имело запах чеснока или горчицы.

187

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

Применение иприта открыло новый класс OB — ОВ «кожно-на­ рывного действия». Иприт быстро стал самым распространенным ОВ Первой мировой войны. Он обладал многими конкурентными свойствами как ОВ: мог применяться ингаляционно и заражать кожные покровы, проникать через обычное обмундирование и одежду, вызывать смертельные поражения, создавать (в отличие от «газов») стойкое заражение местности (мог применяться для со­ здания полос заражения перед собственной линией обороны). Основоположник современной отечественной военной медицины Б.К. Леонардов назвал иприт «королем газов».

Иприт использовали итальянские фашисты в ходе итало-абис- синской войны (1936 г.). Считается, что до 15% общих потерь в Абиссинии (Эфиопии) составили потери от химического оружия (Бадюгин И.С., 2006).

Во время Второй мировой войны (1939-1945 гг.) иприт широко применяла в Китае японская армия.

Вфашистской Германии иприты синтезировали в производ­ ственном масштабе, предполагая его боевое использование. Обна­ руженные в 1945 г. в Германии запасы азотистого иприта состав­ ляли около 2 тыс. т. По окончании войны захваченные у Герма­ нии запасы иприта были захоронены в Балтийском море в районе

о.Борнхольм (Дания). По оценке ведущих специалистов (Анто­ нов Н.С., 1994), объем захоронений ОВ в акватории может дости­ гать 25 тыс. т. В настоящее время начаты работы по расчистке дна Балтийского моря от захоронений химического оружия.

В1980-х гг. XX в. иприты использовалось в ходе Ирако-Иран­ ского военного конфликта.

Иприты не утратили своего военного значения. ОВ кожно-на­ рывного действия состоят на снабжении у всех стран, обладающих химическим оружием. В соответствии с Конвенцией о запрещении химического оружия (1993 г.)запасы иприта должны быть уничтожены.

9.4.1. Физико-химические свойства ипритов

Сернистый иприт — бесцветная маслянистая жидкость. В неочи­ щенном виде (технический иприт) — темного цвета из-за большого количества примесей сульфидов. При низких концентрациях об­ ладает запахом, напоминающим запах горчицы или чеснока («гор­ чичный газ»). В воде практически не растворим (не более 1—2%) и с водой не смешивается. При попадании в водоем — оседает на дно, заражая придонные слои (поэтому пробы воды надо брать

188

с поверхности и со дна — батометром). В воде не гидролизуется, длительно заражая источники водоснабжения. Хорошо растворяет­ ся в органических растворителях (поэтому может проникать через кожу и слизистые). Легко впитывается в пористые материалы и ре­ зину, не теряя при этом токсичности.

При обычных температурах иприты испаряются крайне медлен­ но, создавая при заражении местности стойкий очаг.

Дегазация (удаление и разрушение иприта) возможно путем гидролиза: конечные продукты гидролиза — нетоксичные соеди­ нения. Гидролизу подвергается только растворившееся количест­ во ипритов, но растворимость токсиканта крайне низкая. Процесс гидролиза ускоряют нагреванием зараженной воды и добавлением разбавленных щелочей. Вторым способом дегазации является окис­ ление ипритов. С этой целью используются препараты «активного хлора». При хлорировании ипритов их молекулы разрушаются.

9.4.2. Токсикокинетика

Учитывая, что иприт — маслянистая жидкость, которая плохо диспергируется, основное боевое состояние иприта — пары и кап­ ли.

Пути поступления. Иприты способны проникать в организм лю­

бым путем: 1)ингаляционно (в виде паров); 2) через неповрежден­ ную кожу, раневую и ожоговую поверхности (в капельно-жидкой форме) и 3) алиментарным путем (через рот!) с зараженной водой и продовол ьствием.

Иприт быстро проходит гистогематические барьеры и после поступления в кровь быстро распределяется в организме, легко про­ никает в клетки (высокая жирорастворимость обеспечивает легкое преодоление мембран). Метаболизм вещества проходит с большой скоростью и осуществляется при участии тканевых микросомальных ферментов. В процессе метаболизма ипритов образуются ток­ сичные промежуточные продукты (сульфоний, иммоний-катионы Идр.), которые, как считается, и обусловливают механизм токсиче­ ского действия («летальный синтез»).

189

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

9.4.3. Механизм токсического действия

Цитотоксическое действие ипритов развивается как на месте аппликации ядов, так и при поступлении во внутренние среды ор­ ганизма. Механизмы цитотоксичности иприта по-прежнему оста­ ются более или менее вероятностной гипотезой. Достаточно дока­ занными звеньями патогенеза выступают следующие процессы:

1. Как считается, в организме иприты подвергается дегалогенированию с образованием токсичных промежуточных продуктов (ра­ дикалов): сернистый иприт образует сульфоний-катион, азотистый иприт — иммоний-катион. Сернистый иприт далее подвергается окислению, при этом последовательно образуются токсичные про­ дукты: 2,2-дихлордиэтилсульфоксид (1) и 2,2-дихлордиэтилсуль- фон (2):

С действием радикалов и метаболитов на молекулы-мишени (ДНК и белковые молекулы) связывают механизм токсического действия ипритов.

2. Установлено, что на клеточном уровне активные промежу­ точные продукты метаболизма иприта оказывают повреждающее действие на дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) — алкили­ рование пуриновых оснований. В этой связи иприты относят к груп­

пе генотоксикантов (вещества, повреждающие генетический код). В основе повреждающего действия ипритов на ДНК лежит образо­ вание ковалентных связей с пуриновыми основаниями нуклеоти­ дов: аденином, гуанином (рис. 20).

Поскольку иприт обладает двумя функциональными группами (двумя атомами хлора), может осуществляться атака на нуклео­ фильные группы двух оснований. Поэтому кроме алкилирования возможно «сшивание» комплементарных нитей в двойной спирали ДНК.

3. Алкилирование ДНК является лишь пусковым механизмом процессов, приводящих к еще более глубокому повреждению кле­ ток и их гибели. Как установлено, поврежденные участки ДНК подвергаются депуринизации: отщеплению алкилированных пури­ новых оснований от молекулы. Затем депуринизированные участки

190

Глава 9. Цитотоксическое действие

Рис. 20. Взаимодействие аденозина с ипритом (по Саватееву Н.В., 1987)

ДНК под влиянием эндонуклеаз «вырезаются». В результате в ядре появляются свободные фрагменты ДНК, что активирует ферменты репарации этих макромолекул, в частности полимеразу. Полимера­ за обеспечивает синтез новых фрагментов ДН К и встраивание их на место поврежденных участков. Но поскольку при действии ипритов на ДН К повреждаются смежные участки комплементарных нитей, то в процессе репарации возможны грубые ошибки и генетический код клетки полностью не восстанавливается.

4.Повреждение генетического кода клеток нарушает процессы редупликации и транскрипции, лежащие в основе клеточного де­ ления: иприт блокирует клеточный цикл митоза. Наибольшей чув­ ствительностью к ипритам обладают органы и ткани, клетки ко­ торых активно размножаются: красный костный мозг, эпидермис, эпителий слизистой желудочно-кишечного тракта и т.д. В этих тканях повреждение генетического аппарата быстро приводит к па­ губным последствиям: останавливается процесс пополнения пула зрелых, функционально полноценных клеток.

5.Активные продукты метаболизма ипритов взаимодействуют с белками клеточных мембран и внутриклеточных структур, вызывая их алкилирование. Взаимодействием с белками можно объяснить ингибирование активности ипритами ряда ферментов: гексокиназы, холинацетилазы, ацетилхолинэстеразы, супероксиддисмутазы

ит. д., что выступает дополнительным фактором, приводящим к клеточной гибели.

6.Действуя в высоких дозах, иприты нарушают механизмы про­ ведения нервных импульсов в холинергических синапсах в ЦНС

ина периферии. В основе этого эффекта— ингибирование ак­ тивности ацетилхолинэстеразы. Антихолинэстеразная активность азотистого иприта выше, чем у сернистого, поскольку иммонийкатион больше имитирует молекулу ацетилхолина, т. е. имеет боль­ шее сродство к холинэстеразе. Антихолинэстеразным действием

191

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

объясняются такие эффекты, как судорожный синдром (при боль­ ших дозах иприта).

9.4.4. Патогенез поражения ипритом

Патогенез острого поражения складывается из следующих ос­ новных звеньев:

1)контакт с ипритом не сопровождается неприятными ощуще­ ниями («немой» контакт);

2)токсический процесс развивается отставленно — после скр того периода, продолжительность которого в зависимости от дозы может составлять от часа до нескольких суток;

3)поражение ипритом сочетает местное и резорбтивное дей­ ствие вещества;

4)местное действие (на месте контакта и проникновения в ор­ ганизм) приводит к развитию воспалительно-некротического пора­

жения;

5)резорбтивное действие обусловлено нарушением механизмов клеточного деления, следовательно, характеризуется в первую оче­ редь угнетением механизмов кроветворения;

6)угнетение кроветворения снижает иммунную реактивность организма и обусловливает возникновение инфекционных ослож­ нений за счет активизации собственной флоры (аутоинфекция);

7)нарушение процессов синтеза белка обусловливает патологи­ ческий катаболизм, что проявляется (ипритной) кахексией.

Ведущие патогенетические механизмы поражения ипритом схожи с патогенезом острой лучевой болезни: повреждение нук­ леиновых кислот, подавление гемопоэза, снижение иммунной резистентности и присоединение вторичной инфекции. На этом основании резорбтивное действие иприта описывается как радиомиметическое действие — действие, подобное эффекту иони­

зирующего излучения.

Иприт — вещество абсолютно смертельного действия. Наибо­ лее опасным является ингаляционное поражение парами иприта. При данной форме поражения наиболее вероятны тяжелые и край­ не тяжелые формы поражения со смертельным исходом. Хотя ве­ щество прекрасно всасывается через кожные покровы и вызывает их глубокое повреждение, вероятность летальных исходов при дан­ ном способе воздействия существенно меньше.

Механизм танатогенеза. Причинами смерти при тяжелом отрав­

лении ипритом являются: 1) присоединение вторичной инфекции;

192