Механизмы токсического воздействия тяжелых металлов на организм человека

Тяжелые металлы и мышьяк накапливаются в высоких концентрациях и длительно депонируются в почках и печени, что объясняется высоким содержанием в почечной и печеночной тканях особого белка—металло- тионина, богатого тиоловыми 8Н-группами, обеспечивающими биологи­ческую активность более 50 % белков-ферментов.

Тяжелыми металлами блокируются также аминные, карбоксильные и другие группы белковых молекул.

Ионы РЪ2+, Н§2+, Нд+, Со2+, Сс12+ в биосредах образуют наиболее проч­ные связи с мягкими основаниями, прежде всего с белками, пептидами и аминокислотами. Но эти металлы одновременно могут присоединяться, хотя и менее прочно, к другим группам белков, образуя хелаты. Так, Н§2+ и РЬ2+ относятся к числу одних из наиболее активно связывающихся с 8Н- группами белков и пептидов.

Известно, что характер действия токсиканта определяется не только его свойствами и дозой в исходном состоянии, но и его промежуточными и ко­нечными метаболическими формами. Металлы и их соединения, в отличие от многих органических соединений, попадая в организм, многократно мо­гут менять свою форму. В результате взаимодействия с окислительно-вос- сгановительными буферными системами клетки, при котором осуществля­ется перенос электронов, степень окисления металлов меняется. При этом переход в состояние низшей степени окисления для большинства переход­ных металлов обычно связан с уменьшением их токсичности (табл. 7.1).

Соединения одного и того же металла, но разной степени окисления проявляют неодинаковую степень токсичности вследствие разной способ­ности образовывать малорастворимые соединения с биокомплексами и неодинакового сродства к белкам и ферментам. Зависимость токсического действия от степени окисления металла весьма четко проявляется при по­ступлении оксидов металлов в организм в виде пыли ингаляционным пу­тем. Оксиды большинства переходных металлов (например, марганца, мо­либдена, ванадия и др.) в высшей степени окисления обладают более вы­раженным раздражающим действием на слизистую оболочку органов дыхания и легочную ткань, вызывая бронхопневмонию.

Существует тесная связь между токсичностью металла и его физико­химическими свойствами. Токсичность возрастает с увеличением атомной

Таблица 7.1

Сравнительная токсичность оксидов некоторых металлов в разных степенях окисления (при подкожном введении в организм мыши)

Оксиды металлов ЛД50 металла (в пересчете на элемент), мг/кг
МпО 1000
Мп2Оз 615,7
Мп02 422
СоО 125
Со203 2064
Мо02 317,5
МоОз 94
У2Оз 45
у205 55

массы металлов и зависит от способности к диссоциации их комплексов с белками, от растворимости соединений в воде и липидах. Более слабая ионизация оксидов делает их менее токсичными по сравнению с раствори­мыми солями тех же металлов.

Большинство переходных металлов в восстановленной форме образу­ют в организме лучше растворимые и легче выводимые соединения. На этом свойстве основана их детоксикация путем восстановления аскорби­новой кислотой. Например, ионы шестивалентного хрома проникают в эритроциты и могут вызывать при высоких концентрациях их распад (ге­молиз). Этот эффект отсутствует при воздействии ионов трехвалентного хрома во много раз большей концентрации. В организме может происхо­дить восстановление поступившего Сг6+ в малотоксичную форму Сг3+ ас­корбиновой кислотой. Ионы Сг3+ могут быть удалены из организма доста­точно быстро с помощью некоторых веществ (пиросульфата натрия, вин­нокаменной кислоты и др.).

В силу близких геометрических размеров, заряда и поляризуемости ком­плексов, образуемых ионами многих металлов с клеточными лигандами, проявляется способнность имитировать свойства эндогенных субстратов (эффект молекулярной и ионной мимикрии). Например, близость атомных радиусов РЪ2+ и Са2+ позволяет иону свинца заменять последний в важ­нейших регуляторных процессах, обусловливая аккумуляцию и депониро­вание тяжелого металла, в частности свинца, в костях и его перманентное поступление в кровь.

При действии токсических ионов на металлоферменты, в которых био­генный металл связан с белком, замена иона биоэлемента ионом тяжелого металла ведет к полной потере активности фермента. Так, в 2п-зависимых ферментах, например в карбоангидразе, замена 2п2+ соответственно иона­ми Н§2+ и РЪ2+ приводит к выключению этих ферментов из регулирования ряда жизненно важных процессов в организме.

В основе токсического действия тяжелых металлов лежат их химичес­кие свойства, в первую очередь высокое сродство к 8Н-группам белков, процессы полидентатного связывания, а также реакции конкурентного за­мещения металла, прежде всего Са2+, 2п2+ и некоторых других в металло- ферментах.

Еще одним и, по-видимому, универсальным механизмом токсического дей­ствия тяжелых металлов является активация свободнорадикального и перок- сидного окисления, повреждающего важнейшие молекулярные и надмолеку­лярные структуры белков, липидов, нуклеиновых кислот, биомембран.

Следует отметить, что генерация активных форм кислорода, в частно­сти ОН, стимулирует деградацию органических соединений ртути (СН3Н§+, С2Н5Н§+) в металлическую ртуть, т.е. изменяет токсическую форму металла.

Особую роль в биотрансформации и детоксикации тяжелых металлов (Н§2+, РЪ2+ и др.) играет глутатион (Г-8Н), который выступает как водора­створимый антиоксидант. За счет восстановленной 8Н-группы и других функциональных групп этот трипептид способен связывать и транспорти­ровать тяжелые металлы. Поэтому внутриклеточный фонд Г-8Н является важным фактором в процессах биотрансформации, транспорта и выведе­ния тяжелых металлов из органов и тканей.

Во многих случаях выведение ионов металлов из организма происхо­дит неравномерно, многофазно, причем каждая фаза имеет свою экспо­ненциальную кривую. Например, большая часть вдыхаемых паров ртути удаляется из организма почками в течение нескольких часов, но удаление ее остаточных количеств затягивается на несколько дней; выделение оста­точных количеств цинка длится более 150 сут.

7.3.

<< | >>
Источник: Тарасов А.В., Смирнова Т.В.. ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ. 2006

Еще по теме Механизмы токсического воздействия тяжелых металлов на организм человека:

  1. Механизмы токсического действия растворителей на организм человека
  2. Основные принципы защиты организма и лечения отравлений тяжелыми металлами
  3. Глава 6 ТОКСИЧНОСТЬ ИОНА МЕТАЛЛА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
  4. Патологическое воздействие факторов и механизмы детоксикации организма
  5. Механизмы биологического воздействия факторов на организм
  6. Глава 3. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
  7. Глава 5. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
  8. Г лава 6 ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ФИЗИЧЕСКОГО ФАКТОРА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА В ЛЕЧЕБНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ И РЕАБИЛИТАЦИОННЫХ ЦЕЛЯХ
  9. 6.1. Воздействие различных вкусовых ощущений на организм человека и диагностика вкусов
  10. Отравление тяжелыми металлами
  11. ОТРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
  12. Характеристика отравлений тяжелыми металлами
  13. Глава 2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. ПАТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
  14. 11.3. Исследование влияния гипнотерапиина кинетику метаболизма радионуклидов тяжелых металлов
  15. ОТРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
  16. ГЛАВА 172 ОТРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
  17. ПОЛИНЕВРОПАТИИ ПРИ ОТРАВЛЕНИИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
  18. Результаты цитогенетического мониторинга для контактировавших с тяжелыми металлами