Действие тяжелых металлов и мышьяка на человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

"Красноярский государственный медицинский университет

имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого"

^{Факультет фундаментального медицинского образования}

Кафедра биологической химии с курсами медицинской, фармацевтической и токсикологической химии

По дисциплине "Химия"

Тема: «Действие тяжелых металлов и мышьяка на человека»

Выполнил (а): студент (ка)

Группы ___ леч

ФИО __________________

Проверила: Шадрина Л. Б.

2016 год

Содержание

Введение

1. Принцип мягких и жестких кислот и оснований Пирсона

2. Действия тяжелых металлов и мышьяка на организм человека

3. Хелатотерапия. Принципы действия и механизмы работы

4. Токсичные соединения платины и механизм их действия

Заключение

Список литературы и интернет ресурсов

Введение

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, та к как являются постоянными спутниками в жизни человека.

Очень часто многоэлементный анализ используют в медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений, а так же при лечении профессиональных болезней, связанных с хроническим воздействием тяжелых металлов на организм в условиях реального производства и экологических особенностей.

Органические и неорганические соединения тяжелых металлов и мышьяка используются во многих отраслях промышленности в качестве сырья или побочных продуктов, применяются в сельском хозяйстве как гербициды и инсектициды (гранозан и др.). Мышьяк и некоторые тяжелые металлы (медь, ртуть, висмут) входят в состав различных лекарственных форм.

1. Принцип жестких и мягких кислот и оснований Пирсона

Принцип жестких и мягких кислот и оснований Пирсона - принцип, в котором кислотно-основные взаимодействия протекают таким образом, что "жесткие" к-ты предпочтительно связываются с "жесткими" основаниями, а "мягкие" к-ты - с "мягкими" основаниями. При оценке "жесткости" и "мягкости" к-т и оснований учитывают их хим. состав и электронное строение, а также сравнительную устойчивость образуемых ими кислотно-основных комплексов: А + :В D А : В, где А - к-та Льюиса, :В - основание, А : В - кислотно-основной комплекс. "Жесткие" к-ты - акцепторы с низкой поляризуемостью, высокой электроотрицательностью, трудно восстанавливаются, их незаполненные граничные орбитали имеют низкую энергию; "мягкие" к-ты - акцепторы с высокой поляризуемостью, низкой электроотрицательностью, легко восстанавливаются, их свободные пограничные орбитали имеют высокую энергию. "Жесткие" основания - доноры с низкой поляризуемостью, высокой электроотрицательностью, трудно окисляются, их занятые граничные орбитали имеют низкую энергию; "мягкие" основания доноры с высокой поляризуемостью, низкой электроотрицательностью, легко окисляются, их занятые граничные орбитали имеют высокую энергию. Самая "жесткая" к-та - протон, самая "мягкая" CH3Hg+; наиболее "жесткие" основания - F и ОН-, наиб. "мягкие" I- и Н-. Сопоставление устойчивости кислотно-основных комплексов для различных оснований по отношению к Н+ и CH3Hg+ , a также для кислот по отношению к F- и I- позволило разделить известные кислоты и основания на группы.

Предпочтительное связывание "жестко-жестких" и "мягко-мягких" реагентов в рамках теории возмущения объясняется тем, что взаимодействуют между орбиталями с близкой энергией более эффективно, чем между орбиталями, разнящимися по энергии, т. е. подчеркивается преимущество электростатические ("жестко-жесткого") или ковалентного ("мягко-мягкого") взаимодействия. Принцип ЖМКО используют для учета специфические взаимодействия и особенностей протекания конкурирующих процессов, для направленного создания экстрагентов, детоксикантов, лекарственных препаратов, а также объяснения преимуществ. типов связывания металлов в биохимических и геологических объектах. Принцип сформулирован Ральфом Пирсоном в 1963.

2. Действие тяжелых металлов и мышьяка на организм человека

Механизм токсического действия этих соединений складывается из местного действия на ткани и резорбтивного, общетоксического влияния на организм. Местное действие проявляется в деструкции ткани и зависит от способности соединений тяжелых металлов и мышьяка диссоциировать на ионы.

Степень деструкции тканей зависит от степени диссоциации этих веществ и вызывает уплотнение и обратимую денатурацию белка или необратимую его денатурацию, проявляющуюся некрозом тканей с образованием струпа. Наличие в составе молекулы соединения кислотного остатка сильной кислоты (соляной, азотной) приводит к более выраженному деструктивному действию, чем действие, оказываемое соединениями, которые имеют в своем составе кислотный остаток слабой кислоты (уксусной, цианистой).

В основе токсического действия соединений тяжелых металлов и мышьяка лежит блокирование ферментных систем, содержащих сульфгидрильные группы, которые входят в состав белковых молекул и некоторых аминокислот и обладают способностью активно вступать в различные биохимические реакции. Кроме сульфгидрильных групп, тяжелые металлы блокируют также и другие реактивные группы белков (карбоксильные, аминные и др.), образуя металлопротеиды, лишенные многих физико-химических и биологических свойств протеинов, нарушая тем самым белковый, жировой, углеводный обмен, гормональную функцию белков.

Преимущественное воздействие на те или иные функциональные группы ферментов обусловливает конкретные особенности токсического действия тяжелых металлов и мышьяка.

Что касается их органических соединений, то наличие в составе молекулы углеводородного радикала приводит к их быстрому проникновению в центральную нервную систему и развитию выраженной неврологической симптоматики, часто превалирующей в клинической картине острых отравлений.

Поступают соединения тяжелых металлов в организм пероральным, ингаляционным путем, а также путем всасывания с поверхности кожи и слизистых оболочек. В случае перорального отравления всасывание этих соединений происходит в ионизированном виде, чему способствует наличие хлоридов в желудочном секрете и щелочная реакция кишечного сока. Основным участком всасывания тяжелых металлов является двенадцатиперстная кишка и начальный отдел тонкой кишки.

Циркуляция тяжелых металлов происходит частично в виде ионов или комплексов с аминокислотами, жирными кислотами. Однако ведущая роль в транспорте тяжелых металлов принадлежит белкам, образующим с ними прочную связь.

Они фиксируются на клеточных оболочках, блокируют тиоловые группы мембранных протеинов - 50% из них белки-ферменты, нарушают стабильность белково-липидных комплексов клеточной оболочки и ее проницаемость, вызывая выход из клетки калия и проникновение в нее натрия и воды.

Подобное действие этих ядов, активно фиксирующихся на красных кровяных клетках, приводит к нарушению целостности мембран эритроцитов, торможению в них процессов аэробного гликолиза и метаболизма вообще и накоплению гемолитически активной перекиси водорода вследствие торможения пероксидазы в частности, что приводит к развитию одного из характерных симптомов отравления соединениями этой группы - к гемолизу.

Распределение и депонирование тяжелых металлов и мышьяка происходят практически во всех органах. Особый интерес представляет способность этих веществ накапливаться в почках, что объясняется богатым содержанием в почечной ткани тиоловых групп, наличием в ней белка - металлобионина, содержащего большое количество тиоловых групп, что способствует длительному депонированию ядов. Высокой степенью накопления токсических соединений этой группы отличается и ткань печени, также богатая тиоловыми группами и содержащая металлобионин. Срок депонирования, например, ртути может достигать 2 мес и более.

Выделение тяжелых металлов и мышьяка происходит в разных пропорциях через почки, печень (с желчью), слизистую оболочку желудка и кишечника (с калом), потовые и слюнные железы, легкие, что сопровождается, как правило, поражением выделительных аппаратов этих органов и проявляется соответствующей клинической симптоматикой.

Смертельная доза для растворимых соединений ртути 0,5 г, для каломели 1-2 г, для медного купороса 10 г, для ацетата свинца 50 г, для свинцовых белил 20 г, для мышьяка 0,1-0,2 г.

3. Хелатотерапия. Принципы действия и механизмы

Если в системе несколько лигандов с одним ионом металла или несколько ионов металла с одним лигандом, способных к образованию комплексных соединений, то наблюдаются конкурирующие процессы: в первом случае лигандообменное равновесие - конкуренция между лигандами за ион металла, во втором случае металлообменное равновесие - конкуренция между ионами металла за лиганд. Преобладающим будет процесс образования наиболее прочного комплекса. Например, в растворе имеются ионы: магния, цинка, железа (III), меди, хрома (II), железа (II) и марганца (II). При введении в этот раствор небольшого количества этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) происходят конкуренция между ионами металлов и связывание в комплекс железа (III), так как он образует с ЭДТА наиболее прочный комплекс.

В организме постоянно происходят взаимодействие биометаллов (Мб) и биолигандов (Lб), образование и разрушение жизненно необходимых биокомплексов (МбLб).

В организме человека, животных и растений имеются различные механизмы защиты и поддержки данного равновесия от различных ксенобиотиков (чужеродных веществ), и в том числе от ионов тяжелых металлов. Ионы тяжелых металлов, не связанные в комплекс, и их гидроксокомплексы являются токсичными частицами (Мт). В этих случаях, наряду с естественным металлолигандным равновесием, может возникнуть новое равновесие, с образованием более прочных чужеродных комплексов, содержащих металлы токсиканта (МтLб) или лиганды-токсиканты (МбLт), которые не выполняют

необходимые биологические функции. При попадании в организм экзогенных токсичных частиц возникают совмещенные равновесия и как следствие - конкуренция процессов. Преобладающим будет тот процесс, который приводит к образованию наиболее прочного комплексного соединения.

Нарушения металлолигандного гомеостаза вызывают нарушения процесса обмена веществ, ингибируют активность ферментов, разрушают важные метаболиты, такие, как АТФ, клеточные мембраны, нарушают градиент концентрации ионов в клетках. Поэтому создаются искусственные системы защиты. Должное место в этом методе занимает хелатотерапия (комплексонотерапия).

Хелатотерапия - это выведение токсичных частиц из организма, основанное на хелатировании их комплексонатами s-элементов. Препараты, применяемые для выведения инкорпорированных в организме токсичных частиц, называют детоксикантами (Lg). Хелатирование токсичных частиц комплексонатами металлов (Lg) преобразует токсичные ионы металлов (Мт) в нетоксичные (МтLg) связанные формы, подходящие для изоляции и проникновения через мембраны, транспорта и выведения из организма. Они сохраняют в организме хелатообразующий эффект как по лиганду (комплексону), так и по иону металла. Это обеспечивает металлолигандный гомеостаз организма. Поэтому применение комплексонатов в медицине, животноводстве, растениеводстве обеспечивает детоксикацию организма.

Основные термодинамические принципы хелатотерапии можно сформулировать в двух положениях:

I. Детоксикант (Lg) должен эффективно связывать ионы-токсиканты (Мт, Lт), вновь образующиеся соединения (МтLg) должны быть прочнее, чем те, которые существовали в организме.

II. II. Детоксикант не должен разрушать жизненно необходимые комплексные соединения (МбLб); соединения, которые могут образовываться при взаимодействии детоксиканта и ионов биометаллов (MбLg), должны быть менее прочными, чем существующие в организме.

4. Токсические соединения платины и механизм их действия

металл токсический мышьяк человек

Известно, что именно соединения платины являются одними из наиболее эффективных противоопухолевых препаратов. В настоящее время их широко применяют в клинической практике для лечения онкологических заболеваний головы и шеи, органов желудочно-кишечного тракта, яичек и яичников. Механизм противоопухолевого действия комплексов платины заключается во взаимодействии с ДНК, что приводит к остановке пролиферации и гибели опухолевых клеток. Несмотря на значительный терапевтический эффект, лекарственные препараты на основе платины обладают побочным действием (вызывают тошноту, рвоту, расстройство функций костного мозга, являются причиной различных нервных заболеваний). Токсическое действие комплексов платины в значительной степени связано с их накоплением в почках, где они могут взаимодействовать с белками. Кроме того, существенным недостатком таких препаратов является их низкая растворимость в воде. В настоящее время проводится огромная работа по поиску аналогов этих комплексов, обладающих меньшей токсичностью и более широким спектром противоопухолевой активности. Параллельно изучается биологическая активность соединений палладия с целью выявления цитотоксических и противоопухолевых свойств, которые позволят использовать соединения палладия для лечения онкологических заболеваний.

Однако направленный поиск новых лекарственных препаратов, обладающих значительным терапевтическим эффектом и не оказывающих побочного действия, возможен лишь при детальном изучении влияния различных платиноидов и их комплексов на организм человека и выяснении механизма взаимодействия платиновых препаратов с ДНК и белками. Одним из путей установления такого механизма является изучение взаимодействия препаратов на основе металлов платиновой группы с нуклеиновыми кислотами, а также исследование влияния на каталитическую активность различных ферментов, отвечающих за протекание жизненно важных процессов в клетках.

Взаимодействие соединений палладия с нуклеиновыми кислотами и их фрагментами заключается в координации соединений палладия по атому азота N7 пуриновых оснований и атому азота N3 пиримидиновых основании (в основном, цитозина) .

Необходимо отметить, что в последнее время для лечения ряда онкологических заболеваний применяются нитрофурановые препараты, действие которых сводится к разрушению интенсивно делящейся ДНК супероксидным радикалом, образующимся при окислении нитрильной группы нитрофуранов клеточными оксидазами. Методами кругового дихроизма и УФ-спектроскопии установлено, что нитрофураны не связываются с нуклеиновыми кислотами. В то же время комплексное соединение, содержащее нитрофуран и атом платины (или палладия), связывается с нуклеосомой и плазмидной ДНК бактериальных клеток, что установлено методом электрофореза в агарозном геле . В связи с этим палладийсодержащие комплексы нитрофуранов также могут использоваться для преодоления лекарственной устойчивости микроорганизмов.

Цитотоксическое действие соединений платины открыто Б. Розенбергом в начале 1960-х годов при наблюдении влияния электрического тока на рост бактерий. В опытах Розенберга образующиеся при электрохимической коррозии платиновых электродов комплексные соединения платины вызывали нарушение деления и гибель клеток кишечной палочки. Было обнаружено, что наиболее выраженным биологическим действием обладает цис-дихлородиамминплатина. Последующие испытания на мышах выявили противоопухолевую активность этого соединения. С начала 1980-х годов цис-дихлородиамминплатина стала использоваться в клинической практике под названием цисплатин.

Заключение

Таким образом, действие соединений тяжелых соединений металлов и мышьяка негативно сказывается на организме. Взаимодействуя на организм, такие соединения оказывают серьезные осложнения на работу организма, вызывают отравления, и приводят к летальным исходам. Зная механизм действия таких соединений, было разработано множество способов лечения от отравления в промышленности, передозировки мышьяка и т.д.

Один из механизмов лечения хелатотерапия позволяет устранять из организма токсические частицы при помощи принципов, основанных на введении нескольких групп препаратов.

Необходимо разрабатывать новые препараты на основе нетоксичных соединений. Нынешнее использование платины оказывает серьезное воздействие на организм человека, особенно на нервную систему.

Список литературы и интернет ресурсов

1. С. Н. Голиков «Неотложная помощь при острых отравлениях»

2. http://www.chemrar.ru/i-news/index.php?ELEMENT_ID=10131

3. Гарновский А. Д.. Садименко А. П., Осипов О. А., Цинцадзе Г. В. «Жестко-мягкие взаимодействия в координационной химии».

4. http://sportwiki.to/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%87%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%BE%D0%BF%D1%83%D1%85%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0

5. http://vmede.org/sait/?page=10&id=Obwaja_himija_jolina_2012&menu=Obwaja_himija_jolina_2012

Размещено на Allbest.ru