В организм

Из внешней среды ксенобиотики могут попадать в живой организм несколькими путями: ингаляционным (через органы дыхания), пероральным (с пищей и водой через пищеварительный тракт), с инъекцией, через слизистую оболочку глаз и кожу или у растений – через устьица. Контакт химических соединений с эпителием желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей, с кожей и слизистой оболочкой глаз приводит к всасыванию их в кровь и лимфу. Всасывание сопровождается распределением ксенобиотиков по органам. На всех этапах прохождения через организм ксенобиотики могут претерпевать химические превращения, менять свою химическую формулу в результате взаимодействия с биологическими структурами, проявляя при этом в различной степени свою токсичность. Затем через выделительные системы организма ксенобиотики или их метаболиты снова возвращаются во внешнюю среду, завершая цикл прохождения через организм.

Всасывание через дыхательную систему относится к наиболее быстрому и опасному пути поступления ядовитых веществ в организм. Это обусловлено прежде всего:

- большим количеством потребляемого воздуха (суточная потребность в воздухе организма взрослого человека составляет 12-18 кг);

- большой поверхностью легочных альвеол (она составляет 80-120 м²);

- непрерывным током крови по легочным капиллярам.

Скорость и масса (объем) поступления ксенобиотиков в кровь и ткани организма определяются физико-химическими свойствами ядов, путями их поступления в организм и в меньшей степени физиологическим состоянием организма (интенсивностью дыхания и кровообращения).

Летучие органические соединения поступают через дыхательную систему в виде молекул, неорганические соединения – в виде молекул (паров летучих и газообразных веществ: NH₃, P₄, Ni(CO)₄, SeO₂, OsO₄, Hg, Tl₂O и т.п.) или микрочастиц (аэрозолей оксидов, солей, кислот, гидроксидов, минералов с размерами частиц от 5нм до 50 мкм). Всасывание летучих соединений происходит уже частично в верхних дыхательных путях и трахее.

Всасывание нереагирующих летучих неэлектролитов осуществляется в легких по закону диффузии в направлении падения градиента концентрации. При вдыхании воздуха с постоянной концентрацией ксенобиотика содержание такого яда в крови сначала быстро нарастает, а затем устанавливается примерно на одном уровне. Содержание яда в венозной крови постепенно принимает значения, соответствующие его содержанию в артериальной крови. Организм насыщается ядом, и поглощение яда существенно замедляется. Предельное содержание таких ядов в крови зависит от их физико-химических свойств, большую значимость из которых имеет коэффициент растворимости паров в воде.

Обычно используется коэффициент растворимости Оствальда , характеризующий распределение летучих соединений между жидкой и газообразной фазами в момент равновесия.

Чем ниже значение этого коэффициента, тем быстрее устанавливается равновесная концентрация ксенобиотика в системе и тем меньше вещества из воздуха переходит в кровь. Неэлектролиты с высоким коэффициентом растворимости (например, спирты, кетоны) в больших количествах и в течение длительного времени переходят из воздуха в кровь.

Быстро метаболизирующиеся летучие неэлектролиты (например, сложные эфиры винилового спирта и жирных кислот и др.) и реагирующие газы и пары, подвергающиеся химическим превращениям непосредственно в дыхательных путях или сразу после их резорбции в кровь (например, HCl, HF, SO₂, пары неорганических кислот и т.п.), задерживаются в дыхательных путях с постоянной скоростью.

Скорость задерживания в дыхательных путях аэрозолей не зависит от их концентрации в воздухе, но в значительной степени зависит от их физических свойств (размеров частиц, их формы, гигроскопичности, заряда, активности поверхности и т.п.). Степень задержки частиц в определенных областях дыхательной системы зависит от их размера [22] (табл. 4).

Ультрамикроскопические частицы, накапливающиеся в полости альвеол, способны непосредственно диффундировать через альвеолярную мембрану и далее путем диффузии или транспорта в форме коллоидов, комплексов и т.п. проникать в ток крови или лимфы.

При поступлении яда в организм пероральным путем и через кожу развитие токсического эффекта протекает в более длительный промежуток времени, чем при ингаляционном пути поступления.

Всасывание из желудочно-кишечного тракта ядов в кровь происходит [22]:

- из полости рта путем диффузии (все липоидорастворимые соединения, фенолы, некоторые соли, особенно цианиды);

- из желудка путем диффузии (все липоидорастворимые соединения, неионизированные молекулы органических веществ);

- в тонких кишках (большинство ядовитых веществ).

Всасывание органических электролитов связано со степенью их ионизации. Неионизированные молекулы органических веществ всасываются путем диффузии, высокоионизированные кислоты и основания при кислотности среды желудка, соответствующей рН = 1,0–6,0, не всасываются. Сильные кислоты и гидроксиды всасываются медленно, образуя комплексы с кишечной слизью. Вещества кислой природы резорбируются, если их рК_а (отрицательный логарифм константы ионизации) больше 3, вещества основного характера резорбируются, если их рК_а меньше 8. Вещества, близкие по строению к природным соединениям, всасываются через слизистую оболочку путем активного транспорта, обеспечивающего поступление питательных веществ.

Неорганические соединения слабо всасываются в желудке. Основную роль в переносе неорганических соединений из желудочно-кишечного тракта в кровь и лимфу выполняет тонкий и толстый кишечник. Основными механизмами переноса различных химических форм неорганических соединений через слой клеток кишечного эпителия – энтероцитов – являются простая и облегченная диффузия, активный транспорт. Перенос определяется в основном растворимостью веществ в жирах и липидах, размером молекулярной частицы и ее зарядом. В качестве переносчиков и регуляторов транспорта являются преимущественно белки.

Всасывание через кожу представляет собой сложный процесс. Он осуществляется через эпидермис, волосяные фолликулы, выводные протоки сальных желез.

Схема путей проникновения ксенобиотиков через кожу приведена на рис. 9 [22].

Потенциальную опасность интоксикации при проникновении через кожу вызывают газы, липоидорастворимые вещества и вещества, обладающие дифильным характером. Особую опасность из них представляют ароматические нитро- и аминосоединения, фосфорорганические инсектициды, некоторые хлорированные углеводороды и металлорганические соединения.

Повреждения кожи в значительной степени способствуют проникновению токсичных веществ в кроветок. Скорость проникновения ядов через неповрежденную кожу прямо пропорциональна их растворимости в липидах, а дальнейший их переход в кровь зависит от способности растворяться в воде. Это относится не только к жидкости и твердым телам, но и к газам. Последние могут диффундировать через кожу как через инертную мембрану. Таким способом преодолевают кожный барьер, например, HCN, CO₂, CO, H₂S и другие газы. Прохождению через кожу ионов тяжелых металлов способствует образование ими солей с жирными кислотами жирового слоя кожи.

В общем виде модель прохождения ксенобиотиков через организм может быть представлена блок-схемой (а) и графом (б), приведенными на рис. 10 [7].

Каждый прямоугольный блок схемы или вершина графа (1-9) изображают ту или иную биологическую структуру, ткань, орган, систему. Стрелки на схеме или дуги графа показывают направления транспорта веществ в организме. Двойные стрелки обозначают обмен между органами в обоих направлениях. Путем обмена различные структуры связываются между собой, образуя единую систему - организм.