Боевые отравляющие вещества и их поражающее действие Лекция Боевые отравляющие вещества и их поражающее действи е Химически опасное вещество (ХОВ) - простое вещество или сложное химическое соединение, выброс которого в окружающую среду вследствие аварии на производстве, складе или при транспортировке, может привести к образованию очага поражения, а также заражению почвы и открытых водоисточников. Все химически опасные вещества по степени опасности для организма делятся на 4 класса: чрезвычайно опасные, высоко опасные, умеренно опасные и малоопасные. Таким образом, ХОВ- это более широкое понятие, чем АХОВ. В понятие АХОВ входят только вещества, относящиеся к 1 и 2 классам опасности (чрезвычайно- и высоко опасные). Общее признание получила гигиеническая классификация ядов, предложенная С.Д. Заугольниковым и сотрудниками (1967), в основу которой положена количественная оценка опасности химических веществ на основе экспериментально установленной средней смертельной дозы (ДLsо), концентрации (CL) и ПДК. По этой классификации токсичное вещество соответствует определенному разряду токсичности, характеризующему его большую или меньшую опасность. Гигиеническая классификация ядов Степень (разряд) токсичности Ингаляционный путь Энтеральныи путь DLso мг/кг CL50, МГ/Л ПДК мг/м' 1. Чрезвычайно токсичные 11. Высокотокснчные 111. Умеренно токсичные IV. Малотоксичные 1 1-10 11-40 40 1 10 100 100 15 15-150 151-1500 1500 Широко используется классификация токсичных веществ, отражающая их практическое применение. 1. Промышленные яды. 2. Ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве. 3. Лекарственные средства. 4. Бытовые химикаты. 5. Биологические, растительные и животные иды. 6. Боевые отравляющие вещества (БОВ). Существует классификация ядов по избирательной токсичности. 1. Сердечные яды. 2. Нервные яды. 3. Печеночные яды. 4. Почечные яды. 5. Кровяные яды. 6. Желудочно-кишечные яды. 7. Легочные яды. Существуют и другие варианты классификации токсичных химических соединений. Что касается БОВ, то помимо токсикологической (клинической) классификации военному врачу необходимо знать тактическую классификацию. По этой классификации выделяют следующие группы: 1. OB смертельного действия. 2. 0В временно выводящие из строя. 3. Изнуряющие 0В. 4. Гербициды военного значения. Исходя из физико-химических свойств 0В можно разделитьна дм группы: 1. Стойкие 0В. 2. Нестойкие 0В. Учитывая скорость развития поражений, все 0В можно разделить на две группы: 1. 0В быстрого действия. 2. 0В замедленного действия. Наибольшее з начение, как для клинической, так и для военной токсикологии, имеет разделение химических веществ по токсическому действию на организм (токсикологическая или клиническая классификация). Токсикологическая или клиническая классификация Общее токсическое воздействие Токсические вещества Нервно-паралитическое действие (бронхоспазм, удушье, судороги и параличи). 0В НПД (V- газы, зарин, зомая). ФОИ (хлорофос, карбофос и др.), никотин, анабазин. Кожно-резорбтивное действие (местные воспалительные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими резорбтивными явлениями). 0В КРД (сернистый иприт, азотистый иприт, люизит), уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть(сулема)гексохлоран. Общетоксическое действие (гипоксические судороги, кома, отек мозга, параличи). 0В ОЯД (синильная кислота, хлорциан), угарный газ, алкоголь и его суррогаты. Удушающее действие (токсический отек легких). 0В УД (фосген, дисфосген), хлорпикрин, пары крепких кислот и щелочей, окислы азота. Слезоточивое и раздражающее действие (раздражение наружных оболочек). 0В РД (CS, CR и др.) пары крепких кислот и щелочей. Психотическое действие (нарушение психической активности,сознания) 0В ПМД (BZ, ДЛК), наркотики (кокаин, опий), атропин. Одной из важных задач токсикологии (в том числе и военной) является определение зоны токсического действия изучаемого химического вещества - токсикометрия. Под токсичностью понимается такое действие токсоагента, которое нарушает нормальное течение физиологических функций организма. Токсический эффект складывается из взаимодействия организма, токсического вещества и окружающей внешней среды. Токсичность вещества в основном зависит от физических и биологических факторов. Физические свойства вещества и токсичность находятся в следующей зависимости: • наибольшей токсичностью обладают вещества, растворимые в липидах и тканевых жидкостях; • с увеличением летучести вещества повышается степень ингаляционной токсичности; • стойкость определяется скоростью испарения, а увеличение скорости испарения уменьшает кожную токсичность; • легко летучие вещества хорошо сорбируются, вызывая опасность поражения при десорбции; • в зависимости от агрегатного состояния меняется токсичность яда при различных путях его поступления в организм; • на степень токсичности оказывает влияние строение молекулярной решетки (уменьшение степени симмет-рии сопровождается повышением токсичности). Из биологических факторов наибольшее значение имеют: • видовые различия (уровень эволюционной сложности ЦНС, развитие и тренированность регуляторных механизмов физиологических функций, размеры и масса тела и т.д.); » половые особенности организма; • характер физической нагрузки и степень утомления; » возрастная чувствительность; » общее состояние организма (состояние здоровья, индивидуальные биоритмы). Из условий окружающей среды на развитие интоксикации оказывают влияние температура, влажность, шум, вибрация и воздействие различного рода излучений. Например, замечено, что токсичность 0В увеличивается с увеличением температуры окружающей среды от 35град. С и выше в десятки раз, что отрицательно сказывается и на действии антидотов. При попадании БОВ и АХОВ в организм человека в капельножидком состоянии необходимоучитыватьплотность заражения и дозу. Плотность заражения- это количество БОВ и АХОВ (в граммах или миллиграммах), которое приходится на единицу поверхности (1см2 . поверхности тела или одежды, 1 м2 местности). Доза- количество вещества, попавшего на кожные покровы или через рот, выраженное в миллиграммах на килограмм массы тела (мг/кг). Основными параметрами токсикометрии являются: Limfc (limensacuta)- порог однократного (острого) действия токсичного вещества- пороговая доза или концентрация, вызывающая обратимые изменения показателей жизнедеятельности организма, выходящие за пределы физиологических колебаний. ID (1C) (Incapacitating - неспособный)- средняя выводящая из строя доза или концентрация,при которой Нарушается боеспособность личного состава. DL» - среднесмертельная (смертельная) доза, вызывающая гибель 50% подопытных животных при определенном способе введения (кроме ингаляционного) и двухнедельном сроке последующего наблюдения. CLioo- абсолютно-смертельная концентрация, вызывающая гибель 100% подопытных животных при ингаляционном пути поступления. ПДКр, - предельно допустимая концентрация вещества в рабочей зоне. которая при ежедневной 8 часовой работе в течение рабочего стажа не вызывает у работающих отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. Для 0В, применяемых в газообразном и аэрозольном состоянии токсичность, определяется концентрацией 0В и временем пребывания (экспозицией) в зараженной атмосфере. Чем выше концентрация и длительнее экспозиция, тем сильнее поражающий эффект 0В. Фриц Гарбер предложил для оценки токсичности использовать величину токсичность 0В, которая представляет собой произведение концентрации вещества в воздухе на время его воздействия по формуле: Т = С х t, где Т-токсичность 0В; С-концентрация 0В; t-экспозиция. Хотя эта формула удобна для общей оценки соотношения токсичности различных 0В, однако она не учитывает таких важных моментов, как частота дыхания, способность 0В к кумуляции и т.д. В связи с этим более правильный расчет токсичности может быть произведен по формуле: T"CxtxV/Q, где Т- токсичность 0В; V- объемная скорость циркуляции воздуха через легкие (л/мин); С- концентрация 0В в воздухе (мг/л); t- экспозиция (мин.); Q- вес человека (кг). В настоящее время для сравнительной оценки поражающего действия 0В пользуются величиной токсической дозы, где экспозиция выражается одним и тем же временем (минута) для сравниваемых 0В. Так ингаляционная, абсолютно смертельная токсодоза для некоторых 0В выглядит следующим образом: • Зарин- 0,1-0,15 мг мин/л • Зоман- 0,075 мг мин/л • V-гаэы -0,04 мг мин/л • Фосген- 5мг мин/л • Сернистый иприт 2 мг мин/л • Синильная кислота- 1,5-2,0 мг мин/л • Люизит- 3 мг мин/л • Азотистый иприт- 1,5 мг мин/л Вопросы взаимодействия яда с организмом изучаются в двух аспектах. Токсикодинамика изучает воздействие яда на различные структуры и функции организма, механизмы его специфического действия. Токсикокинетика изучает пути поступления и распределения яда, его биотрансформацию и выведение из организма. Токсичные вещества, в том числе и 0В, способны проникать в организм всеми возможными путями, вызывая в нем поражение различных органов и систем. Поступление БОВ через органы дыхания называется ингаляционным. Через органы дыхания в организм могут поступать вещества, находящиеся в воздухе в газообразном и аэрозольном состоянии. Аэрозоли - это дисперсные системы, представляющие собой взвесь твердых или жидких частиц в газообразной среде. Размеры частиц аэрозолей могут колебаться в очень широких пределах; от 10'3 см до 10'7 см. В зависимости от величины частиц принято различать: 1. Пары и мороси - диаметр частиц более 10 мкм, опускаются в спокойном воздухе с возрастающей скоростью, они не способны к диффузии. 2. Туманы - диаметр частиц от 10 до 0,1 мкм, опускаются с постоянной скоростью и так же не диффундируют. 3. Дымы - диаметр частиц от 0,1 до 0,01 мкм, эти частицы участвуют в броуновском движении, легко диффундируют и практически не осаждаются в спокойном воздухе. С военно-химической точки зрения более целесообразно различать: грубодисперсные аэрозоли (от 50 мкм и больше), среднедисперсные - от 1 до 50 мкм и -выскодиспереные- 0,1 мкм и мельче. Грубодисперсные аэрозоли оседают на кожу и практически не попадают в легкие. Высокодисперсные- проникают в альвеолы легких, но почти совсем не оседают на кожу, а среднедисперсные обладают и теми и другими свойствами. На основании экспериментальных данных можно предполагать, что в альвеолы в основном поступают частицы диаметром 5 мкм и меньше. Ингаляционные отравления характеризуются быстрым поступлением яда в кровь. Это объясняется большой поверхностью легочных альвеол (9-15 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования ядов. Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Некоторые токсоагенты подвергаются химическим превращениям непосредственно в дыхательных путях,поэтому их задержка в организме происходит с более постоянной скоростью. Кроме того, они способны разрушать саму альвеолярную мембрану, нарушать ее барьерную и транспортную функцию, что ведет к развитию токсического отека легких. При наличии в воздухе аэрозолей, в дыхательных путях происходит два процесса: задержка и выделение поступивших частиц. На процесс задержки влияет агрегатное состояние аэрозолей (твердые, жидкие) и их физико-химические свойства (размер частиц, форма, гигроскопичность, заряд). В верхних дыхательных путях задерживается 80-90% частиц величиной более 10 мкм, в альвеолярную область поступает 70-90% частиц размером менее 5 мкм (в среднем 1 -2 мкм). В процессе самоочищения дыхательных путей твердые частицы вместе с мокротой удаляются из организма. При поступлении водорастворимых токсичных аэрозолей их резорбция может происходить по всей поверхности дыхательных путей, причем заметная часть со слюной попадает в желудок. Поражения, развивающиеся вследствие попадания 0В на кожные покровы, называются перкутанными. Кожа играет важную роль в терморегуляции и водно - солевом обмене организма, однако наиболее важной, с точки зрения военной токсикологии, функцией кожи, является защита организма от токсичных веществ. 0В через кожу может проникать 3-мя путями: через эпидермис, волосяные фолликулы, потовые и сальные железы. Общая поверхность кожи человека (приблизительно) 1,5 м2. У военнослужащего, одетого в обмундирование, открытые участки кожи составляют около 600см2. Кожные покровы под обмундированием также могут являться входными воротами для 0В, которые проникают в под-костюмное пространство в газообразном состоянии. Вещество, проникающее через кожу, должно проходить через все слои эпидермиса до батальной мембраны включительно и только после этого всасываются в капилляры или лимфатическую систему дермы (в сосочко-вом и сетчатом слое). Возможен и другой путь к сосудистой системе- через железистый аппарат кожи, а именно через сальные и потовые железы. Важными являются следующие обстоятельства: 1. потовые и сальные железы, открываются протоками на поверхность кожи и заканчиваются в глубоких слоях кожи- в сосочковом или сетчатом слое дермы, это обеспечивает хорошее проникновение 0В по железам до капиллярной и лимфатической системы, минуя эпидермис. Общее количество потовых желез около 2 млн., длина всех трубочек желез составляет 53 км, общая поверхность железистого (протока) эпителия потовых желез равна 1,0 м2 , что не намного отличается от всей поверхности кожи человека (1,5 м). 2. Количество сальных желез от 2 до 380 на см2 , наполненные жировым секретом сальные железы могут явиться своеобразным "депо", где накапливаются липоидофильные вещества. Так, например, доказано, что через 3 часа после нанесения на кожу ФОВ (зарин, зоман), в сальных железах обнаруживалось еще значительное количество (до 30% от нанесенной дозы) 0В. Таким образом, придатки кожи являются как бы резервуаром, где длительное время задерживаются 0В. Пограничные слои протоплазмы клеток пропитаны жироподобными веществами (смесью лецитина и холестерина) и, следовательно, проникновение различных веществ в клетки зависит от их растворимости в указанной смеси, точнее говоря, от коэффициента распределения этих веществ между водной и липидной фазами. Механические повреждения кожи (ссадины, царапины, раны и пр.), термические и химические ожоги способствуют проникновению токсичных веществ в организм. Раневые поверхности могут служить входными воротами для 0В при непосредственном поражении осколками, загрязнении землей, с повязок, зараженными 0В, или при попадании капельножидких или аэрозольных 0В в рану. Раны, зараженные 0В, называются микстами, а поражения 0В в этих случаях называются микстными. Слизистые оболочки обладают хорошей всасывающей способностью. Эти ворота малы. Но очень чувствительны. Одним из распространенных путей поступления токсичных веществ в организм является пероральный. Ряд жирорастворимых соединений - фенолы, некоторые соли, особенно цианиды всасываются и поступают в кровь уже в полости рта. На протяжении ЖКТ существуют различные градиенты рН, определяющие различную скорость всасывания токсичных веществ. Кислотность желудочного сока близка к единице, вследствие чего все кислоты здесь находятся в неионизированном состоянии и легко всасываются. Напротив, неионизированные основания (например, морфин, ноксирон) поступают из крови в желудок, и отсюда в виде ионизированной формы движутся далее в кишечник. Токсичные вещества в желудке могут сорбироваться пищевыми массами, разбавляться ими. в результате чего уменьшается контакт яда со слизистой оболочкой. Кроме того, на скорость всасывания влияют интенсивность кровообращения в слизистой желудка, перистальтика и количество слизи. В основном всасывание ядовитых веществ происходит в тонком кишечнике, рН секрета которого 7,5-8,0. Колебания рН кишечной среды, наличие ферментов, большое количество соединений, образующихся в процессе пищеварения в химусе на крупных белковых молекулах и сорбция на них, - все это влияет на резорбцию ядовитых соединений и их депонирование в желудочно-кишечном тракте. В кишечнике, так же как и в желудке, липидорастворимые вещества хорошо всасываются путем диффузии, а всасывание электролитов связано со степенью их ионизации. Вещества, близкие по химическому строению к природным соединениям, всасываются путем пиноцитоза проявляющегося наиболее активно в области микроворсинок слизистой тонкой кишки. Трудно всасываются прочные комплексы токсичных веществ с белками, что свойственно, например, редкоземельным металлам. Замедление регионального кровотока и депонирование венозной крови в области кишечника при экзотокси-ческом шоке приводит к уравниванию локальных концентраций ядов в крови и в содержимом кишечника, что составляет патогенетическую основу замедления всасывания и увеличения местного токсического эффекта. Например, при отравлениях гемолитическими ядами (уксусная эссенция) это приводит к более интенсивному разрушению эритроцитов в капиллярах стенки желудка и быстрому появлению в этой зоне тромбогеморрагиче-ского синдрома (тромбы вен подслизистого слоя желудка, множественные кровоизлияния и др.). Указанные явления депонирования токсичных веществ в ЖКТ при псроральных отравлениях свидетельствуют о необходимости его тщательного очищения не только при раннем, но и при более позднем поступлении пострадавшего на этапы медицинской эвакуации. Следующим этапом всасывания токсичного вещества является его распределение в организме. Различные токсичные вещества и их метаболиты транспортируются в различных формах. Для многих чужеродных соединений характерна связь с белками плазмы, преимущественно с альбуминами, которые обладают способностью образовывать с металлами комплексы. Для некоторых металлов имеет значение транспорт с клетками крови. Например, 90% мышьяка и свинца циркулируют в эритроцитах. Токсичные вещества неэлектролиты частично растворяются в жидкой части крови, а частично проникают в эритроциты, где сорбируются. Таким образом, белки крови, способные связываться с токсичным веществом, помимо транспортной функции, выполняют роль своеобразного барьера, препятствующего до определенной степени непосредственному контакту токсичного вещества с клеткой мишенью. Одним из основных токсикологических показателей является объем распределения, т.е. характеристика пространства, в котором распределяется данное токсичное вещество. Существует 3 главных сектора распределения чужеродных веществ: • внеклеточная жидкость (14л для человека массой тела 70 кг); • внутриклеточная жидкость (28 л); • жировая ткань. Объем распределения зависит от трех основных физико-химических свойств данного вещества: водораство-римости, жирорастворимое™ и способности к диссоциации (ионообразованию). Водорастворимые соединения способны распространяться во всем водном секторе организма (около 42 л), жирорастворимые вещества накапливаются (денпонируются) преимущественно в липидах. Основным препятствием для распределения водорастворимых веществ являются мембраны клеток. Именно процесс диффузии через этот барьер будет определять накопление веществ во внутриклеточном объеме, т.е. переход от распределения в 14 л воды (внеклеточная жидкость) к распределению в 42 л. Очищение организма от чужеродных веществ включает различные виды детоксикации, которые суммарно предопределяют так называемый "тотальный клиренс". Он состоит из трех основных частей: метаболического превращения (биотрансформации), почечной экскреции и внепочечнеого очищения. Метаболические превращения занимают особое место в детоксикации, поскольку они являются как бы подготовительным этапом для их удаления из организма. Биотрансформацня идет в основном по двум направлениям: метаболические реакции разложения (окисления, восстановление, гидролиз, протекающие с затратой необходимой для этого энергии) и реакции синтеза (соединение с белками, аминокислотами, глоюкуроновой и серной кислотами), не требующие использования основных эиергетичеких ресурсов клетки. Конец всех этих реакций- образование нетоксичных гидрофильных соединений, которые хорошо вовлекаются в другие метаболические превращения и выводятся из организма экскреторными органами. Многие реакции метаболизма катализируются ферментными системами, осуществляющими ряд превращений веществ. Однако, основное значение в метаболизме чужеродных ядов придается эндоллазматическому ре-тикулуму клеток печени. В основе этого процесса лежит ферментная детоксикация в печени - окисление ксено-биотиков (чуждых организму веществ) на ферменте цитохром - 450. Существуют многие ферментные системы немикросомального происхождения, содержащиеся в растворимой фракции гомогенатов печени, почек, легких, которые также катализируют реакции окисления, восстановления и гидролиза некоторых токсических веществ, например, спиртов, альдегидов и кетонов (алкогольдегид-рогеназа). После этих превращений метаболиты могут включаться в дальнейшие реакции и выделяться в виде конъюгатов. Конъюгация -это биосинтез, при котором чужеродное соединение или его метаболит соединяется с глюкуроновой кислотой, сульфатом, ацетилом, метилом, глицином. В результате этого молекула становится полярной и поэтому легковыделяемой из организма. Иногда в результате метаболических процессов нетоксичное или мало токсичное вещество превращается в соединение более токсичное, чем исходное. Это может осуществляться как в процессе разложения веществ, так и в процессе синтеза. Примером может служить метаболизм метилового спирта. Токсичность которого определяется продуктами его окисления - формальдегидом и муравьиной кислотой: дегидрогеназа СН,ОН ————— НСОН ——————— НСООН (метиловый спирт) каталаза (формальдегид) (муравьиная кислота) Таким образом, процессы превращения чужеродных соединений в организме нельзя всегда считать детоксикацией. Во многих случаях организм "ошибается", сам синтезирует яд и только блокада подобного "летального" и метаболического превращения может предотвратить "токсическую травму". Пути и способы естественного выведения ксенобиотиков, из организма по практическому значению располагаются следующим образом: почки- кишечник- легкие - кожа. Выделение через почки происходит с помощью двух основных механизмов: пассивной фильтрации н актнв него транспорта. В результате пассивной фильтрации в почечных клубочках образуется ультрафильтрат, который содержит многие токсичные вещества, в том числе неэлектролиты, в той же концентрации, что и в плазме. Количество вещества, которое покинет организм с мочой, зависит от интенсивности обратной резорбции. Выделение токсических веществ через ЖКТ начинается уже в полости рта, где в слюне обнаруживаются многие электролиты, тяжелые металлы и др. однако заглатывание слюны обычно способствует возвращению этих веществ в желудок. Многие яды и образующиеся в печени их метаболиты с желчью поступают в кишечник, часть их выделяется из организма с калом, а часть повторно всасывается в кровь. Большинство металлов, задерживающихся в печени, может связываться с желчными кислотами (марганец) и с желчью выделяться через кишечник. Таким образом через кишечник с калом удаляются: • вещества, не всасывающиеся в кровь при их пероралыюм поступлении; • выделенные из печени с желчью; • поступившие в кишечник через мембраны его стенки. Многие электролиты, органические соединения, подвергаясь медленной биотрансформации в организме, выделяются в виде основных продуктов распада: воды и углекислоты, которая выделяется с воздухом через легкие.