Часть I. Основы токсикологической химии

Взаимосвязь токсикологической химии и других химических и медико-биологических дисциплин

Токсикологическая химия — наука о молекулярных и физиологических механизмах действия ксенобиотиков и продуктов их биотрансформации, химических методах их изолирования, идентификации и количественного определения в различных объектах. Объектами анализа могут быть биологические материалы, вода, воздух, продукты питания, лекарственные средства и вещественные доказательства с места происшествия.

Название дисциплины объясняется использованием химических подходов к решению проблем токсикологии. Один из разделов токсикологической химии так и называется — «Аналитическая токсикология». Токсикологическая химия, как и токсикология (от греч. toxikon — «яд» и logos — «учение»), изучает механизмы действия ксенобиотиков на организм человека, а также подходы к диагностике, лечению и профилактике отравлений.

Для исследования механизмов воздействия химических агентов и физических факторов используют биологические объекты различного иерархического уровня (рис. 1.1) — от молекулярного до популяционного. Чем выше уровень биологической организации, тем сложнее методы токсикологического исследования. К химическим и биологическим методам прибегают для изучения действия токсиканта на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Воздействие токсиканта на отдельные органы и ткани, а также на организм в целом изучают с применением методов нормальной и патологической физиологии. Клинические испытания новых лекарственных средств проводят с привлечением добровольцев (организменный уровень) и на больших группах людей (рандомизированные статистические исследования). На популяционном уровне используют токсико-эпидемиологические методы.

Рис. 1.1. Уровни биологической организации и применяемые методы исследования токсичности ксенобиотиков

Рис. 1.2. Диаграмма «доза–ответ–время» (D–R–t) и взаимосвязь токсикологической химии с дисциплинами медико-биологического и химического профиля

Зависимость «доза–ответ–время» (рис. 1.2) отражает ответ организма (R — Response) на воздействие различных доз (D) ксенобиотика во времени (t). Область, соответствующая постоянному ответу, — гомеостатическая область. В общем случае снижение или превышение нормального уровня поступления вещества в организм приводит к отклонениям в состоянии последнего и необходимости участия фармакологов и токсикологов в восстановлении гомеостаза.

Медицинская и химико-аналитическая составляющие токсикологической химии тесно взаимосвязаны. Так, необходимость снижения предела обнаружения токсикантов в биоматериалах для безошибочной диагностики и лечения при отравлениях стимулирует развитие аналитического приборостроения и совершенствование методик химического анализа.

Новое направление в токсикологической химии — токсикогеномика, изучающая генетические аспекты ответа организма на химические и физические воздействия. На основе врожденных особенностей индивидуального организма становится возможным безошибочно выбирать дозировку лекарственных средств. В результате такого подхода удается избежать или снизить побочное действие лекарственных средств на конкретного пациента. Кроме того, оказывается доступной процедура выявления лиц, наиболее подверженных риску воздействий производственных факторов или окружающей среды.

Токсикологическая химия тесно связана с фармацевтической химией, что объясняется, с одной стороны, использованием лекарственных средств в лечении отравлений, а с другой — возможностью интоксикации организма при приеме многих лекарственных средств, особенно в случае их передозировки или при иных ошибках применения. Однако разнообразие ксенобиотиков, рассматриваемых в токсикологической химии, намного шире перечня лекарственных веществ, способных вызвать интоксикацию.

Направления токсикологической химии

В период своего становления токсикологическая химия была связана в основном с задачами судебно-медицинской токсикологии, поэтому до 70-х гг. XX в. в фармацевтических вузах изучали не токсикологическую, а судебную химию. В настоящее время токсикологическая химия, кроме судебно-химического, имеет и другие направления: клинико-токсикологическое, наркологическое и экотоксикологическое.

Клинико-токсикологическое направление токсикологической химии связано с вопросами оказания медицинской помощи при острых и хронических отравлениях. Его организационная структура в России представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Организационная структура клинико-токсикологического направления токсикологической химии в России

В качестве примера организации службы химико-­токсикологического анализа сравним типы лабораторий для регионов с различной численностью населения [данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)].

Районный аналитический центр (население — 20–100 тыс. человек) имеет клиническую лабораторию, где выполняют качественный анализ лекарственных препаратов, в том числе барбитуратов в биожидкостях, определение метгемоглобина, карбоксигемоглобина. Штат такой лаборатории состоит из квалифицированного лаборанта, использующего, кроме методов химического анализа, инструментальные методы: ультрафиолетовую спектрофотометрию и тонкослойную хроматографию (ТСХ). В такой лаборатории в течение года производится около 50 анализов.

В региональной лаборатории (население — 1–2 млн человек) выполняют качественный анализ лекарственных препаратов, в том числе в биоматериалах, определение этанола и некоторых органических растворителей в крови. Штат региональной лаборатории включает директора, двух-трех врачей и не менее шести лаборантов. Помещение лаборатории — 9 отдельных комнат. Для выполнения анализов используют спектрофотометрию, ГХ и ВЭЖХ. В течение года в лаборатории анализируют более 2 тыс. образцов, причем преимущественно на наличие этанола. На другие яды приходится примерно 10% общего числа анализов.