Презентация на тему: Токсическое действие неорганических веществ

ЛЕКЦИЯ №3 Токсическое действие неорганических веществ Группа веществ, изолируемых минерализацией («Металлические яды») Группа веществ, изолируемых экстракцией водой в сочетании с диализом

Биопроба (кровь, моча, волосы, ногти, ткани органов) Предварительная обработка Удаление фоновых веществ, концентрирование определяемых веществ, обезвоживание, измельчение, удаление белков и липидов Пробоподготовка Без «изолирования» - минерализации химическими способами (ААС) и (АЭС-ИСП), мультиэлем. методы «Изолирование» - процесс выделения неорганических компонентов из биологического материала, его очистки от эндогенных веществ, концентрирование в аналитической пробе. 2. Разложение биологической пробы 2.1. разложение легко- растворимых соединений в воде 2.2. разложение трудно- растворимых соединений в замкнутых сосудах при высоком давлении 2.3. разложение мало- растворимых соединений при обычном давлении Группа веществ, изолируемых минерализацией

«СУХАЯ», в т.ч. озоление на воздухе и в атмосфере О2 или иных реакционных газов, термическое разложение или пиролиз (не выше 400-500 0С) «МОКРАЯ», HNO3, HClO4, H2SO4 и др. кислотами в присутствии других окислителей (например H2O2) или Kt Минерализация кислотами МИНЕРАЛИЗАЦИЯ Основные процессы: БЕЛОК + ЖИРЫ (ЛИПИДЫ) + УГЛЕВОДЫ + …. Биообъект CO2↑ + CO ↑ + H2O ↑ + NH3 ↑ + N2 ↑ + NO2 ↑ + NO ↑

2. Реагент: H2SO4 + O2 Биопроба – Раст. Возможные потери Pb, Se 3. Реагент: HNO3 Быстрое озоление в спец. контейнерах (бомбах, автоклавах), тефл. сосуды при 3500С в микроволновой печи. Возможные потери Co, Zn, Mn 1.Реагент: H2SO4 + HNO3 Биоматериал: Растит. Потери: As, Se,Hg и др. Э а) H2SO4 – не только окислитель, но и водоотнимающий агент б) снижение влажности усиливает окислительные свойства H2SO4 и HNO3 H2SO4 H2O2 + SO2 «О» + Н2О HO – NO2 HO – NO2 Kt HNO2 2 NO2 ↑ + Н2О2 Н2О «О» Kt HNO2 появляется при част. разложении

6. Реагент: H2SO4 + HClO4 7. Реагент: HNO3 + HClO4 Биопроба - белки, не содержащие липидов Возможна потеря Pb 8. Реагент: H2SO4 + HNO3 + HClO4 Потери As, Sb, Hg, Au, Fe Реагент: H2O2 + Fe2+ Проба – мин. образцы, за исключением жиров, пластмассы универсальный реагент HClO4 → Cl2O5 ↑ + H2O2 Н2О Kt – (NH4)2MoO4 5. Реагент: HClO4 «О» 4. Реагент: HNO3 + H2O2 Биопроба – Раст. + Ж. Быстрое озоление при низких t0

NO + NO2 + 2H2SO4 → + H2O HOH Kc HNO2 + H2SO4 KC = [HSNO5] ·[H2O] [H2SO4]·[HNO3] В соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, если удалить HNO2, реакция денитрации пойдет в одном направлении – слева направо Методы удаления окислителей из минерализата - ДЕНИТРАЦИЯ

а) минерализат + 10 – 15 мл Н2О б) t0 110-1300С в) СН2О, 40% р-р. τ =1-2 мин ХИМИЗМ 4 HNO2 + 2CH2O ↔ 2NO + N2 + 2CO2 + 4 H2O 4 HNO3 + 5 CH2O ↔ 5 CO2 + 2 N2 + 7 H2O 2NO + 2O2 ↔ 2NO2 Проба на отсутствие нитратов Пример денитрации

5 типов веществ в зависимости от их поведения в живых системах: Необходимые. Стимуляторы. Инертные. Терапевтические. Токсичные.

Содержание металлов в организме человека (в весовых %) Более редкие энзим-образователи 2Ч10-52Ч10-54Ч10-54Ч10-53Ч10-52Ч10-5? MnMoNiCrVCoW Главные энзим-образующие 5Ч10-33Ч10-31Ч10-4 FeZnCu Энзим-необразующие 1.40.630.264Ч10-2 CaNaKMg Содержание (весовые %) Элемент Биогенные металлы

Основные пути поступления металлов в организм: Кожа, дыхательные пути, ЖКТ. Метаболизм, распределение: Кровь, печень, почки, др. органы. Основные пути выведения: Пот, волосы, моча, экскременты. Механизм токсичности металлов

Механизм токсичности металлов 1.Проникновение элемента в липидорастворимой форме 2.Проникновение элементов в комплексе с белком а) Ag+ + RS-H → RS-Ag↓ + H+ б) 2 МТ(SH)x + x Cd2+ (Cu, Zn, Hg, Ag)→ металлотионин →МТ(S-Cd-S)xМТ + 2х Н+ в) Транспорт ионов в виде комплексов с эндогенными лигандами по транспортным (структуроподобным системам) г) Перенос ионов в свободной форме Рис. Использование кальциевых каналов для транспорта ионов Pb2+ (гипотетическая модель) 3. Комплексообразование с биолигандами, белками, в том числе ферментами и конкурентное замещение ионов металлов – кофакторов ферментов

Поступление меди с пищей (2-4 мг/сутки) Выведение с калом (до 90%) пул меди всасывание (40%) выделение с желчью сывороточный альбумин (плазма) медьсодержащие белки Cu-металлотионеин (депо в печени) церулоплазмин выведение с мочой (до 90%) выделение с потом, выдыхаемым воздухом Обмен меди в организме человека

Обмен марганца в организме человека Поступление с пищей Выведение с калом (~100%) абсорбция (1-4%) кости плазма, глобулин, трансманганин Мn-супероксиддисмутаза пируваткарбоксилаза Выведение с мочой (~0%) желчь

Поступление с пищей Выведение с калом (98- 99%) всасывание (1-2%) Обмен хрома в организме человека печень, сыворотка крови ФГТ, мышцы Выведение с мочой (~1 мкг/сутки)

Выведение с калом (70-80%) Обмен кальция в организме человека Поступление с пищей и водой (500-1500 мг/сутки) всасывание (20-30%) костная ткань (99%) паратгормон сывороточный Са (свободный) 60% связанный с белком Са 40 % почки 1,25 ди-ОН-витамин Д реабсорбция паратгормон выведение с мочой (~200мг/сутки)

Поступление с пищей Выведение с калом (70- 80%) всасывание (20-30%) Обмен цинка в организме человека фитаты пищевые волокна Fe2+,Ca2+, Cu2+ Pb2+, Cd2+ - + белок пул цинка Zn-содержащие ферменты Zn-металлотионеин (депо в печени) выделение с поджелудочной железой тионеин цинк плазмы выделение с мочой и перспирацией выделение со спермой у мужчин (до 1-3 мг) 20 – 30 %

0,130 Pb 0,002-5,62 Hg 0,001-0,010 Cr 0,005 Ag 0,01 As 0,17-0,20 Mn 0,71-1,0 Cu 0,21-0,42 Cd 5,4-14,5 Zn 95-163 Fe Количество, в мг Элемент Содержание некоторых элементов в печени человека (на 100 г сырого органа)

- - 0,038 (-) 0,01 (-) Hg 0,04-0,16 - 0,06-0,28 0,13-0,4 Mn - - 1,8-6,2 2,9-6,7 Zn - - 1,32-8,48 0,64-6,78 Cd - 0,31-0,94 0,24-0,4 0,56-1,2 Cu Матка Головной мозг Почка Печень Содержание некоторых элементов в органах человека (на 100 г органа) Знак минус означает, что данный элемент дробным методом не обнаруживается

Мишени токсического воздействия металлов Влияние формы химического элемента на мишень Биомишени Ферменты ДНК Ткани почек Нервная система Репродуктивная система Дыхательные пути Гематоэнцефалические барьеры Цитоскелет Cd2+, Hg2+, Pb2+, AsO+, As3O4-, H3AsO4, HasO2, Cu2+, Cu+, Cu0,Zn2+,Mn2+,Cr3+, HCr2O7-, HcrO4- As, Cr3+, Ni2+, Be2+, Cd2+, Pt2+, Zn2+,Mn2+ Растворимые соединения Hg2+, Cd2+, As3O43-, H3As, Li+, Zn2+ Pb2+, Pb(OH)2, HgCl2, Hg2Cl2, CH3HgCl(CH3)2Hg, Al(OH)3, Al3+, Li+, Mn2+ Pb2+, Cd2+, Zn2+ Al3+, As, Cr, Ni, Zn0, Cr3+, HCr2O7-, HcrO4-,, Ag+ Pb2+, Li+ Al3+, Al(OH)3

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень Мишень Формы поступления Биоматериал Аккумулирование в органах Pb/120 мг Ферменты, плацентарный и гематоэнцефалические барьеры, нервная система Pb2+, Pb(OH)2 Волосы, кровь 1-печень, почки 2-костная ткань Hg Ферменты, ткани почек, нервная система Hg0,соли Hg (I,II), Hg-орг. Моча, кровь, волосы 1-органы дыхания 2-нервная система, почки Cd/50 мг Ферменты, ДНК-клеток, репродуктивная система, ткани почек Cd2+ Моча, волосы 1-повреждение лизосом клеток 2-костная ткань As/18 мг ДНК, дыхательные пути, гемоглобин, ферменты Орг. арсенаты, оксиды (III,IV), NaAsO2, AsCl3, H3AsO4, HgHAsO4 Моча, волосы Почки, костная ткань Al/ 100 мг связывание с фосфатами, цитоскелет, ЦНР, гематоэнцефалические барьеры Al3+, Al(OH)3 Кровь Легкие, ЦНС, костная ткань

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень Мишень Формы поступления Биоматериал Аккумулирование в органах Li гематоэнцефалические барьеры, ЦНС LiH, Li2CO3 Кровь Мозг, печень, щитовидная железа, кости Cu/100 мг ферменты, ткани печени, почек, ЖКТ, ЦНС Cu2+, Cu+, Cu0, Cu2O, коорд.соед. Кровь Печень, почки, кожа Zn/ 1,5-3,0 г ферменты, ЦНС, белки, металломы, ДНК, иммунная система Zn2+, комплексы Кровь, волосы Легкие, кожа, волосы Cr/6 мг ЦНС, ДНК Cr3+, комплексы, HCr2O7-, HcrO4-,, Cr(OH)3 Кровь, моча, волосы Легкие, кожа, слизистая Mo ферменты Кровь, моча Co ферменты, ДНК, ЦНС CoCl3, Co2(CO3)3, Co Кровь, моча Легкие

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень Мишень Формы поступления Биоматериал Аккумулирование в органах Pt дыхательные пути, ДНК, ЦНС, ткани почек, РНК, белки Pt2+, комплексы кровь почки Ag белки, металломы Ag+, Ag Волосы, ногти, кровь Легкие, дых. пути, кожа Ni/10 мг ферменты, дыхательные пути Ni2+, Ni(OH)2, комплексы Легкие, дых. пути Mn/12 мг ЦНС, ферменты Mn2+, Mn3+, MnO(OH), Mn(OH)2, MnO4- Кровь, моча Костная ткань, ЦНС Tl ЦНС Tl4+ Волосы, кровь кожа, волосы, печень, почки

ХТА проводят: 1. Когда материалы дела указывают на возможность отравления этими веществами. 2. В случае положительных результатов предварительных проб на кислоты, щелочи и другие соединения в исследуемых объектах Изолирование осуществляют методом водной экстракции (настаивания с водой). Для очистки водных вытяжек из исследуемых объектов применяют методы фильтрования, центрифугирования, диализа МЕТОДИКА измельчение биологического материала вытяжка в воде (τ = 1-2 часа) 3а. фильтрация или центрифугирование 3б. диализ 4. выпаривание диализата 5. анализ диализата Химико-токсикологическая характеристика неорганических веществ (кислоты, щелочи, их соли)

Анализ диализата Ind отгон 2) An- 1) рН Сине-фиолетовый → красный 3,0-5,2 Конго красный 3,0-5,2 Красный → желтый 3,1-4,0 Метиловый оранжевый 3,0-4,4 Зеленый → фиолетовый 0,1-1,51,5-3,2 Метиловый фиолетовый 1,5-3,2 Цвет рН перехода Ind pH жидкости Универсальный индикатор Минеральные кислоты

Реакции с ВаCl2 с Pb(CH3COO)2 с родизонатом натрия + BaCl2 бесцветный красный бесцветный Серная кислота Особенности ХТА: 1. Выделение серной кислоты из биологического материала: добавление С2Н5ОН (кислота – растворяется, соли – нет) 2. Отгонка серной кислоты 2 H2SO4 + Cu → H2SO3 + CuSO4 + H2O H2SO3 → SO2 + H2O SO2(вода) + J2+ 2Н2О → 2H2SO4 + 2HJ

Азотная кислота Особенности ХТА: 1. Выделение азотной кислоты из биологического материала Отгонка азотной кислоты из диализата - необходима отгонка – досуха - ускоряют отгонку добавлением Cu Реакции 1. с дифениламином 2. с бруцином 3. окрашивание шерсти 4. удаление нитритов из исследуемых растворов Удаление азотистой кислоты основано на разложении этой кислоты мочевиной O=C(NH2)2, сульфаминовой кислотой HOSO2NH2, солями аммония, азидом натрия NaN3 и др Соляная кислота Особенности ХТА: 1. Выделение соляной кислоты из биологического материала Отгонка соляной кислоты из диализата - необходима отгонка – досуха - предварительный анализ диализата на серную кислоту Реакции 1. с нитратом серебра 2. с хлоратом калия

Едкие щелочи (гидроксид калия, гидроксид натрия) и аммиак Гидроксид калия Реакции 1. с гидротартратом натрия 2. с гексанитрокобальтатом натрия Гидроксид натрия Реакции 1. с гидроксостибиат калия 2. с цинк-уранилацетатом Аммиак Особенность ХТА: предварительное обнаружение сероводорода

Нитриты 1. с сульфаниловой кислотой и β- нафтолом 2. с реактивом Грисса

Нитриты Нитрозамины В кислой среде нитриты дают азотистую кислоту, а она, взаимодействуя со вторичными и третичными аминами, образует канцерогенные нитрозамины: Наиболее часто в пищевых продуктах обнаруживаются нитрозодиметиламин и нитрозодиэтиламин. Больше всего нитрозаминов встречается в копченых мясных изделиях, колбасах, приготовленных с добавлением нитритов, – до 80 мкг/кг, в соленой и копченой рыбе – до 110 мкг/кг. (В свежем мясе и рыбе нитрозамины не обнаруживаются или находятся в следовых количествах – менее 1 мкг/кг.) Из молочных продуктов нитрозамины обнаружены главным образом в сырах, прошедших фазу ферментации (до 10 мкг/кг). Из растительных продуктов в основном в солено-маринованных изделиях, Из напитков – в пиве, где суммарное содержание их может достигать 12 мкг/л.