Токсикология принадлежит к числу наук, характеризующихся исключительно высокими темпами накопления фактического материала, что связано с все возрастающим количеством новых химических соединений, потенциально опасных для окружающей среды и здоровья человека. В настоящее время общее количество известных человеку химических веществ достигает 6 млн. К их числу относятся самые разнообразные элементы и соединения, загрязняющие окружающую среду, а также медикаменты, пищевые добавки, моющие и косметические средства и др.
Токсикология – это наука, изучающая законы взаимодействия биологических объектов и токсикантов.
В роли последнего может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно важных функций и создать опасность для жизни. Еще знаменитый врач древности Парацельс (1493-1541) считал, что «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости». С другой стороны, давно известно, что многие химические вещества, принятые внутрь в оптимальной дозе, приводят к восстановлению нарушенных, какой-либо болезнью функций организма и тем самым проявляют лечебные свойства. Многие вещества являются составной частью живого организма (белки, жиры, углеводы, микроэлементы и пр.), поэтому для проявления их токсических свойств нужны особые условия. Поэтому отнесение тех или иных веществ к токсикантам (ядам) условно, так как токсичность многих из них обусловлена не столько качеством, сколько количеством попавшего в организм вещества. Из этого вытекает следующее определение:
Токсикант – химический фактор окружающей среды, поступающий в концентрациях, которые нарушают динамическое равновесие между биологическим объектом и окружающей средой, вызывают функциональные и органические повреждения на различных уровнях организации живой материи.
В своем действии на различных представителей растительного и животного мира токсиканты проявляют избирательность.
Основные задачи токсикологии:
а) обнаружение, изучение и характеристика токсических свойств веществ;
б) изучение взаимодействия химических компонентов среды обитания с живыми системами на различных уровнях их структурно-функциональной организации;
в) предотвращение, распознавание и ликвидация последствий воздействия токсикантов.
Решением первой задачи занимается токсикокинетика.
Токсикокинетика – раздел токсикологии, изучающий закономерности поступления, абсорбции, распределения, биотрансформации и экскреции токсикантов в организме биологического объекта.
Основная задача токсикокинетики – выявление связей между концентрацией токсиканта и (или) его метаболитов в биологических жидкостях и тканях и токсическим эффектом.
Решением второй задачи занимается токсикодинамика.
Токсикодинамика – раздел токсикологии, изучающий изменения происходящие в организме биологического объекта, под воздействием токсикантов.
Основная задача токсикодинамики – определение механизма развития нарушений.
Решением третьей задачи занимается токсикометрия.
Токсикометрия – определение зоны токсического действия химического вещества.
Токсикология является фундаментальной наукой, которая решает широкий круг задач с привлечением знаний и методов исследования многих смежных естественных наук, особенно общей органической химии, биохимии, физиологии, иммунологии, генетики и пр. Основным ее методическим приемом служит эксперимент на животных, тщательно спланированный и технически хорошо оснащенный для выявления наиболее тонких механизмов действия ядов на организменном, системном, органном, клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях, с последующим изучением влияния токсикантов в натурных условиях на состояние здоровья населения и показатели жизнедеятельности других биологических объектов.
В настоящее время в токсикологии определяются следующие основные направления:
Теоретическая токсикология решает проблемы выявления основных законов взаимодействия организма и токсикантов, их токсикокинетики и токсикодинамики.
Профилактическая (гигиеническая) токсикология изучает проблемы определения степени опасности, разработки мер и способов предотвращения и защиты от токсического воздействия химических веществ в окружающей человека среде. Поэтому она имеет эколого-гигиенический характер и включает следующие основные разделы: коммунальный, пищевой, промышленный, сельскохозяйственный и бытовой, которые являются неотъемлемой частью гигиенических дисциплин.
Клиническая токсикология – это медицинская наука, исследующая заболевания химической этиологии, т. е. химические болезни человека, возникающие вследствие токсического влияния химических соединений окружающей его среды.
Экотоксикология – междисциплинарное научное направление, изучающее токсическое воздействие химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организмов и биоценозы входящие в состав экосистем.
Кроме того, выделяются специальные виды токсикологии, которые изучают воздействие токсикантов на организм человека животных в особых условиях или обстоятельствах при воздействии определенного вида токсических веществ. Это военная, авиационно-космическая, судебная и прочие виды токсикологии, которые обычно включают в себя элементы всех основных направлений – теоретического, экологического, гигиенического и клинического.
Одним из важнейших понятий токсикологии является токсичность. Несмотря на кажущуюся простоту, определение понятия «токсичность» (ядовитость) не отличается однозначностью. Все зависит от того, с какой точки зрения рассматривать понятие «токсичность».
Токсичность (химический аспект) – способность химических соединений вызывать нарушения в результате взаимодействия с макромолекулами биологических систем.
Токсичность (биохимический аспект) – способность химических соединений изменять биохимические реакции в организме с нарушением его жизнедеятельности.
Токсичность (анатомический аспект) – степень химического воздействия, повреждающего органы живого организма.
Токсичность (физиологический аспект) – степень химического воздействия, нарушающего функционирование биологических систем организма.
Токсичность (биологический аспект) – неблагоприятное воздействие веществ на биологические системы, проявляющееся на всех уровнях организации живых организмов, начиная от низших растений и кончая высшими организмами.
Токсичность (популяционный аспект) – неблагоприятное воздействие веществ на совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории.
Токсичность (экологический аспект) – неблагоприятное воздействие веществ на состояние биоценозов и экосистем.
Токсичность (гигиенический аспект) – критерий вредности вещества.
Токсичность (клинический аспект) – степень риска развития заболеваний химической этиологии.
Токсичность (фармакологический аспект) – степень риска побочного действия лекарств.
Таким образом, явление токсичности может быть охарактеризовано как причина заболевания химической этиологии (отравление) и как фактор, вызывающий химическое повреждение тканей (типовой патологический процесс), следствием которого является формирование соответствующего патологического состояния. Из этого вытекает важность изучения общих (интегральных) механизмов токсичности, которые, в конечном счете, определяют характер патологического процесса и клиническую картину интоксикации.
Интоксикация (отравление) – неблагоприятное воздействие токсиканта на биологический объект, вызывающее изменения, выходящие за пределы приспособительных реакций, нарушение гомеостаза.
Прежде чем перейти к рассмотрению механизмов токсического действия того или иного химического вещества, необходимо дать определение важнейшего понятия гомеостаз.
Гомеостаз – состояние внутреннего динамического равновесия биологического объекта или природной системы, поддерживаемое регулярным восстановлением основных параметров ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной саморегуляцией ее компонентов.
Химические факторы окружающей среды, поступающие в организм, нарушают динамическое равновесие между окружающей средой и биологическим объектом на различных уровнях организации живой материи. Поэтому гомеостатические механизмы достаточно разнообразны и представлены на различных биологических уровнях.
Уровни регуляции гомеостаза:
а) молекулярный – Осуществляется на уровне биохимических систем клеток (молекулярные механизмы саморегуляции, биосинтетические процессы);
б) субклеточный – Проявляется в системе органелл, участвующих в общеклеточных функциях, обеспечивающих дыхание и накопление энергии (митохондрии), в синтезе белков (рибосомы, гранулярная эндоплазматическая сеть), в накоплении и транспорте липидов и гликогена (гладкая эндоплазматическая сеть), в образовании продуктов синтеза и их секреции (пластинчатый комплекс), во внутриклеточном пищеварении и защитной функции (лизосомы) и ряде других;
в) клеточный – Осуществляется на уровне элементарной живой системы (клетки), поддерживающей и восстанавливающей свою целостность благодаря высоким адаптивным возможностям, реализуемым содружественной деятельностью клеточных органелл;
г) тканевой и органный – Проявляется в системе клеток, обеспечивающей функциональную и морфологическую устойчивость дифференцированных тканей, специализированных органов и систем;
д) организменный – Осуществляется на уровне целостной биологической системы, способной к длительному независимому существованию за счет высоких адаптивных возможностей организма во взаимодействии с окружающей средой;
е) популяционный – Проявляется на уровне элемента биоценоза. Совокупность организмов, поддерживающая сохранение вида;
ж) экосистемный – Осуществляется на уровне экологических систем, поддерживающих свое состояние в условиях экологического оптимума.
И в заключении необходимо остановиться на понятии нормы в токсикологии, которая определяется как динамическое самосохранение оптимальных биологических характеристик организма в различных условиях существования. Возникновение неблагоприятных сдвигов на различных уровнях биологических объектов и систем рассматривается как патологическое изменение, которое может быть обусловлено воздействием токсикантов.