CURS TEORETIC

Ecotoxicologie. Noţiuni generale.

Ocrotirea mediului ambiant este una din problemele actuale ale contemporanietăţii. În ultimul timp se

explică eforturile mari pentru rezolvarea acestei probleme, însă tempurile mari de dezvoltarea a

industriei, transportului şi a unor ramuri ai gospodăriei săteşti înaintează problemele noi complicate pe

calea ocrotirii mediului înconjurător de la poluanţi. Pentru a înţelege pericolul contaminării

antropogene al mediului înconjurător, este suficient de amintit că în urma arderii tuturor tipurilor de

combustibil în atmosferă anual se expulzează peste 200 mln tone de CO2, peste 700 mln tone de SO2.

Formarea în atmosferă a H2SO4 din SO2 şi vapori de apă este cauza apariţiei ploilor acide şi a altor

poluări ce atacă toate formele de viaţă. Sporirea anuală a poluanţilor de tipul sus-numit alcătuieşte

circa 5 %.

Alt tip de poluare este cauzat de utilizarea pe scara largă a agrochimicatelor. Anual în sol se întroduce

peste 500 mln tone de îngrăşăminte minerale şi aproximativ 3 mln tone de pesticide. Odată cu sporire

productivităţii gospodăriei săteşti din cauza formelor şi metodelor imperfecte a utilizării

agrochimicatelor se aduce o mare daună a mediului, deoarece aproape 1/3 din îngrăşăminte se spală

cu apele de suprafaţă în bazinele acvatice. Unele pesticide nimeresc nu numai vătămătorilor

gospodăreşti săteşti, dar atacă şi plantele şi animalele, sînt periculoşi pentru sănătatea omului.

Printre substanţele ce contaminează mediul înconjurător, se poate evidenţia grupa ecotoxicanţilor, ce

prezintă un pericol considerabil pentru organismele vii. În ea intră substanţele care sunt străine

organismelor vii- xenobionţi, ce posedă proprietăţi toxice sau ce le dobîndesc în procesul transformării

lor în mediul înconjurător sau în urma interacţiunii cu organismele vii.

Către ecotoxinanţii ce compun aşa numita „ duzină murdară” se referă metalele grele şi compuşii lor

(Pb, Hg, Cd, Ni, ş.a) , petrolul şi produsele petroliere, radionuclizii, pesticidele persistente şi erbicidele

de tipul DDT, 2,4,5-T, pentoclorfenolul, unele produse chimice larg utilizanile (difinili policloraţi ş.a),

deşeurile toxice ale uzinelor chimice metalurgice.

În ultimul timp se acordă o mare atenţie grupei „supercotoxicanţilor” ce se deosebesc de ecotoxicanţii

ordinari prin faptul că acţiunea toxică se manifestă la concentraţii foarte mici, ce se măsoară nu prin

mg/kg-ul masei organismului, ci în micrograme şi nanograme. Din această grupă fac parte dibenzo-

para-dioxini poli-cloraţi, dibenzofuranii, unii derivţi ai lor. Aceste substanţe au fost detectate sub formă

de impurităţi în unele erbicide pe baza 2,4,5-triclorfenolului, pentaclorfenolului şi alţi compuşi

policloraromatici. Au fost detectate deasemenea între produsele arderii a polimerilor în compoziţia

cărora intră clorul (ex. policlorvinilul).

Importanţa protecţiei mediului înconjurător contra poluanţilor va creşte pe viitor, deoarece, volumul

total mondial al producţiei industriale în ultimii decenii se dublează fiecare 15 ani, iar capacităţile

energetice se dublează şi mai rapid- fiecare 12 ani. Pe baza aceasta s-a calculat, că sarcina tehnogenă

asupra mediului în diverse forme de manifestare, inclusiv şi poluarea mediului către anul 2000 va spori

de 2-3 ori, în cazul dacă nu vor fi perfecţionate metodele de protecţie a mediululi înconjurător, de

poluare.

Poluarea intensivă a mediului cu compuşi chimici a dat naştere la un şir de probleme ecologice

complicate. Poluarea mediului ca urmare a creşterii necontenite , maştabelor gigantice şi urmările

grave pentru mediul înconjurător, se cercetează ca unul din factorii ecologici indendenţi, ce posedă o

acţiune nocivă asupra plantelor, animalelor, omului şi biosferei în general.

Ecotoxicitatea şi scopurile ei.

Una din direcţiile ştiinţifice interdisciplinare, ce se ocupă cu cercetarea pericolului contaminării

mediului înconjurător de pe poziţii ecologice cu scopul protecţiei organismelor vii de la contaminare cu

substanţe nocive din mediul extern, se ocupă toxicologia ecologică sau ecotoxicologia.

Ecotoxicologia ca termen, se stabileşte o direcţie ştiinţifică independentă, a fost introdusă în 1969,

cînd pe lîngă Comitetul Ştiinţific Internaţional legat de problemele ocrotirii mediului înconjurător a fost

organizată o comisie specială pe problemele ecotoxicologiei. Comisia a formulat direcţiile

cercetătorilor pe problemele ecotoxicologiei şi a adoptat pentru prima determinare oficială, conform

căreia ecotoxicologia prezintă o direcţie ştiinţifică interdisciplinară, ce cercetează acţiunea compuşilor

chimici toxici prezenţi în mediul înconjurător asupra organismelor vii şi populaţiile lor, ce intră în

componenţa ecosistemelor, de la microorganisme pînă la om.

Ulterior, a fost precizată sfera intereselor ştiinţifice ale ecotoxicologiei. În 1978 a fost primită

determinarea mai precisă a ecotoxicologiei care este utilizată pînă în prezent: ecotoxicologia- o

direcţie ştiinţifică interdisciplinară, legată de efectele toxice ale compuşilor chimici asupra

organismelor vii, în preponderenţă asupra populaţiilor organismelor şi biocenozelor, ce intră în

componenţa ecosistemelor. Ea studiază izvoarele apariţiei compuşilor nocivi în mediul înconjurător,

răspîndirea şi transformarea în mediu, acţiunea asupra organismelor vii. Omul, evident reprezintă

treapta superioară în şirul ţintelor biologice.

O particularitate a ecotoxicologiei , ce rezultă din definiţia propusă mai sus, este faptul, că spre

deosebire de toxicologia medicinală tradiţională, ea cercetează efectele toxice asupra organismelor

individuale, atît şi asupra populaţiilor organismelor. Altă particularitate a ecotoxicologiei este legată de

faptul, că în timpul cercetării efectelor toxice la nivel de populaţie creşte importanţa mediului extern

ca un factor activ, ce influenţează la comportarea ecotoxicantului şi manifestarea de către

proprietăţilor toxice.

Alături de termenul de ecotoxicologie uneori se utilizează tot cu acest sens şi alţi termeni, de exemplu,

toxicologia mediului înconjurător, ocrotirea mediului ambiant şi ocrotirea sănătăţii ş.a.

În fosta URSS întrebările de bază a ecotoxicologiei îşi găseau reflectarea în programele de lucru pe

aspectele ecologice şi igienice a ocrotirii mediului înconjurător îndeplinite de diferite departamente,

inclusiv Academia de Ştiinţe, Ministerul Sănătăţiiş.a.

În programele corespunzătoare se prevedea:

Cercetarea răspîndirii şi transformării ecotoxinelor în sol, apă, atmosferă, plante, animale şi

lanţurile trofice în general, ce se termină cu omul;

Cercetarea mecanismulului toxicităţii şi elaborarea criteriilor de nocivitate a ecotoxinelor;

Elaborarea bazelor igienice de reglementare a acumulării ecotoxinelor în mediul înconjurător;

Elaborarea metodelor de analiză a ecotoxinelor în obiectele mediului extern, metodelor de

diagnostică, tratamentul şi profilaxia afecţiunilor.

Direcţiile ştiinţifice prioritare , ce asigură executarea programelor sus-numite sunt următoarele:

1. Cercetarea izvoarelor de acumulare ecotoxinelor şi cercetarea transformărilor lor în ecosisteme

abiotice.

2. Cercetarea bioaccesibilităţii ecotoxinelor bioacumulării şi metabolismului în organismele vii.

3. Cercetarea acţiunii toxice ale ecotoxinelor şi produşilor transformării lor în mediul înconjurator.

Rezultatele practice ale cercetărilor conform direcţiilor indicate constituie elaborarea recomandanţilor

şi efectuarea măsurilor juridice, tehnologice, medicale sanitoro-igienice pentru controlul şi controlarea

nivelului poluării. La baza elaborării măsurilor şi recomandărilor igienice a factorilor nocivi din mediul

înconjurător, care includ stabilirea rolului cantitativ CMA (concentraţia maxim admisibilă) a

ecotoxicanţilor în aer, apă, sol şi produse alimentare.

Sursele de bază ale poluării mediului înconjurător cu substanţe chimice:

Termoelectrocentralele, ce poluează atmosfera cu substanţe toxice în urma combustiei;

CO2, oxizii de sulf, produse ale arderii incomplete a hidrocarburilor, funingină, ce sunt purtători

de hidrocarburi policiclice cancerogene;

Deşeurile toxice ale întreprinderilor chimice, petroliere, metalurgice ce pătrund în atmosferă

cu produsele gazoase, în bazinele acvatice cu ape reziduale şi în sol şi în timpul înmormîntării

deşeurilor solide.

Diferite tipuri de transport ce funcţionează pe combustibil pe baza petrolului şi gaz natural.

Gazele de eşapament conţin CO2, oxizii de azot ş.a. produse, în special particulele de Pb din

fondantul antidetonant de tetraetil de Pb;

Producţia şi utilizarea substanţelor radioactive;

Utilizarea mijloacelor chimico-farmaceutice, adaosurilor chimice la produsele alimentare

(conservanţi, coloranţi).

Capacitatea ecotoxinelor de a răspîndi la distanţe mari în biosferă depinde de proprietăţile chimice,

fizico-chimice, aşa ca volatilitatea, solubilitatea, capacitatea de a fi absorbiţi de sol, stabilitatea la

hidroliză, fotoliză şi descompunere de microorganisme.

Suma valorilor înalte ale proprietăţilor sus-numite se caracterizează prin persistenţă şi indică

capacitatea ecotoxinelor un timp îndelungat de a-şi păstra proprietăţile toxice. În dependenţă de

nivelul poluării putem evidenţia trei grupe de bază:

1. Poluarea locală

2. Poluarea regională cronică

3. Poluarea globală

La poluări locale, de regulă, se referă expulzările singulare ale substanţelor toxice în mediul extern în

urma exploziilor, incendiilor, calamităţilor naturale. Urmările a unor astfel de poluări cel mai des se

manifestă într-un punct geografic concret, maştabul perderilor poate fi enorm.

Exemplu : Incendiul într-o clădire administrativă cu 18 etaje în oraşul Binhampton (New York). Peste 2

săptămîni după incendiu s-a constatat că toate încăperile au fost contaminate cu policlordibenzo-n-

dioxini şi policlordibenzofurani (dioxini şi furani). S-au vărsat 800 l de ulei din transformatorul din

subsolul clădirii, piroliza-dioxinii şi furanii, prin sistema de ventilare s-a contaminat întreaga clădire.

Din cauza lipsei metodelor de purificare radicală de compuşi sus-numiţi şi acţiunii toxice înalte

compuşilor s-a hotărît de nimicit clădirea cu îngroparea ulterioară într-un loc îndepărtat.Cheltuelile

pentru construirea casei-20 mln dolari, iar pentru nimicire-100mln.

În urma poluărilor cronice regionale se înţelege,de regulă, admisia de lungă durată în mediul extern a

ecotoxinelor în cantităţi considerabile. Ca urmare se petrece poluarea unei zone mari,de exemplu a

unui bazin acvatic. Aşa situaţii, de regulă, apar în legătură cu funcţionarea unor mari întreprinderi

industriale, instalaţii energetice ş.a.

La un aşa tip de poluare pot fi evidenţiate două grupe de poluanţi:

1. Puţin toxici, ce sunt admişi în mediul înconjurător în cantităţi relativ mari.

2. Înalt toxici, ce se admit în cantităţi relativ mici.

În urma poluării globale poluanţii se admit în mediul înconjurător în cantităţi mari şi un timp

îndelungat, acţionînd asupra unui enorm teritoriu. De exemplu, în urma transferului global atmosferic a

ecotoxinelor, DDT-ul a fost descoperit în zăpada Antarctidei şi Groenlandei.

O grupă separată de ecotoxine de nivel global reprezintă CO2 şi fenolii, prezenţa cărora în atmosferă

tot timpul creşte. Aceste substanţe nu posedă o acţiune directă asupra biotei, însă ele pot schimba

parametrii fizici ai atmosferei (nivelul radiaţiei, temperaturii), la care sunt acomodate toate

organismele vii.

Ecotoxicanţii şi organismele vii. 

Interacţiunea ecotoxicanţilor cu organismele vii se începe, de regulă, de la procesul de absorbţie,

contactul cu memebranele celulare şi transferului prin membrană. Ulterior decurge metabolismul,

bioacumularea sau excreţia. Procesele sus-numite de interacţiune aecotoxicanţilor cu organismele vii

se unesc sub noţiunea de bioaccesibilitate, adică capacitatea de a pătrunde în organism cu

transformările biochimice posibile ulterior. 

Cercetînd absorbţia ecotoxicanţilor pe suprafaţa celulei, se consideră că afinitatea ecotoxicanţilor cu

substratul în mediul extern (sol, aer, apă) trebuie să fie mai mic, decît cu suprafaţa celulei. De

regulă, ecotoxicanţii formează complexe mai slabe cu compuşii din membrana celulară, decît cu

substanţele, ce intră în compoziţia solului. Însă unele tipuri de sol pot aşa puternic să interacţioneze

cu ecotoxicanţii, încît decurge procesul de dezactivare a lor. Deaceea capacitatea de absorbţie

a ecotoxicanţilor în raport cu diferite substraturi naturale şi ţintelor biologice este una din proprietăţile

importante ale nocivităţii lor.

O altă proprietate importantă a ecotoxicanţilor ce caracterizează bioaccesibilitatea lor este

solubilitatea în apă şi fazele lichide organice (solvenţi organici, uleiuri). Pentru pătrunderea prin

membrană celulară raportul solubilităţii în apă şi solvenţi organici nepolari la substanţele anumite e

nevoie să posede aşa numitul bilanţ hidrofil-lipofil, adică într-o anumită cantitate să se dizolve şi în apă

şi în solvenţi organici nepolari. Bioacumularea substanţelor nocive poate decurge şi în procesul

respiraţiei, legat la hidrobionţi cu filtrarea unei cantităţi mari de apă prin branhii la peşti, iar la

animalele terestre aerul prin plămîni. Organele de respiraţie ca urmare devin acumulatori

de ecotoxicanţi. De rînd cu afecţiunea generală a organismelor este nevoie să atragem o deosebită

atenţie la aşa numitele organele şi ţesuturile "critice", în care se acumulează cantitatea predominantă

a ecotoxicanţilor, de exemplu clororganici în gonadele moluştelor şi a peştilor, cadmiului şi mercurului

în rinichii mamiferelor, dibenzodioxinelor şi furanilor policloraţi în ţesuturile adipoase, florurile şi alte

substanţe radioactive în galnda tiroidă a mamiferelor, metalele grele şi elementele transuranice în

ficatul animalelor. O importanţă deosebită posedă bioacumularea în diferite verigi ale lanţului trofic. În

rezultatul cercetărilor s-a constatat că coeficientul de bioacumulare DDT la plantele terestre 0,1, la

insecte 3, viermi 70, rozătoare 100. Pe cînd coeficientul de bioacumulare a ecotoxicanţilor calculat la

hidrobionţi este de cîteva ordine mai mare: la crustacee 103, moluşte şi plancton 104, la peşti 105 . În

rezultatul cercetării afecţiunii cu DDT a unui lac din SUA s-a constatat că concentraţia lui în apă era de

0,014 mg/l, în zooplancton 5 mg/kg, în peştii de talie mică pînă la 10 mg/ kg, în peşti de talie mare

pînă la 200 mg/kg, iar în păsările ce se hrăneau din acest lac 2500 mg/kg, adică de 10 mln pri mai

mare decît în apa lacului.

Capacitatea organismelor de a concentra cantităţi mari de substamţe nocive poate fi utilizată pentru

controlul poluării mediului înconjurător prin metoda bioindicaţiei. Adică cînd unele specii de organisme

sunt capabile într-un termen relativ scurt de a acumula cantităţi mari de ecotoxicanţi, ei pot fi utilizaţi

în calitate de bioindicatori ai poluării. Bioindicatorii renumiţi ai aerului sunt lichenii. Bioindicarea- una

din perspective direcţii de control a ecotoxicanţilor în mediul extern şi în îmbinare cu indicarea chimică

poate fi utilizată pentru elucidarea calitativă şi cantitativă a nivelului de poluare a mediului extern cu

ecotoxicanţi. După pătrunderea în organism ecotoxicanţii interacţionează cu sistemele fermentative şi

se supun transformărilor metabolice. Deşi unii ecotoxicanţi sunt polari, anume compuşii lipofili

reprezintă cel mai mare pericol pentru organismele vii, deoarece solubilitatea lor ridicată în lipide

împiedică posibilitatea excluderii lor din organism cu apa sau alte lichide polare, care îndeplinesc

deobicei funcţiile de excreţie. Învingerea acestei bariere se efectuează de un sistem special

fermentativ, care transformă ecotoxicanţii nepolari lipofili în compuşi hidrofili, care pot fi evacuaţi din

organism cu lichidele excretoare. Între reacţiile de bază a metabolismului, care deobicei decurg la

prima stapă a biotransformării aşa ca oxidarea, reducerea, hidroliza, ş.a. Un loc deosebit îl ocupă

complexul fermentativ localizat în reticolul enndoplasmatic celular şi care se numeşte monooxigeneză

microsomică. Baza sistemului fermentativ sus-numit reprezintă hemoproteina citocrom P-450, ce

posedă o mulţime de forme, care metabolizează majoritatea compuşilor chimici nepolari, utilizaţi în

farmaceutică , gospodăria sătească şi alte ramuri ale industriei şi care sunt ecotoxicanţi.

Scurt istoric, definiţia şi obiectivele disciplinei

Ecotoxicologia s-a conturat ca ştiinţă în perioada 1950–1960 ca răspuns la o necesitate socială majoră: intensificarea poluării, fenomen care devenea o ameninţare pentru sănătatea oamenilor dar şi pentru economia şi perenitatea biosferei.

Referitor la definiția ecotoxicologiei sunt numeroase discuții între specialiști. Renne Truhautrenumit toxicolog (1961)a fost primul savant care a dat definiția ecotoxicologiei, afirmă că „ecotoxicologia este extensia naturală a toxicologiei la efectele ecologice ale poluanţilor”. El a combinat ecologia „ştiinţa care studiază interacţiunile ce determină distribuţia şi abundenţa organismelor” cu toxicologia „ştiinţa care se ocupă cu studiul efectelor nefaste ale substanţelor asupra organismelor vii”.

Conform Ramade (1977) „ecotoxicologia studiază modalităţile de contaminare a mediului de către agenţii poluanţi naturali şi artificiali produşi de activitatea umană, mecanismele de acţiune şi efectele asupra vieţuitoarelor care populează biosfera”.

În anul 1978, Butler a dat o altă definiţie, precizând că „ecotoxicologia este ramura toxicologiei care studiază efectele toxice ale substanţelor naturale sau artificiale asupra organismelor vii care constituie biosfera (animale, vegetale, terestre, acvatice), inclusiv interacţiunea substanţelor toxice cu mediul fizic în care organismele vii există.

În anul 1993, Callow afirmă că „ecotoxicologia este ramura stiintei care se ocupa cu protejarea sistemelor ecologice faţa de efectele adverse ale substanţelor chimice sintetice”.

O definiţie mai simplă dar şi mai sugestivă a fost dată de Walker si col., în anul 1996: „ecotoxicologia este stiinţa care studiază efectele daunătoare ale substanţelor chimice asupra ecosistemelor”.

În anul 1994, Forbes menţiona: „ecotoxicologia este domeniul de studiu care integrează efectele ecologice şi toxicologice ale poluanţilor chimici asupra populaţiilor, comunităţilor ecosistemelor cu „soarta” acestora în mediu (transport, dezintegrare)”.

Ultima și cea mai amplă definiție a ecotoxicologiei a fost dată de renumitul savant ecolog academician Ion Dediu care a pus bazele științifice ale ecotoxicologiei acvatice în R. Moldova. În lucrarea sa „Enciclopedie de Ecologie” (2010) autorul definește noțiunea de ecotoxicologie ca: „Compartiment al ecologiei care studiază efectul influienței substanțelor toxice asupra organismelor vii. Formă de cunoaștere a acțiunii diverselor substanțe și componente din aer, apă, sol etc. asupra organismelor vii. Constituie baza pentru elaborarea unor măsuri de protejare a componentelor mediului uman și vegetalo-animal din mediul ambiant”. Conform aceluiași autor „ecotoxicologia poate fi denumită și ca studiul influiențelor factorilor poluanți (toxici) asupra mediului”.

În R.Moldva cercetări în domeniul ecotoxicologiei în prezent se efectuează în cadrul Institutului de Ecologie și Geografie și Institutul de Zoologie (Laboratorul de Hidrobiologie și Ecotoxicologie, condus de prof. Elena Zubcov).

Ecotoxicologia are trei obiective majore (Forbes, 1994):

- obţinerea de date despre evaluarea riscului şi a managementului mediului;

- cunoaşterea cerinţelor legale de obţinere şi dispersare în mediu a substanţelor chimice;

- elaborarea de principii (empirice sau teoretice) pentru a îmbogăţi şi îmbunătăţi cunoştinţele referitoare la comportamentul şi efectele substanţelor chimice în sistemul viu.

În cadrul obiectivelor de mai sus sunt abordate aspecte precum:

- distribuţia poluanţilor în mediu, cu identificarea dispunerii substanţelor chimice în diferitele compartimente ale mediului înconjurător;

- cinetica poluanţilor (modalitatile de pătrundere, depozitarea în mediu,

- transformările în mediu);

- efectele poluanţilor asupra organismelor vii, respectiv definirea tabloului efectelor nocive la nivel individual (disrupţii ale structurii şi funcţiei biochimice, moleculare şi fiziologice) precum şi la nivel

populaţional (modificarea numărului de indivizi, modificarea frecvenţei genelor, modificarea funcţiei ecosistemului).

- înregistrarea toxicităţii individuale a substanţelor toxice: doza, concentrătii cu teste standard sau prin sisteme complexe;

- evaluarea hazardului sau riscului pentru un anumit toxic (pe baza datelor despre toxicitate);

- evaluarea potenţialului general de tulburări în ecosistem;

- elaborarea măsurilor de „terapie”;

- luarea de măsuri preventive fată de risc şi analiza acestora.

CURS TEORETIC

"Celula”

unitatea de bază a organismelor vii

În cazul cînd conversăm despre toxicitatea mediului este necesar de a deosebi cîteva aspecte: acţiunea toxică asupra animalelor, unor specii de plante şi insecte, reprezentanţii inferiori ai lanţului trofic (bacteriile, algele microscopice) şi ecosistemului în general. Cu alte cuvinte , toxicitatea unor sau altor factori ai mediului ambiant trebuie să fie cercetată la nivel de organisme, populaţii şi ecosisteme.În orice caz este necesar de cunoscut mecanismele elementare ale efectelor toxice. Procesele sus-numite nu pot fi stabilite la rîndul său fără a cunoaşte acţiunea toxicanţilor şi asupra proceselor intracelulare. Din care cauză este necesar de cunoscut structura celulei. Celula reprezintă unitatea de bază stuctural-funcţională a organismului.Ea este determinată de mediul extern, de membrana plasmatică care limitează şi reglează difuzia ionilor din mediul extern în interiorul celulei şi invers. La baza acestei funcţii se află unele particularităţi ale permiabilităţii membranei. S-a stabilit prezenţa în membrabă a unor pori cu dimensiunile (raza) circa 8 Ǻ. S-a stabilit prezenţa fermenţilor grupei fosfatazelor şi un şir de alţi fermenţi, care scindează substanţele şi care ulterior pătrund în formă degradată în protector, delimitînd conţinutul intern al celulei reprezintă capacitatea ei către o regenerare rapidă în urma unor leziuni mici.

Structura celulei

Membrana plasmatică se găseşte la exteriorul citoplasmei şi are rolul de a proteja şi de a media schimburile de substanţe.

Citoplasma este substanţă fundamentală a celulei care ocupă spaţiul dintre membrana plasmatică şi membrana nucleului.

Reticolul endoplasmatic - reprezintă o structură complicată sub formă de plasă compus dintr-o sistemă de canale, vacuole limitate de membrane. Pentru fiecare tip de celule este caracterictic un anumit tip de reticol endoplasmatic. S-a stabilit că reticolul endoplasmatic rugos participă activ la biosinteza

proteinelor, posedă funcţii secretoare.Mai puţin este cunoscut despre funcţiile reticolului endoplasmatic neted. Este cunoscut că pe membrana lui se efectuează sinteza glicogenului şi a lipidelor. Ambele tipuri de reticol endoplasmatic sînt capabile de a acumula în canale, vacuole produse ale sintezei: substanţe proteice -în reţeaua granulată şi grăsimi -în reţeaua netedă. Toate aceste substanţe ulterior se transportă la diferite formaţiuni ale celulei. Transportul se realizează pe calea interacţiunii elementelor reticolului endoplasmatic cu formaţiunile celulei- membrana nucleară, mitocondriile şi aparatul Golgi, sau decurge datorită separării de la canalele unor granule şi bule. Reticolul endoplasmatic reprezintă un sistem circular al celulei, prin care decurge transportul diferitor substanţe din exterior în citoplasmă.

Ribozomii - posedă o formă rotunjită cu diametru de 150-350 Ǻ. Majoritatea ribozomilor în citoplasma se află în membranele granulare ale reticolului endoplasmatic. Plus la aceasta, un număr mare de ribozomi se află în lichidul citoplasmei. Ribozomii este organitul celular obligator în fiecare celulă. În ribozomi are loc biosinteza proteinelor.Aparatul Golgi (sau dictiozom)- este un organit celular găsit la majoritatea eucariotelor, situat în centrul celulei. Este format din nişte săculeţi aplatisaţi suprapuşi( cisterne),dilataţi la capete şi înconjuraţi de micro- şi macrovezicule, generate de aceste cisterne. Forma dictiozomilor variaza de la o celula la alta( în stările patologice au un aspect granulos). Sunt delimitaţi de o membrană simplă. În celulele animale se afla un singur ansamblu de dictiozomi, iar în celula vegetală se află mai multe ansambluri de dictiozomi. Participă la stocarea polizaharidelor, modificarea proteinelor nou-sintetizate în reticolul endoplasmatic, sortarea proteinelor cu diverse destinaţii celulare, prelucrea şi stocarea proteinelelor şi lipidelelor care "curg" dinspre R.E.

Mitocontriile- sunt organite celulare întâlnite în toate tipurile de celule. Ele mai sunt denumite şi „uzine energetice”, fiindcă ele conţin enzimele oxido-reducătoare necesare respiraţiei. Mitocondriile au forma unor vezicule alungite, sunt organite sferice, ovale sau sub forma de bastonaşe, ei sunt formaţi dintr-o membrană dublă, un sistem de cisterne şi tubuli, stroma (matrix).

Lizozomii - particule mici de formă rotundă, situate în citoplasmă. Fermenţii ce se conţin în lizozomi sînt capabili să scindeze compuşi, importanţi din punct de vedere biologic- proteine, acizi nucleici, polizaharide. Totalitatea lizozomilor le putem numi "sistem digestiv" al celulelor, deoarece participă la digestia tuturor tipurilor de substanţe, care pătrund în celulă.

Plastidele - oraginte specifice celulelor vegetale, în care se petrece sinteza diferitor substanţe şi în primul rînd fotosinteza.

Nucleul - este un organit celular, specific celulelor eucariote, ce conţine materialul genetic şi care coordonează toate procesele intracelulare. Participă la păstrarea materialului genetic, coordonarea reacţiilor chimice din citoplasmă, coordonarea diviziunii celulare.Sumînd cele spuse mai sus intra formaţiunile intracelulare (nucleu, mitocondrii, ribozomii, ş.a.) există o delimitare strictă "a muncii"."Specialitatea" mitocondriilor constă în oxidarea substanţelor organice şi sinteza ATP-ului, în care se acumulează energia, eliberată în urma oxidării substanţelor organice.Datele despre compoziţia elementară a celulei se propun în tabel 1. Din 104 elemente din sistemul periodic în compoziţia celulei s-au detectat 60.

Tabel 1 . Conţinutul elementelor chimice în celulă. (%) 

Oxigen Carbon Hidrogen Azot Kaliu Sulf Fosfor Clor

65-75 15-18 8-10 1,5-1,3 0,15-0,4 0,15-0,2 0,2-1 0,05-1

Magneziu Natriu Calciu Fer Zink Cupru Iod Fluor

0,02-0,03 0,02-0,03 0,04-2 0,01-0,15 0,0003 0,0002 0,00001 0,00001

Tabel 2. Conţinutul compuşilor chimici în celulă (%) 

H2O Proteine Lipide Glucide Acizi nucleici ATP Substanţe anorganice

75-85 10-20 1-5 0,2-2,0 1-2 0,1-0,5 1-1,5

Din elementele chimice, ce intra în compoziţia celulei C, H, O, N intră şi în compoziţia proteinelor, lipidelor, glucidelor, adică în compoziţia compuşilor organici. Celelalte elemente se află în celulă parţial în compuşi organici: S -intră în componenţa multor proteine, P-parte componentă a acizilor nucleici, ATP, Fe -intră în componenţa moleculei de hemoglobină, Mg -în componenţa clorofilei, Cu -în componenţa unor fermenţi cu funcţie oxidativă, I - în molecula tiroxinei, Co -în componenţa vitaminei B12 ş.a.

Funcţiile celulei

Totalitatea transformărilor care au loc în celulă, în urma schimbului de materie şi energie cu mediul, constituie metabolismul celular.

Excitabilitatea este răspunsul specific dat de celulă la acţiunea diferiţilor factori de mediu.

Mişcarea presupune deplasarea activă a unor constituienţi celulari precum şi curenţii citoplasmatici care antrenează conţinutul celular.

Semipermeabilitatea este însuşirea membranei plasmatice de a fi permeabilă pentru apă şi anumite substanţe şi impermeabilă pentru substanţe care au dimensiuni mari.

Semipermeabilitatea membranelor plasmatice este controlată de forţe pasive şi active. Astfel avem forţele pasive : difuzia, osmoza şi turgescenţa, iar forţele active sunt: polarizarea electrică, fagocitoza (la celulele animale pinocitoza).

Raportul ecotoxicologiei cu alte ştiinte

Pentru întelegerea ecotoxicologiei sunt necesare cunoştinţe temeinice de chimie organică şi anorganică, biochimie, chimie analitică, toxicologie, ecologie. De asemenea este necesară cunoaşterea unor metode de calcul statistic.

Cele mai mari interferențe ale ecotoxicologiei se conturează cu toxicologia generală și toxicologia mediului.

Toxicologia are ca scop:

-protejarea omului/animalelor (privite ca individ) faţa de expunerea la toxice.

Ecotoxicologia are ca scop:

-să protejeze populaţiile şi comunitaţile diferitelor specii de efectele dăunătoare ale expunerii la substanţe toxice.

Toxicologia se ocupă cu:

-preluarea, absorbţia, difuziunea, excreţia substanţelor toxice de către organismele individuale.

Ecotoxicologia se ocupă cu:

-cinetica poluaţilor în mediul abiotic (aer, apă, sol/sedimente) şi mediul biotic (lanţul trofic);

-studiul transformărilor şi biotransformărilor substanţelor chimice.

Importanţă majoră atât pentru toxicologie cât şi pentru ecotoxicologie prezintă relaţia dintre cantitatea de substanţă chimică la care organismul este expus şi natura şi gradul efectelor nocive consecutive (relaţia doză/răspuns, ce constituie baza pentru estimarea hazardului şi riscului prezentat de substanţele chimice din mediu).

Ecotoxicologia a fost asimilată o perioadă cu toxicologia mediului. În spaţiul anglo-saxon se consideră oarecum sinonime.

Toxicologia mediului este ramura toxicologiei care studiază soarta, comportamentul şi efectele substanţelor chimice asupra mediului. Este mult asociată cu studiul substanţelor toxice din mediu de origine antropogenă (deși include şi substanţe chimice naturale). Este divizată în două subcategorii:

-toxicologia sănătăţii mediului (studiază efectele adverse ale toxicelor asupra omului);

-ecotoxicologie (studiază efectele substanţelor toxice din mediu, dar ţinta o constituie ecosistemele şi constituenţii lor, fauna şi flora).

Toxicologia mediului abordează în mod limitat problemele de poluare şi anume:

-modul prin care îsi exercită acţiunea fiziopatologica asupra organismelor ţintă, în special mamifere (om);

-mecanismul de acţiune pe plan celular şi molecular.

Ecotoxicologia, diferit de Toxicologia mediului, abordează efectele poluării per ansamblu asupra ecosistemelor, cu scopul de a le proteja în totalitate şi nu pe componente izolate.

CURS TEORETIC

Transformările metabolice

Pătrunzînd în mediul ambiant substanţele pot să se descompună fotochimic, să se oxideze sau să reducă, hidrolizeze. Însă procesele cele mai diverse şi active decurg în biotă. Aceasta se explică prin faptul că sistemul biologic poate produce energie prin intermediul proceselor metabolice ordinare catalizate de fermenţi. În sistemele nebiologice totul depinde de iradierea solară şi energia termică şi în majoritatea cazurilor reacţiile decurg în lipsa catalizatorilor. DDT a fost sintetizat pentru prima dată în 1873, dar răspîndire largă în calitate de insecticid a obţinut în mijlocul anilor 40 ai secolului XX. Pînă la acest timp, DDT nu a fost accesibil nici pentru organism. În prezent multe organisme sunt capabile de a transforma DDT-ul în derivaţii lui. Poate apărea întrebarea unde şi cum organismul a elaborat această funcţie. Cea mai bună ipoteză aste că în condiţiile naturale în care coexistă toate organismele se conţin un şir de compuşi toxici. Supravieţuirea organismului depinde de capacitatea lui de a învinge acţiunea acestor substanţe toxice. Deaceea cu timpul sau dezvoltat aşa sisteme, care dau posibilitatea organismului de a modifica aceşti compuşi astfel încît să devină inofensivi pentru el.Tabloul general de modificare a compuşilor în organismele superioare.

Direcţia generală este transformarea substanţei exogene într-o substanţă cu o polaritate mai ridicată şi interacţiunea ulterioară a derivatului obţinut cu un fragment polar, care uşurează eliminarea substanţelor inutile organismului. Plantele nu posedă un sistem excretor asemănător cu cel al animalelor, însă mecanismul de protecţie poate include legare substanţelor străine organismului de unele molecule de hidraţi de carbon şi acumularea lor în locurile care nu sunt legate cu metabolismul plantelor. Microorganismele, probabil, sunt capabile de a descompune mulţi din aceşti xenobionţi pînă la CO2 şi apă.

FERMENŢII

Fermenţii sunt substanţe proteice care acţionează ca catalizatori biologici. Ei sunt atît de efectivi încît majoritatea reacţiilor de fermentare degurg cu o viteză de 108-1011 ori mai mare decît reacţiile corspunzătoare nefermentative. Cu toate că mecanismul acţiunii catalitice a fermenţilor încă nu e destul de clar, dar se ştie că configuraţia porţiunilor active acordă specificitate şi orientează substratul în direcţia convinabilă pentru reacţie. Compusul sau substratul care interacţionează cu fermentul se leagă de centrii activi ai fermentului. În multe cazuri aproape de substrat se leagă deasemenea şi cofermentul sau gruparea prostetică. Conform sensului cunoscut cofermentul serveşte ca substrat, însă cofermenţii adesea sunt legaţi de fermenţi foarte puternic, regenerează şi în continuu participă la procesele catalitice. Un aspect important al activităţii catalitice a fermentului se manifestă prin aceia că el nu numai micşorează energia de activare a reacţiei concrete şi sporeşte viteza reacţiilor comparativ cu procesele necatalizate, dar şi accelerează decurgerea multor reacţiei concrete şi sporeşte viteza reacţiilor comparativ cu procesele necatalizate, dar şi accelerează decurgerea multor reacţii chiar şi la valorile neutrale al pH şi temperatura camerei, care în lipsa catalizatorului deobicei decurg numai în

condiţii extremale la temperaturi înalte şi mediu acid sau bazic. Pentru a marca fermentul la denumirea reacţiilor catalizate se adaugă sufixul -"aza". De exemplu dehidrogenaza acest ferment catalizează extragerea din moleculă a atomilor de H2, iar metiltranferaza este fermentul ce transformă grupa metilică.

Procese metabolice

Reacţii de oxidare, reacţiile oxigenazei:

Hidroxilarea aromatică 

Hidroxilarea alifatică 

O- dezalchilarea eterilor aromatici

N – hidrixilarea aminelor aromatice

Formarea N – oxizilor din derivaţii aminelor terţiare alchilice şi aromatice

Dezaminarea oxidativă

Epoxilarea

Desulfatarea

Reacţiile dehidrogenazei

oxidarea alcoolilor în aldehide sau cetone

oxidarea aldehidelor în acizi carboxilici

Reacţiile oxidazei

oxidarea monoaminei

Oxigenaza este un ferment ce catalizează reacţia oxigenului elementer cu substratul, în procesul căruia unul din atomii oxigenului interacţionează cu alt acceptor, în special hidrogenul, formînd apa:

NADPH (nicotinamidadeninnucleotidfosfat, forma redusă)- un component celular obişnuit, ce acţionează ca donor de hidrogen. Aşa oxidare des se numeşte "oxidaze cu funcţii combinate" sau "fermenţi microsomici". Ei au fost extraşi în fond din ficatul organismelor superioare, deşi se conţin şi în alte ţesuturi. Fermenţii se combină într-un sistem care poartă denumirea de reticol endoplasmatic neted. În cazul distrugerii celulelor acest sistem se descompune în microsome.Procesul complex de oxidare este complicat. Ea presupune stadiile consecutive cu participarea fermenţilor şi în multe cazuri include citocromul P450. Acest component specific reacţionează cu substratul reactant şi oxigenul molecular. Citocromul P450 este inclus în lanţul important de reacţii, ce protejează celula de substanţe exogene prin intermediul procesului de oxidare.Una din particularităţile reacţiilor catalizate de fermenţi constă în acţiunea specifică a fermenţilor către substrat. Probabil, altfel este situaţia cu oxigenazele, sintetizate de organismele superioare, deoarece în sisteme microsomice reacţionează grupe ce diferă puternic în structura sa. Sînt date, că compuşii cu o polaritae mai mică sunt mai reactanţi, deşi aceasta nu este unica condiţie pentru decurgerea reacţiei. Aceasta se explică că în diferite ţesuturi se poate afla un şir de fermenţi ce conţin citocromul P450 cu o selectivitate diferită către substrat. E nevoie de remarcat, că există şi altă variantă a unei din aceste reacţii. Uneori la întroducerea grupei hidroxil în inelul aromatic în el pot avea loc unele deplasări ale altor substituenţi. De exemplu, la hidroxilarea inelului benzenic a moleculei 2,4-D atomul de clor din poziţia patru poate să deplaseze în poziţia 3 sau 5.

Aşa tip de regrupare se numeşte NIH- deplasare.O altă particularitate a acestui complex de fermenţi, în special în organismele superioare, constă în aceea, că activitatea lor poate fi cauzată, de multe substanţe, asupra cărora ei acţionează. De exemplu, dacă hrănim şobolanul cu policlorbefenil, DDT sau fenobarbital, atunci putem observa două manifestări primare, în primul rîmd, creşterea sistemului membranic ce conţine aceşti fermenţi, în al doilea rînd,

creşterea activitaţii specifice a fermentului în ţesut. Acest fenomen , numit proces de inducţie aduce la creşterea generală a capacităţii organismului concret de a transforma complexul exogen. Fermenţii dehidrogenazei înlătură hidrogenul. Exemplele de mai sus elucidează oxidarea alcoolilor pînă la aldehide, care la rîndul său se oxidează pînă la acizi carboxilici. În urma acestei consecutivităţi se formează compuşi tot mai polari, ultimul din care e capabil să disocieze cu formarea ionului încărcat negativ.

Reacţia cu participarea oxidazei se deosebeşte de reacţia cu participarea oxigenazei prin faptul că în ea oxidarea este legată cu participarea oxigenului molecular, care participă în calitate de acceptor de electoni.

Reacţii de reducere

Reacţii reversibile a dehidrogenazei, reducerea cetonelor pînă la alcooli.

Nitroreductaza, reducerea nitrocompuşilor aromatici pînă la amine.

Dehidroclorarea, eliminarea clorurii de hidrogen.

Declorarea prin reducere, substituirea Cl cu H.

Cetonele pot fi reduse pînă la alcooli, iar grupa nitro pînă la amine. Deoarece multe substanţe, fiind poluanţi ale mediului ambiant, se referă la compuşi cloruraţi, e nevoie de remarcat că unui şir de organisme îi este caracteristică reacţia de declorare prin reducere sau dehidroclorare. Un proces foarte important este transformarea DDT-ului în derivatul lui DDE în urma reacţiilor de dehidroclorare.

HIDROLAZELE

Aceşti fermenţi catalizează reaţiile de hidroliză. Exemple de aşa reacţii sunt propuse mai jos:Reacţii cu participarea hidrolazei.

Esterii acizilor carboxilici 

Amide

Fosfaţii

Fermenţii ce catalizează esterii acizilor carboxilici sunt larg răspîndiţi în organismele vii. Ei sunt casificaţi după clasele substanţelor asupra cărora acţionează şi ataşarea lor către inhibitori:

1. Arilesterazele hidrolizează esterii aromatici;

2. Carbixilesterazele hidrolozează, în fond, esterii alifatici;

3. Holinesterhidrolazele acţionează efectiv asupra esterilor holinei;

4. Acetilesterazele se aseamănă cu fermenţii din prima grupă, însă ele diferit reacţionează la acţiunea inhibitorilor.

Amidele deobicei hidrolizează cu o viteză mai mică, decît esterii acizilor carboxilici.Reacţiile conjugate În majoritatea reacţiilor cercetate mai sus, catalizate de fermenţi, în molecula substanţei intră un substituent cu o polaritate mai pronunţată. În organismele superioare, plante se formează metaboliţi şi mai polari pe calea combinării cu substanţele endogene sub formă de compuşi conjugaţi. Aceste reacţii sunt catalizate de tranferaze, ce tranferă substituentul în alt compus:

Două tipuri de reacţii conjugate de bază sunt propuse mai jos:Reacţiile conjugate

Formarea β -D-glucoronidelor

Sulfatarea

În cazul transferului acidului glucoronic din molecula donor acid uridindifosfoglucuronic (UDFG) în substanţe acceptoare pe calea reacţiei fermentative se formează glucoronidele. Grupe funcţionale, ce primesc această parte a moleculei donor, pot fi alcoolii alifatici, aromatici şi acizii carboxilici.Acizii mercapturini se formează după un lanţ mai complicat de reacţii consecutive. La prima etapă compusul exogen sau metabolitul lui interacţionează cu glutationul- un tripeptid important, care intră în compoziţia multor celule. Hidroliza ulterioară a două grupe aminoacidice duce la formarea unui aminoacid în compoziţia căruia intră sulful-cisteina, care ulterior se acetilează cu formarea acidului mercapturic. Reacţiile conjugate pot decurge cu halogenurile, fosfaţii, epoxizii şi alchenele. O altă reacţie importantă a fenolilor şi a alcoolilor alifatici constă în formarea acidului sulfuric. În acest caz molecula-donor este 3'-fosfoadeno-5'-fosfosulfat (FAFS). Plantele sunt capabile deasemenea de a forma compuşi conjugaţi cu proteinele.

Clasificarea substanţelor toxice şi a intoxicaţiilor

Clasificarea substanțelor cu efecte toxice se efectuează pe principiile:

structură/proprietate chimică

efectul său asupra sănătății omului și a mediului

degradare/dezintegrare

răspândire.

În tabelul 1 este prezentat topul celor 20 de substanţe toxice şi periculoase realizat de Agenţia pentru Protecţia Mediului din America din cele 275 de substanţe considerate importante pentru sănătatea oamenilor şi a mediului.

Tabelul 1 Substanţe toxice şi periculoase (sursa Agenţia de Protecţia Mediului USA, 2003)

Nr. crt. Substanţa Sursa, provenienţa

1 Arsen Lemnul tratat

2 Plumb Vopseluri, benzină

3 Mercur Arderea cărbunilor

4 Clorură de vinil Utilizarea industrială a plasticului

5Bifenil policloruraţi (PCBs)

Impermeabilizarea instalaţiilor electrice

6 Benzen Benzină, industrie

7 Cadmiu Baterii

8 Benzo(a)piren Incinerare deşeuri

9Hidrocarburi policiclice aromate

Combustie

10 Benzo(b)fluorantren Carburanţi

11 Cloroform Purificarea apei, industrie

12 DDT Pesticide

13 Aroclor 1254 Plastice

14 Aroclor 1260 Plastice

15 Tricloroetilenă Solvenţi

16 Dibenzen(a,h)antracen Incinerare

17 Dieldrin Pesticide

18 Crom hexavalent Vopseluri, agenţi anticorozivi

19 Clordan Pesticide

20 Hexaclorobutadienă Pesticide

Care este efectul toxinelor asupra oamenilor? Formaldehida este un bun exemplu al unei substanţe chimice larg utilizate care este un sensibilizator puternic al sistemului imunitar. Fiind folosit la produse din plastic, lemn, lipici, la impermeabilizare, concentraţia de formaldehidă în aerul din spaţiile interioare poate fi de sute de ori mai mare decât cea din aerul exterior. Unii oameni suferă de ceea ce se numeşte sindromul răului de clădiri: dureri de cap, alergii, oboseală cronică, cauzate de o slabă ventilare a aerului interior contaminat cu fungi, monoxid de carbon, oxid de azot, formaldehidă şi alte substanţe chimice toxice eliberate din covoare, materiale utilizate pentru impermeabilizări, plastice, materiale de construcţii şi alte surse.

Substanţele teratogene sunt substanţe chimice sau alţi factori care produc anomalii în timpul dezvoltării şi creşterii embrionare. Unii compuşi care altfel nu sunt periculoşi pot cauza

probleme tragice în această etapă sensibilă a vieţii. Se consideră că cel mai răspândit teratogen din lume este alcoolul. Cosumarea de alcool în timpul sarcinii poate duce la un sindrom care presupune apariţia mai multor simptome: anomalii craniofaciale, întârziere mentală, probleme de comportament.

Alergenii sunt substanţe care activează sistemul imunitar. Unii alergeni acţionează direct ca antigeni, fiind recunoscuţi ca substanţe străine de celulele albe din sistemul sangvin şi stimulează producerea unor anticorpi specifici (proteine care recunosc şi se leagă de celule sau substanţe chimice străine organismului). Alţi alergeni acţionează indirect prin legarea şi modificarea chimică a substanţelor străine astfel încât ele devin antigeni şi determină un răspuns imun.

Neurotoxinele sunt o clasă specială de substanţe care atacă în mod specific celulele nervoase – neuronii. Sistemul nervos este aşa de important în coordonarea şi reglarea activităţii organelor încât întreruperea acestor activităţi cauzează numeroase daune. Modul de acţiune al neurotoxinelor poate diferi. Substanţele precum plumbul şi mercurul omoară celulele nervoase şi provoacă daune neurologice permanente. Anestezicele (eterul, cloroformul) şi hidrocarburile clorinate (DDT, Dieldrin, Aldrin) rup membrana celulei nervoase necesară pentru activitatea nervilor. Substanţele organofosforice (Malation, Paration) şi carbamaţii (carbaril, zeneb, maneb)

inhibă enzima acetilcolinesteraza care reglează transmiterea semnalului între celulele nevoase şi ţesuturi sau organe. Majoritatea substanţelor neurotoxice prezintă toxicitate acută şi foarte mare. În prezent mai mult de 850 de compuşi sunt consideraţi neurotoxici.

Substanţele carcinogene sunt substanţe care cauzează cancerul – celule invazive cu creştere necontrolată care duc la apariţia de tumori maligne. Rata cancerului a crescut în majoritatea ţărilor industrializate în secolul XX, în SUA fiind acum a doua cauză care duce la deces. În anul 2000 de exemplu au murit mai mult de jumătate de milion de oameni.

Substanţele mutagene sunt agenţi chimici şi fizici care distrug sau alterează materialul genetic (ADN) din celule. Acest lucru poate duce la apariţia de malformaţii la nou născuţi dacă acţionează şi produc daune în timpul creşterii embrionare sau fetale, iar dacă acţionează în timpul vieţii pot determina apariţia unor tumori. Atunci când daunele se produc în celulele reproductive (sexuale) sunt transmise generaţiei următoare. Celulele au mecanisme de reparare care detectează şi refac materialul genetic deteriorat, dar unele modificări survenite pot fi ascunse sau nu pot fi reparate.

Riscurile biologice generate de impactul antropic asupra ecosistemelor

Riscurile biologice generate de impactul antropic asupra ecosistemelor sunt practic de două tipuri: directe (rezultând o creştere directă a pericolelor biologice pentru om, animale şi plante) şi mediate (rezultând dintr-o creştere a pericolelor biologice pentru om, animale şi plante datorită unor procese în care este implicat solul).

In cele ce urmează de vor folosi următoarele definiţii:

daună - deteriorare fizică sau vătămare adusă sănătăţii oamenilor sau pagubă adusă unei proprietăţi sau mediului înconjurător

pericol - sursa potenţială de daune

risc - combinaţie a probabilităţii de incidenţă a unei daune şi gravitatea acestei daune

pericole biologice - (inhalare, ingestie sau contact cu agenţi biologici dăunători), respectiv patogeni sau alergeni.

agenţi biologici dăunători - microorganisme sau produse ale lor care produc boli ale omului, animalelor sau plantelor.

Scenariile de expunere luate în considerare sunt:

�pericole care se referă la siguranţa omului;

�pericole care se referă la mediul înconjurător (faună, floră, sol, apă, aer);

�pericole care se referă la sănătatea şi creşterea plantelor de cultură.

Riscurile biologice directe ale activităţilor economice sunt cele care rezultă din subprodusele industriei alimentare, din activitatea de gestionare a deşeurilor organice pentru realizarea de composturi destinate ameliorării solurilor şi mai ales din activitatea de utilizare efectivă a amelioratorilor de sol rezultaţi prin compostarea diferitelor deşeuri organice.

URS TEORETIC

Exemple de transformări metabolice. Cinetica.

În lecţia precedentă au fost descrise un şir de reacţii, prin intermediul cărora organismele transformă compuşii exogeni. Pentru o substanţă cu o structură cunoscută într-o măsură oarecare este posibil de presupus tipurile transformărilor biologice. Pentru o substanţă sunt posibile un şir întreg de transformări posibile, iar nivelul de cunoştinţe al proceselor sus-numite în prezent nu este suficient pentru presupunerea precisă a reacţiilor, care prevalează în organismul dat. Deaceea informaţia precisă despre procesele descompunerii metabolice a compusului dat în organismele vii este nevoie de obţinut pe calea experimentală. Deobicei pentru aceasta utilizează compuşii, marcaţi cu izotopi radioactivi şi ulterior cercetează metaboliţii, care se formează în organism. Pe schema de mai jos noi propunem reacţiile transformării metabolice pentru paration (insecticid fosfororganic). În organism decurg un şir de reacţii, în acelaş rînd şi oxidarea, în urma cărora parationul se transformă în paraoxon, un compus cu mult mai toxic în comparaţie cu cel iniţial. În rezultatul reacţiilor de hidroliză se formează etanolul şi p-nitrofenolul şi în sfîrşit, fosfatul. Metoda de determinare a toxicităţii parationului p-nitrofenolului în urină. Transformările metabolice ulterioare constau în reducerea nitrogrupelor pînă la aminele corespunzătoare. Etapele principale ale transformărilor metabolice sunt propuse şi pentru insecticidul carbaril, derivat al acidului carbaminic. Un şir de reacţii succesive ne ilustrează obţinerea conjugaţilor sulfat şi glucoronid, cauzate de formarea grupelor hidroxilice în urma hidrolizei grupei funcţionale carbomatice sau hidroxilării nucleului naftalinei. Este demonstrat faptul formării derivaţilor dioxinei, ceea ce ne dă posibilitatea să presupunem că se formează un compus intermediar epoxid, care încă nu a fost eliminat.

Etapele transformării metabolice ale parationului 

Reacţiile descompunerii metabolice a carbariului

DDT este un compus însemnat pentru mediul înconjurător şi se consideră că el este foarte stabil în ceea ce priveşte descompunerea metabolică. Însă, conform reacţiilor propuse pe desenul de mai jos, DDT totuşi se descompune pe un şir de derivaţi. În fond, decurg reacţiile de eliminare a atomilor de clor din molecule, ca de exemplu, transformarea DDT în DDD, sau eliminarea HCl cu formarea DDE nesaturat. S-a constatat că DDE este un compus mai toxic decît DDT, plus la toate el metabolizează şi descompune cu o viteză mai mică.Aceste trei exemple nu pretind la descriere completă a tuturor tipurilor de reacţii consecutive. De exemplu, în unele sisteme microbilogice în urma descompunerii DDT se formează CO2 şi H2O, însă consecutivitatea precisă ale reacţiilor încă nu este stabilită. Este nevoie de subliniat faptul, că aproape orice compus organic poate metaboliza în organism şi deseori în urma unor reacţii metabolice consecutive complicate se formează un şir de metaboliţi. Gradul de acumulare a metaboliţilor în organism depinde de vitezele relative de formare a lor şi metabolizării ulterioare sau excluderii din organism. Metabolitul se acumulează în organism, dacă viteza formării lui este ralativ înaltă, iar reacţiile ulterioare decurg cu o viteză mai mică.

Cinetica

Factorul principal, ce determină gradul pericolului pătrunderii substanţei în mediul natural este viteza descompunerii lui în metaboliţi cu o structură mai simplă. Deaceea este necesar de cercetat căile utilizării cineticii chimice pentru estimarea vitezei transformărilor metabolice. E de dorit, în ideal, de a avea posibilitatea calculării vitezei de descompunere a substanţei, bazîndu-se pe datele despre structura lui şi proprietăţile sistemei în care ea se supune metabolizării. Însă cunoaşterea proceselor sus-numite nu a atins încă nivelul necesar şi depinde, în fond, de cercetarea lor experimentală. Cercetările cinetice tradiţionale de obicei includ cercetarea dependenţei vitezei reacţiei de concentraţia substanţei reactante.

Reacţiile descompunerii metabolice ale DDT

Pe baza analizei acestor date este posibil de determinat legea, ce dă posibilitatea de a calcula viteza reacţiei, reeşind din concentraţiile iniţiale ale reagenţilor separaţi. Cercetînd comportarea poluanţilor în

mediul extern, principalul este de a stabili viteza descompunerii substanţei date şi prezicerea caracterului dependenţei acestei viteze de concentraţia lui şi alţi parametri ai mediului extern.

Legile vitezei şi modelele cinetice

Sisteme omogene. Pentru procesul, ce degurge într-o singură fază (în gaz sau soluţie), ca în cazul procesului de hidroliză studiat mai sus, viteza reacţiei este determinată de frecvenţa ciocnirilor efective particulelor reactante. Legea vitezei se exprimă prin relaţia:

viteza descompunerii (-dc/dt) = k [A]n[B]m

ordinul reacţiei este egal cu suma indicilor (n+m+...). În multe cazuri, reacţiile sunt de ordinul întîi sau aproximativ primul ordin:

viteza descompunerii =kc

Aceasta are loc din cauză, că numai o singură substanţă posedă concentraţie limitată, iar alţi componenţi sunt în exces. Relaţia dintre concentraţia iniţială C0 şi concentraţia C1 peste un interval de timp t, după iniţierea reacţiei se descrie de următoarea relaţie:

Ct = C0e-kt sau lgCt = lgC0 - kt

Analiza datelor experimentale deobicei constă în reprezentarea graficului dependenţei logaritmului concentraţiei Ct de timp. Cum poate fi văzut din relaţia propusă, se obţine o linie dreaptă cu o înclinare egală cu k, separînd un fragment egal cu lgC0. Deaceea dacă cercetările experimentale corespund acestei relaţii liniare, atunci reacţia este de ordinul întîi şi putem determina constanta de viteză din desenul de mai jos.Pentru reacţiile de ordinul întîi viteza depinde liniar de concentraţie cu unghiul de înclinare egal cu constanta de viteză. În fiecare unitate de timp reacţoinează cantităţi egale de substanţă independent de concentraţia ei.

După dependenţa vitezei de temperatură putem determina energia de activitate a reacţiei concrete. Forma integrală a ecuaţiei lui Arenius:

lnk = -(Ea/RT) + lnA

legea constantă de viteză k cu temperatura; astfel, graficul dependenţei logaritmului constantei de viteză a reacţiei de valoarea inversă a temperaturii (1/T) ne dă posibilitatea de estimare a energiei ei de activare Ea din desenul de mai jos.

În ecuaţie R- constanta universală a gazelor. Profilul energetic al reacvţiei propus pe desen ilustrează noţiunea de energie de activare ca o mărime a barierei energetice, care trebuie să fie învinsă de reagenţi

în procesul reacţiei. E clar că cu cît este mai mare energia de activare, cu atît este mai mică constanta de viteză. Prin intermediul acestei relaţii pot fi prezise vitezele reacţiilor la diferite temperaturi, în cazul dacă energia de activare Ea a fost determinată mai înainte.

Reacţiile heterogene

Pentru a evidenţia relaţiile între viteza reacţiei şi concentraţiei, la timpul dat de procese putem să studiem un model simplu al reacţiei fermentative. Schema cea mai simplă a reacţiei catalizate de ferment (sistema Mihaelis-Menten) are forma:

unde S -substanţa (substratul), E- fermentul, ES- complexul fermentului cu substratul şi P- produsul final. Fermentul regenerează în urma reacţiei şi se participă din nou în procesul sus-numit. Trei valori k reprezintă constante ale vitezei de formare a complexului de către ferment şi substrat şi descompunerea complexului cu formarea produsului reacţiei. Viteza decurgerii acestei reacţii la diferite temperaturi este determinată de mărimea Ea:

viteza micşorării concentraţiei de substrat sau formarea produsului (v) = k2Et[S]/Km+[S] = Vmax[S]Km+[S]

Km -constanta pseudoechilibrului reacţiei de formare a complexului fermentului cu substratul, Et -concentraţia totală a fermentului îm sistemă.În cazul saturaţiei totale a suprafeţei accesibile a fermentului (sunt ocupate toate locurile active) se observă viteza maximă a reacţiei Vmax, egală cu k2Et. Forma mai generală a acestei relaţii este:

viteza = k1c/k2+c

unde k1- viteza maximă,obținută la ridicarea concentrației, k2- o constantă a pseudoechilibrului, ce indică la capacitatea substanței de a interacționa cu suprafața fermentului.

Spre deosebire de sistemul omogen suprafața fermentului poate fi saturată; în acest caz viteza reacției este maximă. Dacă concentrația substratului este foarte mică ([S]<<Km), atunci reacția este aproximativ de ordinul întîi:

V = (Vmax / Km)[S]

În acest caz constanta vitezeide ordinul întîi este egală cu Vmax / Km. În cazul concentrației mai înalte după atingerea vitezei maxime (Vmax) reacția se descrie de cinetica ordinului zero (viteza reacției nu depinde de ridicarea ulterioară a concentrației). Astfel, dacă cercetătorul este coenteresat în extrapolarea rezultatelor cercetării a unei sisteme pe alta, este necesar de a preciza tipul modelului cinetic,adevărate pentru condițiile în mediul înconjurător. De exemplu, dacă într-un sistem concret cu o cantitate anumită de substanță se detectă viteza optimă a descompunerii în sistema cu o concentrație mai înaltă de aceeași substanță. Răspunsurile la întrebarea dată, probabil, vor fi diferite, în dependență de tipul modelului cinetic acceptat.Dacă în sistemele cercetate reacția este de primul ordin, atunci, viteza reacției este direct proporțională cu concentrația substanței. Însă, dacă cercetăm un sistem

eterogen, atunci înainte de a face presupunere oarecare este nevoie de știut tipul dependenței vitezei de concentrația substanței date într-un diapazon larg.

Semiperioada. În relațiile ce descriu stabilitatea substanței în sol sau alte probe biologice, des se întîlnește membrul t1/2 - semiperioada substanței. Termenul de "semiperioadă" înseamnă perioada de timp, necesară pentru descompunereasau dispariția a jumătăți de substanță în procesul cercetat. Este important de-a nu confunda noțiunea de semiperioadă pentru procesul de ordinul întîi. În ultinul caz semiperioada e constantă și nemijlocit e legat cu constanta de viteză:

t1/2 =0,693/k

Deși procesele cinetice în condițiile naturale se pot aproxima pînă la cinetica de ordinul întîi este puțin probabil, că ele corespund reacțiilor monomoleculare și deaceea valorile obținute experimentale ale semiperioadelor deobicei depind de concentrație.

Factorii de toxicitate

Factorii de toxicitate reprezintă totalitatea condiţiilor de care depinde toxicitatea unei substanţe sau gradul său de nocivitate. Ei pot fi grupaţi în două grupe: factori de toxicitate dependenţi de substanţă şi factori de toxicitate dependenţi de animal.

Principalii factori de toxicitate din această categorie sunt reprezentaţi de proprietăţile fizico-chimice ale substanţei, de tipul de asociere şi doză.

Natura chimică

■ tipul combinaţiei: organică sau anorganică (ex. compuşii anorganici ai arsenului sunt mai toxici decât compuşii organici);

■ valenţa (ex. derivaţii arsenului trivalent sunt mai toxici decât derivaţii arsenului pentavalent; clorura mercurică este mai toxică decât clorura mercuroasă);

■ greutatea atomică şi moleculară (toxicitatea creşte în paralel cu greutatea atomică şi moleculară, ex. alcoolul butiric, cu GM 74, este mai toxic decât alcoolii propilic (GM 60), etilic (GM 46), sau metilic (GM 32);

■ structura chimică: substituirea unor atomi sau grupuri de atomi într-o moleculă modifică uneori toxicitatea. Ex. introducerea halogenilor în molecula hidrocarburilor determină creşterea toxicităţii: metanul (CH4) este inert, pe când clorura de metilen (CH2Cl2) şi tetraclorura de carbon (CCl4) sunt foarte toxice; fixarea unui atom de oxigen pe gruparea aminică scade toxicitatea, formându-se aminooxizi.

■ izomeria: izomerii levogiri sunt mai toxici decât cei dextrogiri; izomerii para sunt mai toxici decât cei meta şi decât cei orto; izomerul gamma al hexaclorciclohexanului este mai toxic decât ceilalţi.

Starea de agregare şi mărimea particulelor

Starea lichidă favorizează absorţia, crescând gradul de toxicitate. Substanţele gazoase, datorită absorţiei rapide, în special pe cale respiratorie, au un grad crescut de toxicitate. La toxicele solide, toxicitatea

depinde de forma sub care se găsesc, amorfă sau cristalină (cele amorfe, fiind mai solubile, sunt mai uşor absorbabile şi, ca urmare, mai toxice). Pesticidele fine, datorită dispersiei avansate, sunt mai toxice.

Solubilitatea

Substanţele solide care nu se solubilizează în apă sau lipide sunt lipsite de toxicitate. Absorbţia şi difuziunea toxicelor este influenţată de coeficientul de partaj (coeficientul de repartiţie lipide/apă). Cel mai bine se absorb moleculele care au coeficient de partaj mediu. Pentru substanţele hidrosolubile toxicitatea este proporţională cu gradul de solubilitate:

arseniţii, mai solubili, sunt mai toxici decât anhidrida arsenioasă; sărurile de bariu solubile sunt mai toxice decât sulfatul de bariu insolubil. Pentru toxicele care pătrund pe cale cutanată, toxicitatea depinde atât de liposolubilitate, cât şi de hidrosolubilitate.

Concentraţia

Influenţa acestui factor este vizibilă la substanţele gazoase. Prezintă o deosebită importanţă produsul C × T, care constituie constanta lui d`Haber (C=concentraţia; T=durata de acţiune). Concentraţia influenţează şi toxicitatea substanţelor care se prezintă sub formă de soluţie (ex. acidul sulfuric concentrat este coroziv, iar cel diluat 2–3% este o limonadă acidă cu

utilizare terapeutică).

Starea de ionizare

Forma ionizată a substanţelor nu se absoarbe decât în foarte mică măsură sau deloc. Starea de ionizare depinde de pH-ul şi pK-ul substanţei. Formula lui Henderson-Hasselbach stabileşte relaţia dintre gradul de ionizare (pH) şi constanta de disociere (pK):

pK acizi = pH + log CiCni

pK baze = pH + log CniCi

unde:pK = constanta de disociere

Cni = concentraţia componentei neionizate

Ci = concentraţia componentei ionizate

De exemplu, barbituricele şi alcaloizii se găsesc în formă ionizată sau neionizată în funcţie de pH şi pK. Pentru barbiturice, creşterea pH-ului determină trecerea de la forma liposolubilă la cea hidrosolubilă (ionizată) şi scade gradul de absorbţie. pH-ul scăzut, din stomac, favorizează existenţa formei liposolubile (neionizată) şi astfel absorbţia. Pentru alcaloizi, creşterea pH-ului determină trecerea din forma hidrosolubilă (ionizată) în forma liposolubilă (neionizată). Absorbţia se face bine în condiţiile de pH din duoden.

Solventul

Solventul influenţează toxicitatea fie prin acţiunea toxică proprie (ex. solvenţii pesticidelor), fie prin favorizarea absorbţiei (situaţie care se întâlneşte atunci când nu se administrează antidoturi nespecifice sau purgative adecvate, de exemplu: lapte, purgative uleioase în intoxicaţia cu pesticide organoclorurate, organofosforice, fosfor etc.).

Originea

În funcţie de originea toxicelor (vegetală, animală, minerală, industrială) se pot întâlni situaţii specifice care influenţează toxicitatea. Astfel, la toxicele vegetale, toxicitatea este influenţată de părţile plantei care sunt consumate (de obicei toxicul se concentrează în rădăcini, seminţe), de stadiul vegetaţiei (principii toxici se găsesc în cantităţi mai mari în anumite faze ale vegetaţiei, de exemplu glicosizi cianogenetici, în porumb, în faza de lapte), de factorii

pedoclimatici şi meteorologici (în condiţii de secetă, în regiunile de stepă, în unele plante se concentrează glicosizi cianogenetici). La toxicele minerale, toxicitatea poate scădea prin învechire (ex. cianura de potasiu).

Asocierile de substanţe pot modifica activitatea acestora în sensul creşterii sau reducerii toxicităţii. Asocierile pot fi sinergice (cresc toxicitatea) sau antagonice (reduc toxicitatea).

Asocierile sinergice sunt de mai multe tipuri:

-prin însumare (ex. cocaina şi adrenalina);

-prin potenţare (ex. compuşii organofosforici cu substanţele parasimpatico-mimetice);

-prin favorizarea absorbţiei (ex. toxicitatea compuşilor pe bază de fosfor creşte dacă raţia este bogată în lipide).

Asocierile antagonice diminuează toxicitatea prin efectele de ordin fizic, chimic sau farmacodinamic care se produc. Antagonismul poate fi reversibil sau ireversibil. Un caz particular îl constituie antidotismul. De exemplu: taninurile precipită alcaloizii; compuşii colinergici sunt antagonizaţi de atropină; intoxicaţia cu cupru poate fi prevenită prin administrarea de molibden şi invers; cianura de potasiu în combinaţie cu glucoza este transformată în cianhidrină, produs netoxic.

Doza este unul dintre factorii de toxicitate cei mai importanţi. Caracterizarea toxicologică a unei substanţe administrate stabileşte prin:

• doza maximă tolerată (D.M.T.) – cantitatea cea mai mare de substanţă care este suportată de organism fără să apară fenomene toxice;

• doza letală (D.L.) – cantitatea minimă de substanţă care provoacă moartea unui animal adult;

Datorită variaţiilor individuale s-au introdus şi valorile:

• doza letală zero (D.L.0) – cantitatea de substanţă care determină fenomene toxice grave, dar nu letale;

• doza letală 50 (D.L.50) – cantitatea de substanţă care produce efecte letale la 50 din 100 animale de experienţă în 24-48 ore;

• doza letală 100 (D.L.100) – cantitatea de substanţă care produce efecte letale la toate animalele folosite în experimentul acut de toxicitate;

• dozele letale 75 şi 25 – sunt rar folosite;

• doza minimă letală (D.M.L.) – cantitatea minimă de substanţă care omoară un singur animal din lot;

• doza letală certă (D.L.C.) – cantitatea de substanţă care produce moarte animalelor în orice situaţie.

Substanţele toxice care pătrund pe cale respiratorie sunt caracterizate prin:

• concentraţia letală a toxicului în atmosferă (C.L.) – corespunde aproximativ dozei letale şi se exprimă în ppm (mg/m3);

• concentraţia letală 50 (C.L.50) – cantitatea de toxic (mg/m3 aer) care produce moartea a 50% din animalele de experienţă în decurs de 4 ore;

• concentraţia letală 100 (C.L.100) – cantitatea minimă de toxic (mg/m3 aer) din aerul respirat de animalele de experienţă care provoacă 100% mortalitate.

În cazul medicamentelor se raportează DL50 la DE50 (doza terapeutică efectivă 50) şi se obţine indicele terapeutic (I.T.). Dacă indicele terapeutic este mai mare sau egal cu 10, medicamentul respectiv nu prezintă pericol la doze uzuale, iar dacă este mai mic de 10, este necesar să fie folosit cu precauţie.

Datorită diferenţelor mari ale dozelor toxice, Hodge şi Sterner au clasificat substanţele după DL50 (exprimată în mg/kg) în administrarea orală la şobolani (clasificarea este acceptată şi în prezent), astfel:

-extrem de toxice (sub 1 mg/kg);

-foarte toxice (1-50 mg/kg);

-moderat toxice (50-100 mg/kg);

-puţin toxice (500-5000 mg/kg)

-practic netoxice (5000-15000 mg/kg);

-relativ lipsite de toxicitate (peste 15000 mg/kg).

Dozele toxice variază în funcţie de specie (dacă se consideră doza toxică 1 la câine, aceasta va fi 2-5 la suine, 5 la ovine, 10 la cabaline, 12-15 la taurine), vârstă (la animalele tinere doza scade cu 1/8–1/4 din doza pentru un animal adult).

Factorii de toxicitate dependenţi de animal sunt: specia, rasa, vârsta, greutatea corporală, sexul, gradul de plenitudine a tubului digestiv, regimul alimentar, starea de întreţinere, starea de sănătate, predispoziţia, sensibilitatea individuală.

Speciile reacţionează diferit la acţiunea toxicelor. De exemplu, caii şi câinii sunt mai puţin sensibili la morfină decât omul; morfina acţionează analgetic la om şi câine, dar excitant la pisică; erbivorele sunt sensibile la acţiunea toxicelor metalice; caii sunt mai sensibili la digitală; bovinele sunt mai sensibile la cloroform; câinii sunt sensibili la sărurile de mercur, la cantaridă; pisicile sunt sensibile la fenol, benzol; iepurii sunt rezistenţi la atropină; oile pot consuma brânduşa de toamnă; vacile sunt sensibile la brânduşa de toamnă; cabalinele sunt sensibile la fenotiazină; rumegătoarele mici sunt sensibile la cupru; păsările sunt rezistente la cantaridă; feriga masculă produce intoxicaţii grave la cabaline, dar nu şi la rumegătoare.

Rasa influenţează evident toxicitatea. În general, rasele perfecţionate sunt mai sensibile decât cele primitive (excepţie: oile din rasa Merinos sunt mai rezistente la intoxicaţia cu cupru). Şobolanii albi sunt

mai rezistenţi decât şobolanii cenuşii; rasa Friză este mai sensibilă la gosipolul din turtele de bumbac decât rasa Jersey; câinii de rasă Chaw-chaw tolerează morfina şi sunt rezistenţi la barbiturice.

Animalele foarte tinere şi cele senile sunt mai sensibile la acţiunea toxicelor. La animalele mai tinere se explică prin metabolizarea mai lentă din cauza activităţii scăzute a unor sisteme enzimatice (de conjugare cu sulfatul, cu acidul glucuronic, de acetilare). La animalele senile, deficitul de metabolizare se datorează afectării morfofizologice a principalelor organe de metabolizare (ficatul şi rinichii), afectare generată de vârstă.

În cadrul aceleiaşi specii, un animal mic necesită o cantitate mai mare de toxic pentru a răspunde în acelaşi mod cu unul mai mare, deoarece procesele de ardere şi de eliminare sunt mai mari.

Femelele sunt mai sensibile. Gradul de toxicitate se corelează cu metabolizarea. Astfel, de exemplu, stricnina la şobolanii femele este detoxifiată mai lent în microzomii hepatici decât la şobolanii masculi; parationul este metabolizat mai rapid în paraoxon (metabolit foarte toxic) la femele, comparativ cu şobolanii masculi. Diferenţele de sensibilitate şi metabolizare apar la pubertate, ceea ce conduce la presupunerea că sunt dependente de hormonii sexuali. În spijinul acestei ipoteze vin şi constatările că prin castrare masculii devin mai sensibili la acţiunea toxicelor şi că administrarea de testosteron femelelor duce la mărirea rezistenţei acestora.

Absorbţia şi, deci, toxicitatea, sunt cu atât mai mari cu cât tubul digestiv este mai gol. Conţinutul alimentar influenţează toxicitatea prin interacţiunea cu substanţele, determinând fenomene fizice de absorbţie sau solubilizare, precum şi fenomene chimice ca precipitarea şi neutralizarea (exemple: solubilizarea fosforului de către substanţele grase, precipitarea

alcaloizilor de către taninii alimentari).

Regimul alimentar poate proteja faţă de toxice sau poate accentua toxicitatea. Regimul hipoproteic, prin scăderea sintezei enzimelor microzomale de detoxicare prin aport redus de azot, creşte toxicitatea organocloruratelor, organofosforicelor, erbicidelor (diuron, monuron).

Regimul hiperproteic protejează ficatul animalelor (de exemplu, a celor care au fost tratate cu cantităţi mici de aflatoxină) şi detoxificarea se face mai rapid. Atât regimul lipsit de lipide cât şi cel hiperlipidic scad activitatea enzimelor microzomale (de exemplu, a celor care metabolizează hexo-barbitalul), crescând toxicitatea. Regimul hiperglucidic creşte toxicitatea pesticidelor prin influenţa negativă asupra digestiei şi absorbţiei aminoacizilor, dar are un efect benefic în intoxicaţiilor cu uree, cianuri.

Aportul vitaminic influenţează toxicitatea datorită rolului de cofactori ai enzimelor de metabolizare a toxicelor. Vitamina B2 protejează organismul împotriva efectului cancerigen al dimetilamino-azobenzenului, deoarece reductaza care-l detoxifică este dependentă de vitamina B2; vitaminele complexului B au efect protector în intoxicaţia cu plumb.

Aportul mineral influenţează toxicitatea în unele cazuri. Regimul alcalin creşte toxicitatea lupinului, regimul declorurat favorizează absorbţia bromurilor, aportul de seleniu scade toxicitatea mercurului, carenţa în calciu favorizează intoxicaţia cu tetraclorură de carbon, creşte toxicitatea plumbului, aportul de factori lipotropi cresc capacitatea detoxifiantă a ficatului.

Animalele cu leziuni organice, în special hepatice, datorită reducerii vitezei de metabolizare şi renale, datorită reducerii ratei de eliminare, sunt mai sensibile. Deshidratarea creşte sensibilitatea la compuşii

hidrosolubili de plumb, seleniu, datorită scăderii ratei de metabolizare în microzomii hepatici, fără să scadă cantitatea de proteine microzomale.

Predispoziţiile individuale sunt determinate de starea sistemului nervos şi a sistemului neuro-endocrin. De exemplu: oboseala, distonia neurovegetativă cresc sensibilitatea la acţiunea toxicelor; tiroidectomia creşte sensibilitatea iepurelui la arsenobenzol, suprarenalectomia creşte

sensibilitatea şobolanilor la morfină, veratrină (suprarenala intervine în producerea de glutation care este un factor important în oxido-reducere, deci detoxifiere).

Hipo sau hipersensibilitatea individuală pot fi congenitale sau câştigate. Hipersensibilitatea congenitală (idiosincrazie) este de ordin individual sau familial şi reprezintă susceptibilitatea exagerată a unor indivizi la anumite substanţe ca: sulfamide, antibiotice, iod, ioduri, chinină. Se datorează unor deficienţe enzimatice şi se manifestă sub formă de erupţii cutanate, cistite, corize. Hipersensibilitatea dobândită (anafilaxia) se datorează unui proces de imunitate dobândită în urma introducerii în organism a unor cantităţi mici, dar repetate de toxice vegetale (ricin) sau animale (veninuri) care au proprietăţi antigenice. Există şi substanţe neproteice (arseno-benzenii, antipirina, coloranţii azoici) care se cuplează cu proteinele şi le conferă acestora proprietăţi antigenice. Se manifestă clinic prin reacţii epidermice sau intradermice, edeme, rinită, astm, dureri articulare, induraţii limfonodulare, periartrite, inflamaţii viscerale. Cea mai gravă manifestare este şocul anafilactic care poate să apară la câteva minute de la administrarea substanţei şi, în plus faţă de simptomele precizate anterior, se constată pierderea cunoştinţei, colaps, moarte. Hiposensibilitatea congenitală este legată de specie, rasă, factori genetici şi individuali.

De exemplu, hiposensibilitatea iepurelui la atropină, hiposensibilitatea puilor la cantaridă. Aceste specii dispun de mecanisme enzimatice care distrug toxicul. Hiposensibilitatea dobândită este consecinţa diferitelor mecanisme, precum obişnuinţa (apare ca urmare a administrărilor repetate – fenomenul de mitridatism, care determină formarea în tubul digestiv a unor bariere de absorbţie, de exemplu pentru arsen, sau se produce o adaptare la toxic, de exemplu celula nervoasă se adaptează la morfină), filaxia (reprezintă protecţia organismului faţă de o substanţă sub acţiunea altei substanţe, de exemplu, sparteina este filactizantă faţă de veninul de viperă), imunitatea (se instituie faţă de toxicele cu proprietăţi antigenice: ricina, veninul de şarpe, veninurile animale).

Lecţia 5. Microorganismele din sol.

Atragem o deosebită atenţie la transformările metabolice ce decurg în prezenţa microorganismelor din două motive: 1-efectuează unele reacţii, care nu decurg in organismele superioare; 2-funcţionează în sol, acest „colector” al majorităţii substanţelor toxice din mediul înconjurător, în special acelor, ce posedă solubilitate redusă. Varietatea populaţiilor microorganismelor din sol pentru a-i descompune, sunt factorii de bază în menţinerea circuitului carbonului în biosferă şi micşorarea nivelului poluării.

Ruperea lanţului aromatic

Microorganismele cauzează majoritatea, dacă nu toate, tipurile reacţiilor cercetate mai sus reacţiile oxigenazei, hidroliza ş.a. Însă capacitatea lor de a ataca inelul aromatic este unicală. Despre alte sisteme,

capabile de a efectua procesul de mai sus, de exemplu de plante, este prezentă doar informaţie fragmentară.

Tendinţa de bază a proceselor metabolice în organismele animalelor soperioare constă în micşorarea complicităţii moleculei, întroducerea în ea în cazul necesităţii substituenţilor polari şi ulterior ridicarea solubilităţii în apă prin intermediul conjugării încă pînă la excluderea din organism. Dacă nu ar fi fost mecanisme de transformare a acestor compuşi aromatici, am putea fi aşteptat acumularea lor în mediul extern. Pentru punerea inelului benzenic de microorganisme este necesar, ca inelul aromatic să posede minimum doi sunstituenţi hidroxili în poziţiile orto- sau para-. Aceşţi substituenţi se pot întroduce în inel în urma reacţiilor oxigenazei sau oxidării duble, în urma cărora în inelele aromatice se introduc doi atomi de oxigen. Ruerea inelului decurge deasemenea în cazul participării fermentului deoxigenazei, ce asigură în dependenţă de tipul fermentului concret scindarea orto- sau para-.

Scindarea orto- şi meta- a picocatelinei cu diferite deoxigenaze

Unele exemple a proceselor de scindare meta- se propun pe reacţiil de mai jos. În reacţiile consecutiveacizii dicarbonilici formaţi în urma ruperii inelului aromatic, se transformă în compuşi, capabili de a se include în procesele metabolice naturale din organism, în urma cărora se transformă în CO2. La diverse specii de microorganisme s-a constatat posibilitatea şi decurgerea reacţiilor de scindare a inelului aromatic. Deobicei, se constată, că aşa procese sunt selective, deaceea diversitatea transformătilor deferitor clase de compuşi de ecosistema din sol este determinată de diversitatea populaţiilor de microorganisme din sol, dar nu de universalitatea unei oarecare specii de microorganisme. Acţiunii microbilor se supun deferiţi compuşi aromatici, inclusiv bifenilul şi compuşii cu nucleele condensate - naftalina, fenantrenul, antrcenul.

Exemple a diversilor procese de meta- scindare

Apare întrebarea : "de ce pentru microorganismele din sol este importantă această capacitate specifică?" Va fi nevoie de amintit, că doi biopolimeri cei mai răspîndiţi- celuloza şi lignina sunt componenţi a ţesuturilor lemnoase . Lignina reprezintă un polimer cu structură complicată, conţinînd cîţiva compuşi aromatici, unii din ei sunt reprezentaţi mai jos:

S-a calculat, că anual1,5·1010 t de CO2 se transformă în lemn. Deaceea pentru menţinerea circuitului carbonuluiîn biosferă este important ca să fie prezent un oarecare mecanism de transformare a ligninei invers în CO2.

Reacţiile de metilare

Pentru activarea metabolică normală majoritatea organismelor trebuie să transforme fragmente de molecule cu un atom de carbon. Aşa fragmente reprezintă des grupe metilice. De exemplu, aminoacidul metionina este scindat de microorganisme pe calea adiţiei grupei metilice la homocisteină. Nu demult s-a demonstrat, că microorganismele pot utiliza reacţiile de metilare pentru transformarea metalelor în compuşi metalorganici. O importanţă deosebită este capacitatea unor microorganisme de a transforma ionii de hidrargium în metil- şi dimetilhidrargium

Organismele, capabile de a efectua aceste reacţii în procesele sale metabolice utilizează transmetilarea, formînd aşa compuşi ca metanul. În aceste sisteme pot reacţiona şi metalele. Pentru activitatea vitală a microorganismelor răspunzătoare de aceste reacţii este necesar mediul reducător. Metilhidrargiumul se formează la valorile pε, destule pentru creșterea organismelor însă insuficiente pentru formarea sulfidului de mercur (pε- capacitatea oxido-reducătoare a mediului extern concret, pε =-lg[e]). E necesar de remarcat, că viteza formării dimetilhidrargiumuluide cîteva mii de ori este mai joasă decît viteza formării metilhidrargiumului. Însă dimetilmercurul este o substanță volatilă și se poate evapora din mediul acvatic, în care ea s-a format. Alte organisme sunt capabile din nou să transforme metilmercurul în mercur elementar. Importanța acestor reacții în determinarea comportării mercurului în mediul ambiant în mod schematic este reprezentat pe desen:

Circuitul biologic al hidrargiumului

Majoritatea transformărilor decurg în sistemele microbice. E nevoie de evidenţiat şi alţi doi factori: 1-mercurul elementar este destul de volatil şi uşor se evaporă din mediul acvatic; 2-dimetilmercurul în procesele fotochimice se poate descompune pînă la mercur elementar şi hidrocarburi. Importanţa proceselor de metilare ne putem închipui, doar clarificînd rolul biologic al metilmercurului, în special în comparaţie cu mercurul neorganic. Metilmercurul aproape complet se absoarbe de organism şi în mod neînsemnat se elimină din el. În urma acţiunii asupra organismului cu metilmercur chiar şi în concentraţii joase, conţinutul ei în ţesuturi poate să crească. Mercurul neoragic , împortrivă, foarte slab se absoarbe de organism. Metilmercurul se distribuie în toate ţesuturile pe cînd mercurul elimentar se acumulează, în special, în ficat şi rinichi. Metilmercurul este neurotoxic foarte puternic. Astfel, în urma reacţiilor de metilare orice formă de mercur, pătrunzind în mediul ambiant, se poate transforma în metilmercur, care ulterior se poate concentra în organisme. Mercurul determinat în peşte se află sub formă de metilmercur. Din cauza imposibilităţii determinării acestor transformări au apărut probleme serioase de poluare a mediului cu mercur. În cîteva cazuri problema a devenit acută în urma intoxicării şi decesul oamenilor. mercurul, de obicei, este considerat relativ inert: potenţialul de reducere a mercurului este destul de pozitiv, ce indică la stabilitatea ei la oxidare şi formarea formei ionice. Dacă compuşii mercurului şi se formează, că mercurul din mediul extern nu va poseda activitate biologică deosebită. Capacitatea microorganismelor de a transforma mercurul în metilmercur schimbă complet perspectiva dată. Contrafactorul sau confermentul ce participă la transferul grupei metilice la ionul de mercur, este metilcorinoida- substanţă, ce conţine vitamina B12. Din confactorii biologici ce transportă grupele metilice, aceasta este unicul confactor, care transferă grupe metilice sub forma de CH3

- . Pe baza cunoaşterii condiţiilor decurgerii procesului de metilare putem, într-o măsură oarecare de a clarifica capacitatea altor metale de a participa la reacţia dată. Staniul, paladiul, platina, aurul, argintul şi taliul deasemenea se pot supune metilării, pe cînd plumbul, cadmiul şi zincul nu sunt capabili de a participa la reacţia dată. Această concluzie se bazează pe faptul că alchilii plumbului, cadmiului şi zincului în soluţii apoase sunt nestabile şe deasemenea prin aceea, că vitamina B12 nu transferă grupele metilice la elementele date. Evident că posibilitatea acestor metale de a participa în procesele metabolice şi a se

transforma în compuşi metalorganici e nevoie de luat în consideraţie în cazul preţuirii importanţei lor potenţiale pentru mediul extern.

Adaptarea

La unele organisme superioare viteza transformărilor metabolice a substanţelor exogene se ridică în urma acţiunii a unora din ei asupra organismului. Aşa o reacţie a organismului a obţinut denumirea de inducţie şi e cauzată de creşterea activităţii fermenţilor, ce se ocupă cu metabolismul substanţelor exogene. o reacţie analoago s-a observat la populaţiile microorganismelor din sol: viteza descompunerii chimicatului dat poate creşte, dacă proba de sol în prealabil de prelucrat tot cu aceeaş substanţă. O astfel de creştere a vitezei de descompunere poate urma după sine micşorarea intervalului de timp pîmă la apariţia activităţii microorganismelor şi creşterea vitezei de descompunere a compusului. Aceasta nu este un fenomen general, deoarece el se observă nu pentru substanţele cercetate. Însă în unele cazuri reacţia de răspuns a organismului poate fi considerabilă. Fenomenul reacţiei de răspuns a organismelor este cercetat incomplet

Comportarea toxicelor în organism (toxicocinetica)

Căile uzuale de pătrundere a toxicelor în organism sunt cele naturale:

• calea digestivă: consum de plante toxice, de apă cu conţinut de substanţe toxice, de furaje contaminate cu toxice sau toxine;

• calea respiratorie: pentru toxicele volatile, toxicele gazoase, toxicele sub formă de aerosoli;

• calea cutanată şi a mucoaselor aparente: tratamentul cutanat cu substanţe

potenţial toxice, contactul accidental;

Căile parenterale constituie mai rar căi de pătrundere a toxicelor. Pe aceste căi intoxicaţiile se pot produce prin supradozarea medicamentelor, administrarea pe căi neuzuale, injectarea frauduloasă. Majoritatea intoxicaţiilor se datorează pătrunderii pe căi multiple.

Absorbţia toxicelor reprezintă trecerea acestora din mediul extern în sânge sau limfa circulantă. Absorbţia substanţelor toxice, cu toată varietatea structurală a acestora, este guvernată de legi comune. Ea presupune transportul prin membrane, proces guvernat de anumite legi. Absorbţia se face prin difuziune simplă (transport pasiv) şi transport activ.

Difuziunea simplă are la bază permeabilitatea selectivă a membranei şi se produce, în general, fără consum de energie, reprezentând cel mai frecvent mecanism de transport prin membrane biologice. Dintre toxicele care se absorb prin mecanismul difuziunii simple se pot menţiona: halogenii, derivaţii gazoşi ai sulfului, azotului, fosforului, arsenului, sulfura de carbon, alcoolul etilic, eterul etilic, fenolul, tetraclorura de carbon etc..

Transportul activ se realizează împotriva gradientului de concentraţie, cu consum de energie. În toxicologia clinică, transportul activ este prezent doar pentru un număr restrâns de toxice absorbabile

pe cale digestivă şi excepţional, pentru cele care pătrund transcutanat sau pe cale pulmonară. Prin transport activ se absorb: fluorurile, cloraţii, nitriţii, nitraţii, stibiul, plumbul, cuprul, cromul.

Absorbţia substanţelor toxice se face diferenţiat, în funcţie de segmentul tubului digestiv. Mucoasa orală are rol limitat în absorbţie datorită tranzitului rapid. Prin contact mai îndelungat prin gargarisme, badijonări, s-ar putea produce intoxicaţii. Mucoasa sublinguală este

cea mai propice absorbţiei. Substanţele care se absorb pe această cale (de exemplu, cocaina, nicotina, cianura de potasiu) evită bariera hepatică şi detoxificarea lor este limitată.

Mucoasa esofagiană nu prezintă importanţă pentru absorbţia toxicelor. Doar la păsări, dacă este lezionată mucoasa ingluvială, este posibilă absorbţia şi, ca urmare, intoxicaţia.

Mucoasa prestomacelor este propice absorbţiei. Absorbţia este dependentă de pH-ul mediului şi de pK-ul substanţei. Aşa cum s-a mai precizat, relaţia dintre pH şi pK este favorabilă absorbţiei atunci când predomină componenta neionizată (ecuaţia lui Henderson-Hasselbach).

De exemplu, amoniacul din rumen se găseşte predominant sub formă ionizată, absorbţia lui fiind redusă. În condiţii de aport crescut de uree, în urma hidrolizei acesteia, rezultă cantităţi crescute de amoniac care determină creşterea pH-ului ruminal şi, ca urmare, creşterea concentraţiei componentei neionizate, deci a absorbţiei, ceea ce duce la apariţia fenomenelor clinice de intoxicaţie.

Mucoasa gastrică permite absorbţia anumitor toxice. Absorbţia este posibilă pentru componentele neionizate şi este, ca şi în cazul absorbţiei din prestomace, dependentă de pH şi pK. La un pH puternic acid se absorb acizii slabi, dar nu se absorb bazele tari.

Absorbţia în stomac este influenţată şi de conţinutul gastric. Astfel, acidul clorhidric precipită sărurile metalelor grele, transformă parţial cianurile în acid cianhidric, neutralizează unele substanţe bazice, precipită unele emulsii etc.. Conţinutul gastric diluează toxicul. În cazul

în care stomacul este lipsit de furaje, unele toxice, datorită efectului lor iritant, provoacă voma şi astfel se produce expulzarea toxicului.

Mucoasa intestinală, datorită suprafeţei mari şi a vascularizaţiei bogate, are mare capacitate de absorbţie. Cea mai eficientă este mucoasa intestinului subţire, dar la ierbivorele monogastrice se realizează absorbţia şi în intestinul gros. Mucoasa rectală este propice pentru substanţele biologic active, absorbţia se face pe cale sanguină şi pe cale limfatică, evitându-se bariera hepatică.

Absorbţia prin mucoasa intestinală este influenţată de pH şi pK (se absorb bine componentele neionizate), de motilitatea intestinală (diareea reduce absorbţia, constipaţia o favorizează), de componentele conţinutului intestinal (mucina reduce absorbţia; sărurile biliare cresc absorbţia substanţelor hidrosolubile prin formarea de micelii şi scad absorbţia dacă dau produşi insolubili cu substanţele din alimente; prin prezenţa în cantităţi mari, sărurile biliare scad gradul de absorbţie, influenţează pH-ul, motilitatea intestinală, fluxul sanguin), de starea fiziologică şi morfologică a mucoasei digestive (substanţele chelatante, mobilizând calciul şi magneziul membranar, cresc permeabilitatea mucoasei digestive şi scad selectivitatea faţă de moleculele mari; modificările congestive sau trofice accelerează absorbţia).

Calea respiratorie este o cale severă de intoxicaţie, deoarece absorbţia toxicelor se face rapid, detoxificarea este diminuată, toxicele ocolind bariera hepatică. Excepţie fac toxicele activate hepatic (ex. parationul). Pe cale respiratorie se absorb toxicele volatile (cloroformul, eterul), toxicele gazoase (oxidul

de carbon, acidul cianhidric, bioxidul de sulf, hidrogenul sulfurat, amoniacul), produşii care sublimează, particulele fine de aerosoli (mai mici de 5 μ), pulberile metalice încărcate electric.

Mucoasele căilor respiratorii anterioare (nazală, traheală, bronhică) au importanţă redusă pentru absorbţie. În general, toxicele sunt expulzate prin tuse, strănut. Totuşi, contactul repetat poate duce la intoxicaţie (de exemplu, se pot absorbi sărurile alcaline ca iodura de sodiu, salicilatul de sodiu). Pulmonul are o mare capacitate de absorbţie datorită suprafeţei mari, structurii şi vascularizaţiei sale.

Absorbţia toxicelor prin pielea intactă este dificilă datorită structurii acesteia şi datorită stratului hidrolipidic. Pielea este considerată o barieră fiziologică faţă de particulele şi moleculele chimice străine. Există, totuşi, două posibilităţi pentru pătrunderea toxicelor în capilarele din dermă şi de aici în circulaţia generală şi anume transepidermic (pentru substanţele liposolubile cu coeficient de partaj mare) şi transfolicular (din sebum în glandele sebacee sau foliculul pilos şi de aici în dermă). Absorbţia transcutanată este favorizată de masaj (prin comprimarea foliculilor), de transpiraţie (prin dizolvarea toxicelor de pe tegument), de eroziuni (prin descoperirea circulaţiei limfatice a corionului), de solvenţii organici, substanţele keratolitice, detergenţi.

Transcutanat se pot absorbi substanţele gazoase şi volatile (hidrogenul sulfurat, oxidul de carbon, bioxidul de carbon, aldehida formică, acidul cianhidric), o serie de substanţe organice (hidrocarburile alifatice lichide de la C6 la C10; hidrocarburile aromatice, ciclice, terpenice; alcoolii, esterii: acetaţii, butiraţii; fenolii; solvenţii cloruraţi; insecticidele organofosforice, insecticidele organoclorurate; alcaloizii lichizi: nicotina etc.), substanţele minerale (direct sau după transformarea în contact cu acizii graşi din sebum – sărurile de taliu, unele săruri de mercur, de plumb, bismut, iodurile alcaline). În general, substanţele cu greutate moleculară mare traversează greu pielea, pe când toxicele cu greutate moleculară mică, liposolubile, neionice şi nepolare, străbat pielea mai uşor.

Seroasele pleurală, peritoneală, sinovială, datorită structurii lor (epiteliu parenchimatos subţire), permit absorbţia lichidelor introduse în cavităţile pe care le căptuşesc.

Mucoasa conjunctivală permite absorbţia toxicelor, iar acestea pătrunzând în circulaţie dau efecte generale. O serie de alcaloizi (cocaina, atropina, pilocarpina), insecticidele organofosforice (parationul), acidul cianhidric traversează mucoasa conjunctivală dând fenomene de intoxicaţie.

Placenta este permeabilă pentru gazele şi lichidele volatile (cloroform, eter, alcool), pentru unele substanţe hidrosolubile (chinină, antibiotice, morfină), pentru unele substanţe liposolubile (benzen, corticosteroizi, organoclorurate etc.), metale grele. Trecerea se face prin

difuziune simplă sau prin transport activ, în funcţie de natura substanţei şi/sau de structura placentei. Efectele traversării placentei sunt fenomenele toxice, avorturile, malformaţiile.

Calea intravenoasă permite absorbţia rapidă a toxicelor, substanţele evitând barierele gastrice şi intestinale.

Calea subcutanată. Substanţa fiind introdusă în ţesutul hipodermic, prin difuziune, ajunge în circulaţie şi îşi exercită efectul toxic.

Calea intramusculară asigură absorbţia mai rapidă a substanţelor decât cea subcutanată. Din muşchi, datorită vascularizaţiei bogate, prin difuziune, substanţele ajung în circulaţie. Cel mai rapid se absorb substanţele hidrosolubile.

Calea intrarahidiană. Pentru realizarea absorbţiei, substanţele trebuie să străbată bariera hematoencefalică, aceasta depinzând de coeficientul de disociere (substanţele puţin ionizate sau neionizate o străbat mai uşor) şi de liposolubilitate (substanţele liposolubile sunt avantajate).

După absorbţie, toxicele se distribuie în cele trei mari spaţii lichidiene ce constituie 70% din greutatea organismului: spaţiul vascular (5%), spaţiul intercelular (15%) şi spaţiul intracelular (50%).

După pătrunderea toxicelor în torentul sanguin sau în limfa circulantă, acestea rămân în aceste faze fie sub formă liberă (dizolvate în lichidul plasmatic), fie fixate pe eritrocite (de ex. plumbul), fie legate de proteinele plasmatice („vehicule plasmatice”). Legarea la proteinele plasmatice depinde de natura substanţei şi de specia animală. Tipurile de legături sunt: Van der Waals (labile), ionice, covalente (foarte puternice). Cantitatea de toxic legată depinde de concentraţia toxicului, afinitatea pentru locurile de fixare, capacitatea de cuplare disponibilă a proteinelor plasmatice. S-a constatat o competitivitate pentru locurile de cuplare între toxicele din acelaşi grup: acizii slabi între ei, bazele slabe între ele. Toxicele bazice dispun de mai multe locuri de cuplare decât cele acide. Dacă în organism pătrunde o substanţă toxică care are capacitate mai mare de cuplare decât una pătrunsă anterior, cea din urmă va elibera centrii de cuplare şi apare sub formă liberă. Această situaţie poate determina fenomene toxice (de exemplu, warfarina este cuplată masiv cu albuminele plasmatice, dar o substanţă acidă o poate deplasa şi trece în circulaţie). Capacitatea de cuplare pe proteinele plasmatice este mai redusă la animalele tinere sau la cele suferinde de afecţiuni hepatice. Cuplarea pe proteinele plasmatice are şi dezavantaje şi anume întârzie biotransformarea şi eliminarea toxicelor (de exemplu, cazul dieldrinului, benzenului, barbituricelor, dicumarolului etc.)

În organismul animal toxicele se găsesc libere şi cuplate, între cele două forme existând un echilibru dinamic. Difuzarea în ţesuturi se face sub formă liberă, partea cuplată reprezentând molecule prea mari pentru a ieşi din patul vascular.

Difuziunea depinde de natura substanţei, mărimea particulelor, vascularizaţia regiunilor corporale, localizarea receptorilor asupra cărora acţionează. Difuziunea poate fi uniformă în toate ţesuturile, sau electivă (determinată de diferenţele de permeabilitate ale membranelor celulare), iniţial în organele care corespund proprietăţilor lor fizico-chimice, apoi având loc redistribuirea la sediul acţiunii. Unele fracţiuni ale substanţelor toxice care au difuzat se fixează pe receptorii tisulari unde îşi exercită acţiunea biologică, iar alte fracţiuni se depozitează provizoriu sau, mai rar, definitiv în organe şi ţesuturi.

După Keberle, 1971 (citat de Cotrău, 1978), substanţele foarte liposolubile (anestezicele, hipnoticele, sedativele) realizează concentraţii mari în organele bogate în lipide şi bine vascularizate (creier, măduvă); substanţele lipofile bazice se concentrează în pulmoni, rinichi, suprarenale; substanţele lipofile slab acide se concentrează în ficat; bazele puternice şi compuşii puternic hidrofili realizează concentraţii superioare celor sanguine în ficat, rinichi, suprarenale.

Depozitarea substanţelor toxice se poate face în ţesutul adipos (insecticidele organoclorurate, solvenţii organici), în proteinele tisulare, pe grupări sulfhidrice (bismutul în rinichi, arsenul în piele şi ficat, mepacrina în ficat, pulmoni), în ţesutul osos (plumbul, stronţiul, bariul, calciul, fluorul, fosforul), în piele (aurul, argintul).

Cunoaşterea locurilor de depozitare prezintă importanţă pentru stabilirea diagnosticului. Astfel, modificările morfo-funcţionale din anumite organe se explică prin tropismul toxicelor pentru acestea. Din punct de vedere toxicologic, cunoaşterea sediilor de depozitare permite determinarea calitativă şi cantitativă a toxicelor exogene din diferite organe şi, în felul acesta, stabilirea diagnosticului (arsenul în

intoxicaţia acută se găseşte în tractusul digestiv, iar în intoxicaţia cronică în oase şi sistemul nervos; plumbul în intoxicaţia acută se găseşte în ficat şi rinichi, iar în intoxicaţia cronică în păr, salivă etc. practic în toate organele).

Din depozite, substanţele toxice se pot elibera lent, mai ales când sunt cuplate cu proteinele celulare sau brusc (de ex. toxicele liposolubile în caz de slăbire rapidă a animalelor sunt puse în circulaţia generală şi determină fenomene clinice).

Acumularea este un fenomen caracteristic toxicelor cu toxicitate mică, dar care se elimină lent sau greu. Se realizează prin pătrunderea repetată în organism a unor doze subtoxice, care prin acumulare realizează doza toxică şi declanşează manifestările clinice. Cauzele acumulării sunt

rezistenţa la biodegradare, stocarea „materială” şi „fiziopatologică” (însumarea efectelor dozelor mici, administrate repetat).

Dintre toxicele care prezintă fenomenul de acumulare se pot cita: compuşii organocloruraţi (DDT, Aldrin, Dieldrin), glicosizii cardiotonici digitalici, anticoagulantele orale etc. Sediul fixării substanţelor toxice poate corespunde acţiunii biologice (de exemplu, anestezicele în ţesutul nervos, arsenul în piele) sau să nu corespundă acesteia (stricnina şi nicotina în ficat, digitoxina în tubul digestiv). Deci, repartiţia substanţelor exogene în organism nu reflectă acţiunea lor specifică, fixarea făcându-se în mod preferenţial pe receptori (Valette, 1972, citat de Cotrău, 1978).

Biotransformarea (metabolizarea) este reprezentată de conversia enzimatică a toxicilor în metaboliţi mai polari, mai uşor excretabili şi mai puţin toxici (Cotrău si colab., 1991). Biotransformarea substanţelor exogene a apărut odata cu trecerea vieţuitoarelor la mediul terestru. Organismele acvatice nu posedă sisteme metabolizante pentru xenobiotice, deoarece ele excretă compuşii liposolubili direct în apă prin toată suprafaţa corpului. La organismele terestre metabolizarea este indispensabilă deoarece substanţele liposolubile sunt reabsorbite la nivel tubular renal. Fără metabolizare viaţa biologică a acestor substanţe ar fi de ordinul zilelor sau chiar al anilor ( de ex. etanolul ar necesita pentru eliminare 24 de zile).

Organismul animal are posibilitatea de a metaboliza aproape toate structurile chimice cunoscute. Toţi compuşii exogeni, toxici sau netoxici, suferă metabolizare, cu excepţia a două categorii: compuşii puternic polari (acizii şi bazele tari, minerali şi organici) şi unii compuşi nepolari (eter etilic, dieldrin etc.).

Prin biotransformare polaritatea unui compus creşte. Metaboliţii polari străbat mai greu barierele membranare lipoidice, reabsorbţia tubulară renală fiind redusă. Biotransformarea are aşadar rolul de a mări polaritatea şi, indirect, de a reduce toxicitatea xenobioticelor.

Metabolizarea substanţelor toxice, precum şi a unor substanţe xenobiotice este influenţată de numeroşi factori endogeni şi exogeni. Factorii endogeni sunt diverşi: genetici, fiziologici (vârsta, sexul, alimentaţia), starea de sănătate, ritmul circadian. Factorii exogeni cuprind factorii farmacodinamici şi de mediu.

Diferenţele de metabolizare, care apar frecvent între specii şi chiar în cadrul speciei, se datorează factorului genetic. Studiul polimorfismelor genetice a permis elucidarea a numeroase aspecte legate de absorbţia şi metabolizarea substanţelor xenobiotice. De exemplu, biotransformarea compuşilor cumarinici, respectiv hidroxilarea aromatică, se realizează sub

acţiunea enzimei 7-cumarin hidroxilaza. Activitatea enzimei (μmoli/oră/g ficat) diferă de la o specie la alta: 1,0 la iepure, 0,5 la cobai, 0,3 le pisică, 0,0 la şobolan şi la şoareci, astfel putându-se explica toxicitatea selectivă a raticidelor cumarinice.

Diferenţele de metabolizare din cadrul aceleiaşi specii se datorează polimorfismelor genetice. Aceste aspecte au fost studiate la om, formând o nouă ramură a farmacologiei, farmacogenetica. Polimorfismele genetice transspecifice se divid în: polimorfismul enzimelor de metabolizare a substanţelor exogene, boli ereditare ale metabolismului, rezistenţă ereditară la medicamente sau alte substanţe xenobiotice (Feigold, 1971, citat de Cotrău, 1978).

Capacitatea de metabolizare este dependentă de vârstă (animalele tinere au o capacitate mai scăzută de metabolizare datorită dezvoltării incomplete a echipamentului enzimatic parametabolic), sex (la masculi, metabolizarea prin intermediul enzimelor microzomale hepatice este mai rapidă; la femele biotransformarea microzomală hepatică este mai redusă, iar la cele gestante glucuronoconjugarea este redusă la jumătate), alimentaţie (carenţele proteice, vitaminice, influenţează negativ posibilităţile de detoxifiere).

Integritatea funcţională a ficatului şi rinichilor, are o influenţă marcantă asupra metabolizării toxicelor.

Există diferenţe individuale de la o zi la alta şi chiar de la o oră la alta în cursul aceleiaşi zile. Metabolizarea substanţelor xenobiotice este influenţată de ritmul circadian al funcţiei nervoase, al excreţiei urinare, al concentraţiei plasmatice de hormoni.

Interferează competitiv cu substanţele xenobiotice în procesul de metabolizare prin utilizarea aceloraşi enzime. Ca urmare, metabolizarea substanţelor toxice este întârziată sau chiar inhibată. Fenomenul de inhibiţie enzimatică este complex, el datorându-se inhibiţiei competitive a aceloraşi enzime sau a cofactorilor, inhibiţiei sintezei enzimelor, încetinirii activităţii enzimelor. Inhibiţia duce la intensificarea efectelor toxice. Dintre substanţele inhibitoare se pot cita: medicamente (cloramfenicolul, morfina, acidul paraaminosalicilic), poluanţi (insecticide organofosforice, tetraclorura de carbon etc.).

Factorii de mediu influenţează activitatea enzimatică, rezultând astfel diferenţe de metabolism. Frigul, fiind un factor de stres prin axul hipofizo-suprarenalian, determină creşterea activităţii enzimelor microzomale hepatice. De exemplu, în condiţii de temperatură scăzută hidroxilarea acetanilidei se produce de două ori mai intens. Presiunea atmosferică scăzută reduce capacitatea organismului de metabolizare a substanţelor xenobiotice. Zgomotul, factor de stres, creşte capacitatea de metabolizare. Astfel, este intensificată evident hidroxilarea 2-naftilaminei.

Radiaţiile ionizante exercită o acţiune complexă, de activare în general a metabolismului substanţelor xenobiotice, dar de diminuare a oxidării microzomale prin inhibarea formării NADPH.

Condiţiile de confort habitual: disconfortul influenţează negativ activitatea citocromului P450, a hidroxilazelor (de exemplu, cea care metabolizează anilina) etc..

Eliminarea toxicelor din organism. Din organism se elimină produşii metabolizaţi şi fracţiunile netransformate. Substanţele toxice prezintă, în general, electivitate pentru o cale de eliminare, dar se pot elimina şi simultan pe mai multe căi. Nu se poate stabili o legătură între calea de pătrundere a toxicului şi organul de eliminare (de exemplu, atropina administrată subcutanat poate fi găsită în stomac; mercurul aplicat pe piele se regăseşte în intestin).

Viteza de eliminare a toxicelor depinde de calea de administrare, de proprietăţile fizico-chimice, de fixarea pe proteinele plasmatice şi tisulare, de metabolizările suferite, de calea de eliminare, de starea funcţională a căii de administrare.

Eliminarea reprezintă îndepărtarea din sânge, limfă, lichid interstiţial, celule, ţesuturi, a toxicilor şi/sau a metaboliţilor polari şi ionizaţi. Calea, viteza, durata, gradul eliminării variază în funcţie de o serie de factori fizico-chimici şi biologici. Nocivitatea unui toxic este cu atât mai mare cu cât eliminarea sa este mai lentă. În general, eliminarea se realizează pe căile: renală, digestivă, pulmonară, transcutanată.

Calea digestivă prezintă importanţă redusă. Trebuie să se facă diferenţă între expulzarea prin vomă şi fecale a substanţelor insolubile sau mai puţin solubile, sau a celor care nu au fost absorbite şi eliminarea substanţelor care au pătruns în circulaţia generală.

Eliminarea se poate face prin salivă (alcaloizi: chinina, stricnina; metale: mercurul, plumbul, bismutul; iodul), suc gastric (morfina, halogenii), bilă (numai produşii cu greutate moleculară peste 400 kDa, sărurile metalelor grele: plumb, mercur, crom, nichel; arsenul; alcaloizii).

Calea renală este calea majoră pentru majoritatea toxicelor. Pe această cale se elimină substanţele toxice cu greutate moleculară mai mică de 150 kDa.

Eliminarea se realizează prin filtrare glomerulară, resorbţie tubulară sau secreţie tubulară. Filtrarea glomerulară este un proces de ultrafiltrare pasivă a unei cantităţi de apă şi substanţe solvite, cu greutate moleculară mică, polare, nelegate la proteine. Depinde de presiunea hidrostatică a sângelui şi de presiunea proteinelor sanguine.

Resorbţia tubulară reprezintă reîntoarcerea în tubii renali din circulaţie, prin proces pasiv, a unor cantităţi mari de apă, substanţe anorganice ionizate, unele substanţe neionizate liposolubile, acizi şi baze slabe nedisociate. Secreţia tubulară constă din transportul activ din capilarele sangvine în tubi împotriva gradientului de concentraţie. Prezintă specificitate şi se face cu consum de energie.

Prin rinichi se elimină majoritatea sărurilor metalice, iodurile, nitraţii, nitriţii, alcaloizii, pesticidele. Determinarea concentraţiilor din urină are pentru unele toxice valoare de diagnostic.

Calea pulmonară este cea mai rapidă cale de eliminare. Eliminarea se face prin epiteliul alveolar, prin secreţie bronhică sau nazală. Viteza de eliminare depinde de gradul de volatilitate. Pe această cale se elimină substanţele gazoase (hidrogenul sulfurat, oxidul de carbon), metaboliţii

gazoşi, substanţele volatile (alcoolul, eterul, cloroformul, esenţele vegetale).

Pielea constituie o cale de eliminare pentru toxicele gazoase, volatile şi pentru unele substanţe solide. Astfel, pe această cale se elimină alcaloizii, compuşii de arsen, metalele grele, iodurile, bromurile, camforul.

Glanda mamară reprezintă o cale de eliminare pentru compuşi volatili (alcool, eter), baze organice (alcaloizi: cafeină, morfină, chinină, antipirină), acizi (acid acetil salicilic, acid barbituric), pesticide, aflatoxine, ioni minerali (plumb, mercur, arsen, iod, brom), cloralhidrat.

URS TEORETIC

Microorganismele din sol (Partea II)

Viteza descompunerii în solPentru determinarea vitezei descompunerii compusului în ecosistemul din sol, el deobicei se introduce în sol peste un anumit interval de timp se cercetează probele de sol şi se determină cantitatea remanentă a substanţei. Aceste cercetări pot fi situate în laborator, iar uneori în condiţiile de cîmp, mai apropiate la condiţiile naturale şi concomitent admit posibilitatea determinării experimentale a temperaturii, conţinutului de umeditate şi alţi parametri. Importanţa acestor cercetări depinde de precizia metodelor analitice şi în special de eficacitatea extragerii substanţei din probele din sol.Într-un şir de lucrări s-a cercetat dependenţa vitezei de descompunere a substanţei de concentraţie şi pe un şir de parametri s-a arătat, că la micşorarea concentraţiei viteza descompunerii proporţional creşte. Deşi pentru concentraţia dată valorile de descompunere des corespund cineticii de ordinul I, s-a stabilit o lege a vitezei satisfăcătoare pentru un interval larg de concentraţii des este complicat. Aceasta nu este uimitor, dacă luăm în consideraţie complexitatea proceselor de descompunere, care decurge în sistemele din sol. O parte de substanţă poate să fie descompusă de microbi, o altă parte - în urma reacţiei, catalizate de însăşi suprafaţa solului şi în sfîrsit, reacţiile de descompunere pot decurge şi în soluţii. Pentru fiecare din proces poate fi stabilită legea vitezei, însă datele experimintale generale corespund tuturor acestor procese. Pentru o cercetare mai detaliată a unor astfel de situaţii este necesar de efectuat un lucru experimental considerabil. Asupra vitezei de descompunere a compuşilor în sol sub acţiunea populaţiilor microorganismelor din sol sau în urma repartizării substanţei substanţei după profilul solului, ce determină concentraţia reală din sol, influenţează un număr mare de variabile. Alţi factori influenţează nemijlocit asupra reacţiilor descompunerii chimice. Un factor anumit poate acţiona asupra unui sau asupra tuturor acestor procese. Aşa o caracteristică a solului, ca conţinutul în el a substanţelor organice, poate influenţa asupra dezvoltării populaţiei de microbi şi posedă o influenţă hotărîtoare la capacitatea substanţelor de a se absorbi corespunzător de a se descompune în sol. Umeditatea din sol poate acţiona cum asupra absorbţiei, aşa şi asupra speciei de microorganisme.La determinare vitezei descompunerii chimice a substanţei aste importantă şi mărimea pH-ului solului. Asupra oricărui proces cinetic întotdeauna influenţează şi temperatura. Însă ridicarea temperaturii de obicei aduce la creşterea vitezei procesului, însă pentru sistemele biologice se observă temperatura optimă. Creşterea sau micşorarea temperaturii de la cea optimă aduce la micşorarea activităţii sistemei. E greu de determinat, cum caracteristicile de absorbţie a substanţei în sol acţionează asupra vitezei lui de descompunere. Substanţele care slab se absorb şi care pot să se difuzeze pe tot profilul solului sînt prezente în locul dat în concentraţie mai joasă. Dacă cercetăm sistema cu mecanism heterogen de descompunere, de exemplu un sistem fermentativ, atunci viteza descompunerii substanţei la micşorarea concentraţiei ei proporţional creşte. În cazul absorbţiei puternice substanţe poate fi reţinută de suprafaţa solului aceasta poate aduce la creşterea vitezei de descompunere sau, din potrivă, a transfera substanţa într-o formă inaccesibilă pentru unele procese de descompunere, de exemplu la descompunerea cu participarea populaţiilor microorganismelor din solo. Mediul înconjurător poate fi aerob sau anaerob şi acest fapt va fi hotărîtor pentru decurgerea reacţiei, deoarece caracteristicile lor se deosebesc radical în dependenţă de mediu. În tabelul de mai jos sunt propuse rezultatele unor cercetări experimentale de descompunere a unui şir de substanţe. Viteza descompunerii se exprimă în timp,

necesar pentru descompunerea a 50 % din substanţa iniţială.

Viteza descompunerii unor pesticide în sol

Pesticide t1/2a, 24 ore Modul cercetării

Fenoxiacizii2,4- D pH 4,3pH 5,3pH 6,5pH 7,5

209,52984

De laborator, concentralia iniţială 80 mg/kg

Ureelediurondiuronfenuron

530-78021269

În cîmpDe laborator>>

Compuşii fosfororganicidiazon pH 4,3pH 5,5pH 6,7pH 8,1

7,7224124

De laborator, concentraţia iniţială 20 mg/kg

Hidrocarburile clorurate DDTDDTDDT

383724033

În cîmpÎn cîmp (în subtropice)De laborator (în condiţii anaerobe)

Triazineatrazin simazin

130130

LaboratorÎn cîmp

a- timpul de descompunere a 50 % de substanţă

Este necesar de remarcat, că t1/2 spre deosebire de perioada de semidescompunere a izotopului radioactiv nu este o valoare constantă pentru compusul dat. Cu toate acestea mărimea dată ne dă anumite indicaţii la capacitatea de descompunere a compuşilor de diferite clase. De exemplu, casa hidrocarburilor clorurate este considerabil mai stabilă în sol în comparaţie cu compuşii altor clase, deşi în condiţiile anaerobe repede se descompun chiar şi DDT. Viteza de descompunere în subtropice este mai mare, decît în regiunile cu clima moderată.Pentru vitezele de descompunere a două triazine propuse în tabel nu este o deosebire esenţială. Deaceea orice concluzie despre viteza descompunerii lor în condiţiile date sunt necesare să fie demondtrate experimental reconstruind situaţia concretă. Din datele despre acţiunea pH-ului solului la

descompunerea compusului fosfororganic şi 2,4-D rezultă, că primul compus este mai stabil la pH circa 5,3 şi mai stabil la pH 7,5. Compuşii fosfororganici, probabil, se descompun cu o viteză cu mult mai mare, decît compuşii altor clase propuşi în tabel. Dacă această generalizare şi este adevărată, este necesar de reţinut, că unii compuşi din clasa deată pot fi mai stabili decît cei propuşi în tabel.Prezanţa bifenililor policloraţi în mediul extern din punct de vedere ecologic este foarte periculos, ceea ce se demonstrează de rezultatele experimentale, propuse pe desenul de mai jos. Din datele despre viteza descompunerii unui şir de izomeri ai bifenililor policloraţi rezultă, că o influenţă hotărîtoare asupra vitezei de descompunere în solul dat posedă caracteristicile moleculare în solul dat posedă caracteristicile moleculare ale substanţelor.

Viteza descompunerii izomerilor bifenilpolicloruraţi în sol (mg/kg) 

Izomerii.Izomerii mai cloruraţi se descompun cu o viteză minimă. Izomerii care conţinea patru dau mai mulţi atomi de Cl practic nu se descompuneau timp de 15 luni. Însă sunt şi excepţii, aşa s-a observat că vitezele de descompunere a izomerilor cu doi atomi de Cl totuşi se deosebesc între ele. 4,4-diclorbifenilul este tot aşa de stabil la descompunere, ca şi unii izameri cu trei atomi de Cl. Determinarea factorilor, ce influenţează asupra descompunerii substanţei în sol prezicerea vitezelor de descompunere prezintă o problemă complicată din cauza prezenţei a unui număr mare de variabile.Problema şi mai mult se complică cînd încercăm să extrapolăm rezultatele dintr-o regiune în alta. Aşa o extrapolare devine necesară atunci, cînd în condiţiile de cîmp dateler experimentale putem obţine într-un loc anumit , dar de a prezice comportarea posibilă a aceleeaşi substanţe este necesar în altă parte, care se deosebeşte prin tipul solului, temperatura mediului, natura precipitaţiilor atmosferice şi alţi factori meteorologici. Putem efectua unele analize aproximative, însă pentru majoritatea sistemelor reale nu este altă alternativă, decît extrapolarea cercetărilor experimentale în condiţiile corespunzătoare. Este evident, că e necesar de a efectua un număr mare de cercetări experimentale pentru a determina modul de descompunere a substanţei în sistemele date pentru a poseda de posibilităţi mai mari în ceea ce priveşte presupunerile ulterioare.

Acţiunea toxicelor asupra organismului (toxicodinamica)

Substanţele toxice acţionează în momentul pătrunderii, în timpul difuziunii, în timpul eliminării sau la distanţă, prin intermediul sistemului nervos vegetativ. Deşi acţiunea toxicelor, în general, se repercutează asupra întregului organism, toxicele prezintă electivitate pentru anumite ţesuturi sau organe (de exemplu, toxice renale: mercurul; toxice hepatice: fosforul, tetraclorura de carbon; toxice nervoase: alcaloizii; toxice cardiace: glicosizii cardiotonici etc..

1. Acţiunea toxicilor la nivel de ţesut, organ, aparat, sistem

1.1. Acţiunea toxicelor asupra sistemului nervos

Sistemul nervos este afectat de orice toxic. Substanţele toxice acţionează asupra sistemului nervos central (stricnina, brucina etc.), asupra sistemului nervos periferic (curarizantele) sau asupra sistemului nervos vegetativ (pesticidele organofosforice, atropina etc.). Chiar în cadrul aceleiaşi componente a sistemului nervos există predilecţie pentru diferite etaje, de exemplu: amfetamina pentru scoarţa cerebrală; pentetrazolul, lobelina pentru bulb; stricnina pentru neuronii Renshaw din măduvă; curarizantele pentru filetele motorii ale terminaţiunilor nervoase, iar cocaina pentru filetele senzitive. De asemenea, simţurile pot fi afectate selectiv (alcoolul metilic afectează acuitatea vizuală, streptomicina acuitatea auditivă).

Acţiunea asupra sistemului nervos poate fi excitantă (stricnina, brucina) sau deprimantă (eterul, cloroformul, barbituricele).

1.2. Acţiunea toxicelor asupra aparatului cardiovascular

Substanţele toxice îşi exercită acţiunea asupra sângelui, vaselor şi cordului. Acţiunea asupra sângelui se manifestă fie prin scăderea coagulabilităţii (warfarina, oxalaţii, hirudina), fie prin creşterea coagulabilităţii (veninul de viperă). Elementele sangvine pot suferi o serie de modificări sub acţiunea toxicelor. Eritrocitele pot suferi modificări morfologice (anizocitoză, poichilocitoză sau apariţia de granulaţii bazofile,

în intoxicaţia cu plumb), numerice (poliglobulie reală – oxidul de carbon, arsenul; hemoconcentraţie – fosgenul; hipoglobulie prin blocarea hematopoezei – fosforul, plumbul; hipoglobulie prin hemoliză – saponinele, veninurile; prin hemaglutinare – ricinul, crotonul), modificări ale hemoglobinei (transformarea hemoglobinei în carboxihemoglobină – oxidul de carbon; în methemoglobină – nitraţi, nitriţi; în cianhemoglobină – acidul cianhidric; în hematoporfirină – benzenul, plumbul).

Leucocitele suferă modificări numerice şi anume, leucopenie – în intoxicaţiile cu benzen, iperită, albastru de toluidină, uretan; agranulocitoză – în intoxicaţiile cu acid arsenios, dinitrofenoli, piramidon, cloramfenicol.

Acţiunea asupra vaselor sanguine se manifestă prin vasodilataţie (nitraţii) sau vaso-constricţie (alcaloizi din secara cornută, butenolidul).

Funcţia cordului poate fi stimulată sau deprimată. Stopul cardiac este în sistolă (intoxicaţiile cu glicosizi) sau în diastolă (intoxicaţii cu nicotină).

1.3. Acţiunea toxicelor asupra aparatului respirator

Toxicele acţionează asupra aparatului respirator local, central sau reflex. Substanţele iritante, prin excitarea terminaţiunilor nervoase, determină reflexe motorii (strănut, tuse, bronhoconstricţie), reflexe

secretorii (hipersecreţie, congestie, edeme), fenomene astmatiforme. Acţiunea centrală se exercită asupra centrilor respiratori din bulb (acţiune excitantă sau deprimantă). În marea majoritate a cazurilor, acţiunea asupra aparatului respirator se manifestă clinic prin asfixie. Se întâlneşte asfixia prin lipsă de aer (edemul glotei, bronhospasm, astmă bronhic – veninurile, gazele iritante; contracţia tetanică a muşchilor respiratori – stricnina; paralizia muşchilor respiratori – Conium maculatum), prin paralizia centrilor bulbari (atropina, Colchicum autumnale, barbituricele etc.). Indirect, unele toxice determină asfixie prin incapacitatea de fixare a oxigenului pe hemoglobină (nitraţii, nitriţii, oxidul de carbon, cloraţii) prin anoxie tisulară datorită inhibiţiei sistemului de respiraţie celulară (cianurile).

1.4. Acţiunea toxicelor asupra aparatului digestiv

Aparatul digestiv cu anexele sale se resimte atunci când toxicul a pătruns pe cale orală. Prin contactul direct se produc: catar, congestie, ulcere, necroze. Cu implicaţii grave asupra organismului este acţiunea unor toxice asupra ficatului, cu producerea degenerescenţei granulare sau a cirozei (fosforul, plumbul, tetraclorura de carbon, aflatoxinele etc.).

1.5. Acţiunea toxicelor asupra aparatului uro-genital

Cel mai afectat organ este rinichiul, deoarece este organ de eliminare şi parţial de metabolizare. Toxicele acţionează diferenţiat asupra segmentelor nefronului: cantarida asupra glomerulului, cromul asupra porţiunii anterioare, mercurul şi uraniul asupra porţiunii intermediare. Substanţele toxice produc congestie renală (nitraţii, nitriţii), hemoragie (cantarida, terebentina), degenerescenţă (mercurul, ochratoxina, aflatoxinele).

Aparatul genital este uneori afectat de substanţele toxice, de exemplu, sulfochinoxalina determină degenerescenţa ovarului, toxina F2-zearalenona produce sindromul estrogenic la femele şi degenerescenţa testiculelor la masculi, nitraţii şi nitriţii provoacă edem placentar.

1.6. Acţiunea toxicelor asupra pielii şi producţiilor pielii

Toxicele provoacă congestie prin eliberare de histamină, vezicaţii datorită creşterii permeabilităţii locale. Clinic, acţiunea asupra pielii şi producţiilor acesteia se manifestă ca fotodermatoze (fenotiazina, unele plante toxice, rubratoxinele), alopecie (acetatul de taliu).

1.7. Acţiunea toxicelor asupra fenomenului de termoreglare

Termoreglarea este rezultanta activităţii centrilor termoreglatori cefalici şi medulari, a musculaturii cardiace şi scheletice şi a intensităţii depurării cutanate. Perturbarea termoreglării determină hipotermie (marea majoritate a toxicelor) sau hipertermie (prin travaliu muscular sau modificarea fosforilării oxidative: toxicele convulsivante – erbicidele dinitrofenolice).

2. Acţiunea toxicelor asupra componentelor celulare şi subcelulare

2.1. Acţiunea toxicelor asupra nucleului

Unele toxice, precum benzidina, alfa-naftilamina, cromul, determină codificarea anormală a ADN-ului, fapt care conduce la formarea unui ARN mesager modificat şi, respectiv, la sinteză proteică anormală.

Halogenii acţionează atât asupra sintezei ADN-ului, cât şi inhibant asupra maturării celulei.

Neurolepticele produc leziuni nucleare ireversibile şi modificări ale componentelor citoplasmatice.

2.2. Acţiunea toxicelor asupra citoplasmei

Prin acţiunea asupra componentelor citoplasmatice, toxicele produc perturbări ale proceselor metabolice. Metabolismul glucidic este frecvent afectat. Astfel, unele substanţe (albastrul de metilen, naftalina, nitrofuranul, fenacetina, sulfamidele) acţionează asupra glucozo-6-fosfat-dehidrogenazei necesară oxidării glucozo-6-fosfatului în prezenţa coenzimei NADP, aceasta fiind o cale pentru producerea anemiei hemolitice. O altă categorie de substanţe oxidează sau reduc NADP-ul, orientând metabolismul glucidic pe calea ciclului Krebs (cale catabolică, cu eliberare de energie, care determină creşterea tonusului ţesuturilor contractile şi creşterea excitabilităţii fibrelor nervoase şi musculare) sau pe calea pentozelor (cale anabolică, calea sintezei, care duce la hipertermie, la somn). Orientarea depinde de raportul NADPH/NADP. Dacă raportul este supraunitar, metabolizarea se face prin ciclul Krebs, iar dacă este subunitar, pe calea pentozelor. În acest mod orientează metabolismul glucidic substanţele cu acţiune asupra neuronilor, nevrogliilor, musculaturii striate. Fenotiazinele, barbituricele, eterul etilic orientează metabolismul glucidic spre calea pentozelor.

O serie de toxice majore acţionează asupra hemoglobinei. Acţiunea methemoglobinizantă este caracteristică azotaţilor, azotiţilor, sulfamidelor, hidrogenului sulfurat, unor derivaţi ai DDT-ului, derivaţilor nitraţi şi aminaţi ai fenolului. Aceste substanţe determină oxidarea fierului bivalent la fier trivalent, care este incapabil să fixeze oxigenul,producându-se astfel anoxie.

Oxidul de carbon transformă hemoglobina în carboxihemoglobină.

În hialoplasma celulelor musculare, toxicele pot suprima activitatea ATP-azică, împiedicând transformarea energiei chimice în energie mecanică (de exemplu, halotanul are acţiune inotrop negativă).

2.3. Acţiunea toxicelor asupra mitocondriilor

Toxicele din această categorie interferează cu procesele metabolice din ciclul Krebs şi din lanţul respirator, cu formarea ATP-ului, cu schimbarea de membrană. Astfel, în ciclul Krebs împiedică formarea acetilcoenzimei A din piruvat, deci formarea citratului, inhibă oxidaţiile NAD-dependente (de exemplu, fenotiazinele), inhibă dehidrogenaza succinică şi acil CoA dehidrogenaza (de exemplu, clorpromazina).

Interferenţa în lanţul respirator se realizează prin acţiunea asupra enzimelor care participă la oxigenarea celulară (de exemplu, cianurile, hidrogenul sulfurat, actinomicina, derivaţii fenotiazinici inhibă citocromii). Consecinţa perturbării respiraţiei mitocondriale este diferită în funcţie de activitatea metabolică, anoxie dacă metabolismul glucidic se realizează pe calea pentozelor sau acidoză, dacă se realizează pe calea ciclului Krebs. Formarea ATP-ului este perturbată de tetraclorura de carbon, glucozizii digitalici, tetracicline. În consecinţă, impietează asupra fosforilării oxidative. De asemenea, prin reducerea sintezei de ATP, toxicele pot determina tulburări de sinteză, modificări ale permeabilităţii membranelor şi, ca urmare, umflarea mitocondriei (de exemplu, diureticele mercuriale,

barbituricele, cloroformul).

Alte substanţe cu potenţial toxic (barbituricele, halogenii, nitrofenolii), prin formarea de legături bogate în energie, duc la blocarea funcţională a mitocondriilor.

2.4. Acţiunea toxicelor asupra lizozomilor

Acţiunea asupra lizozomilor este drastică, ireversibilă. Tulburările determinate de acţiunea toxicelor asupra lizozomilor sunt graduate, de la modificarea permeabilităţii pentru apă şi electroliţi, până la eliberarea de enzime hidrolitice cu degradare celulară sau necroză celulară.

Eliberarea enzimelor litice se produce în condiţii de anoxie şi acidoză celulară. Din această categorie de toxice fac parte toxicele hepatice (tetraclorura de carbon), sulfatul de streptomicină, 2-4 dinitrofenolul, digitalina.

2.5. Acţiunea toxicelor asupra reticulului endoplasmatic

Acţiunea asupra reticulului endoplasmatic se traduce prin vacuolizare (tetraciclinele), prin hipertrofie, care nu este patologică până la un punct (fosforul, DDT-ul, fenobarbitalul, alcoolul etilic), prin acţiune inhibantă asupra unor enzime, precum glucuroniltransferaza (novobiecina), fapt ce duce la hepatită toxică cu eliberare de bilirubină.

2.6. Acţiunea toxicelor asupra membranelor celulare şi intra-celulare

Toxicele acţionează asupra fosfolipidelor, grupărilor SH, care sunt de cea mai mare importanţă pentru structura membranelor celulare, rezultând modificarea permeabilităţii şi, ca urmare, intoxicaţia celulei. Datorită rolului lor în controlul schimburilor, în transportul activ şi pasiv, acţiunea malefică a toxicelor asupra membranelor este deosebit de gravă.

3. Mecanisme de acţiune a toxicelor

3.1. Mecanisme enzimatice primare

Numeroase mecanisme de acţiune se bazează pe inhibiţia unor sisteme enzimatice. Inhibiţia se realizează prin: denaturarea apoproteinei, fixarea pe grupările active ale apoenzimei, pe grupările specifice sau nespecifice activităţii enzimei, fixarea pe centrul activ al enzimei, fixarea în locul grupării prostetice, inhibarea funcţiei de donor sau acceptor a coenzimei, imobilizarea ionilor activatori. Inhibiţia, în funcţie de cantitatea inhibitorului, se clasifică în inhibiţie reversibilă, atunci când există un echilibru între enzimă şi inhibitor, după înlăturarea inhibitorului inhibiţia fiind oprită, sau ireversibilă când inhibitorul este în exces şi enzima nu îşi poate relua activitatea nici după îndepărtarea inhibitorului.

În funcţie de specificitatea pentru activitatea enzimei, a grupărilor blocate, inhibiţia poate fi specifică (dacă substanţa reacţionează cu o grupare activă, esenţială funcţiei enzimei) sau nespecifică (dacă substanţa precipită sau denaturează proteinele sau se fixează pe grupări comune mai multor enzime, dar care nu constituie centri activi: NH2, OH, SH).

Inhibiţia nespecifică. Inhibiţia nespecifică, prin denaturarea şi blocarea enzimelor, este mecanismul de acţiune a fenolului, o unor metale grele, a acizilor şi bazelor tari. Prin blocarea unor grupări reactive (de exemplu SH) acţionează substanţele oxidante: ferocianură, arsenul, unele metale grele (mercurul, plumbul), agenţii alchilaţi (iodoacetat, bromacetat).

Inhibiţia specifică. Se realizează prin competiţia inhibitorului cu substratul, pe care îl împiedică să se unească cu enzima, prin blocarea substratului, prin competiţia cu gruparea prostetică, blocarea activatorilor, astfel:

Competiţia inhibitorului cu substratul:

• compuşii organofosforici intră în competiţie cu acetilcolina pentru centrul activ al colinesterazei şi anume pentru centrul esterazic (electropozitiv), blocându-l; ca urmare, acetilcolina nu este hidrolizată şi se acumulează;

• carbamaţii au efect competitiv asupra acetilcolinei tot prin competiţie pentru centrul esterazic, dar complexul carbamatacetilcolin-esterază este mai labil;

• curara şi curarizantele de sinteză acetilcolin competitive (dimetil tubocurarina) împiedică transmisia neuromusculară prin deplasarea acetilcolinei–amoniul cuaternar ocupă centrul activ anionic (electronegativ) al enzimei.

Blocarea substratului. Sistemele enzimatice funcţionează numai dacă substratul trece succesiv de la o enzimă la alta, sustragerea dintr-o etapă dereglând lanţul metabolic. De exemplu, acidul arsenios împiedică formarea acidului difosfogliceric datorită combinării sale cu fosfogliceroaldehida sub acţiunea

enzimei dehidrogenazei triozofosfaţilor; acidul fosfoarsenogliceric care rezultă se descompune spontan, privând de substratul lor enzimele următoare din lanţul glicolizei.

Competiţia cu gruparea prostetică. De exemplu, ionul cian inhibă enzimele a căror grupare prostetică au structură porfirinică, ca citocromoxidaza, enzimă cu rol în lanţul respirator, formând cian-citocromoxidaza, ceea ce duce la hipoxie şi anoxie tisulară.

Blocarea activatorilor. Pentru activare, enzimele necesită ioni metalici, care fac parte din structura enzimei (de exemplu, fierul din citocromoxidază) sau care acţionează ca simpli catalizatori (de exemplu, cobaltul pentru arginază, manganul şi zincul pentru fosfataza alcalină, fierul pentru peptidază, manganul pentru carboxilază, zincul pentru aldehidoxidaze etc.). Unele toxice blochează ionii prin cuplare sau chelatare (de exemplu, fluorul complexează magneziul necesar activităţii

enolazei care este implicată în transformarea acidului 2-fosfopiruvic în acid 2-fosfoenol-piruvic; sulfura de carbon, ditiocarbamaţii reacţionează cu grupările NH2 libere ale proteinelor şi formează compuşi care dau complexe neionizabile cu ionii bivalenţi necesari activităţii unor enzime, precum manganul şi zincul pentru fosfataza alcalină, cuprul pentru dehidrogenaze, zincul pentru hidroxilaze).