Учитывая повсеместное химическое загрязнение окружающей среды, рассмотрено современное состояние, определены механизмы токсического эффекта и дана общая оценка неблагоприятного воздействия металлоаллергенов на здоровье и социально-трудовой потенциал населения.

Прохождение через биологические барьеры и связывание с эндогенными лигандами – два основных феномена, определяющих токсикокинетику металлов.

В настоящее время не совсем понятно, каким образом ионы металлов проникают через клеточные мембраны, тканевые барьеры (ГЭБ, слизистые, альвеолярно-капиллярный барьер), плаценту, попадают в молоко кормящих матерей. Вероятно, в этих процессах ключевая роль принадлежит не идентифицированным до настоящего времени молекулам-переносчикам (низкомолекулярным белкам, аминокислотам, эндогенным хелатирующим молекулам). Полагают, что механизм транспорта кальция неспецифичен и может переносить самые разнообразные двухвалентные металлы.

Лиганды связывают металлы с помощью гидрокси-, амино-, карбокси-, сульфгидрильных и других химических групп. Способность связывать металл зависит от организации этих групп в макромолекуле и наличия в клетках других веществ, конкурирующих с металлом за данную связь. Очевидно также, что содержание лигандов определенного строения не одинаково в разных тканях, клетках и субклеточных образованиях. Этим объясняется неравномерное распределение металлов в организме.

Основными путями поступления металлов в организм являются ингаляционный и алиментарный. Отдельные соединения металлов могут поступать в организм через неповрежденную кожу (металлорганические соединения).

1. Ингаляционный путь поступления. При нормальных условиях в газообразной форме действуют только пары ртути, некоторые гидриды металлов (мышьяковистый водород, сурьмянистый водород) и пары металлорганических соединений (тетраэтилсвинец). Хотя количество металла, проникающего таким образом незначительно, этот способ воздействия имеет большое значение в силу высокой сорбционной способности легких.

При действии металлов в форме аэрозоля, характер распределения частиц в дыхательных путях определяется целым рядом обстоятельств, важнейшим из которых является размер частиц (оптимум: 1–5 мкм). После абсорбции на поверхности дыхательных путей частицы проникают в желудочно-кишечный тракт (мукоцилиарный ток выносит частицы из дыхательных путей в полость рта), лимфатическую систему, в том числе региональные лимфатические узлы (захват частиц легочными макрофагами), и кровь. Основное направление движения частиц металлов определяется их растворимостью в воде (чем выше водорастворимостъ, тем большее количество металла проникает непосредственно в кровь).

2. Алиментарный путь проникновения. Металлы попадают в желудочно-кишечный тракт либо с пищей и водой, либо после ингаляции металлической пыли. Абсорбция в желудочно-кишечном тракте зависит от свойств элемента, его валентности, химической формы (органическое, неорганическое соединение) и состава пищи.

Определить общие закономерности, позволяющие apriori оценить квоту резорбции в желудочно-кишечном тракте различных металлов (в форме различных соединений), пока не удалось.

Механизмы поступления металлов в организм через желудочно-кишечный тракт пока также остаются неизвестными. В настоящее время изучается роль специальных «молекул-носителей» клеток слизистых оболочек, обеспечивающих активный транспорт через мембраны металлов, в частности, необходимых для жизнеобеспечения организма (Сu, Zn, Fe).

Другими факторами, определяющими квоту резорбции металлов, являются:

           состояние упитанности (белковое и энергетическое обеспечение);

           специфический минеральный состав пищи (известно влияние Са⁺² на поступление свинца);

           беременность и лактация (Zn активно потребляется во время беременности, Pb – во время лактации);

           возраст и пол (активная резорбция Pb детьми).

Транспорт, распределение, депонирование

Интимные механизмы транспорта и распределения металлов в организме изучены в настоящее время недостаточно.

Транспорт металлов от места всасывания к области депонирования осуществляется через кровь и интерстициальную жидкость. В крови металлы распределяются между клетками и плазмой. В плазме крови металлы по большей части связаны с белками (более 99% ионов Hg и Сd).Судьба многих металлов часто существенно зависит от наличия специфических процессов, вовлеченных в транспорт и тканевое распределение химических веществ. Примерами могут служить: связывание иона железа трансферином, иона меди церрулоплазмином, транспорт и связывание Сu, Zn, Cd, Hg металлотионеинами и т.д.

В подавляющем большинстве случаев в наибольшей степени повреждаются органы, в которых металл накапливается в максимальном количестве. Однако отдельные ткани обладают высокой чувствительностью к поражающему действию некоторых металлов и потому страдают сильнее, чем те, в которых металл накапливается в больших количествах. Например, при хронической интоксикации свинцом наибольшее его количество накапливается в костях, но поражаются другие органы.

Орган, обладающий самым низким порогом чувствительности к металлу, называется критическим, или шоковым, органом.

С другой стороны, накопление металла в тканях далеко не всегда означает их повреждение. Нередко металл накапливается в форме неактивных комплексов и в таком виде депонируется в организме. Так, в костях при хронических воздействиях в малых концентрациях образуется депо свинца, но только массивное выделение металла при определенных физиологических процессах может инициировать токсические эффекты. Другие металлы (например, Cd) способны связываться в организме с низкомолекулярными белками, металлотионеинами и образовывать инертные комплексы. Только, когда содержание этих комплексов в тканях достигает критического уровня, возможно развитие токсического процесса. Неорганическая ртуть, кадмий и другие металлы могут образовывать инертные комплексы с соединениями селена. Образование таких комплексов приводит к задержке металла в организме. Тем не менее, это существенно снижает токсичность металлов, хотя и не известно до какой степени и на какой срок.

У каждого металла свой, характерный для него, окислительно-восстановительный потенциал. Однако, практически все металлы способны превращаться в тканях организма в катионы путем отдачи одного или более электронов (окисление). Противоположный процесс (восстановление) может происходить лишь в ограниченном количестве.

В целом, присоединение или отдача металлом электрона сказывается на его химической активности, а следовательно, и на способности взаимодействовать с тканевыми лигандами, т.е. определяет и количественную, и качественную характеристики его токсичности. Изменения валентности металла проходят в организме либо вследствие простых химических реакций в клетках или межклеточной жидкости, либо вследствие энзиматических процессов.

Биотрансформации подвергаются и металлорганические соединения ртути, свинца, олова, мышьяка и т.д. Процесс может осуществляться уже под влиянием кишечной микрофлоры. После абсорбции метаболизм ксенобиотика продолжается и приводит к образованию органических производных металла иного строения или неорганических соединений. Новые соединения могут существенно отличаться от исходного по своим токсикокинетическим и токсико-динамическим характеристикам.

В отличие от большинства органических соединений, элиминирующихся из организма путем метаболических превращений, единственный способ элиминации металлов – выделение.

Время, в течение которого выводится половина введенного токсиканта, называется периодом полувыведения (t_½). В течение 5t_½ выводится около 97% поступившего токсиканта. Скорость выведения различных металлов колеблется в очень широких пределах. Например, период полувыведения метилртути из организма человека составляет около 70 дней, в то время как кадмия – 10–20 лет. Скорость выведения одного и того же металла из разных тканей также неодинакова. Так, период полувыведения свинца из мягких тканей составляет несколько недель, а из костей – около 10 лет. Необходимо помнить, что токсикокинетические характеристики металлов подвергаются существенной модификации при различных физических состояниях организма.

Интимные механизмы экскреции металлов в настоящее время по большей части мало изучены или неизвестны вовсе. Основные пути выведения: с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и путем слущивания клеток покровных тканей и их дериватов (клетки эпителия слизистых, кожи, волосы, ногти).

У млекопитающих большая часть металлов (до 90%) выделяется с мочой и калом, однако соотношение между этими путями выделения для разных металлов существенно различается, неодинаково оно и в различные временные интервалы после введения металла в организм. Обычно в лабораторных условиях с целью определения степени биоаккумуляции металла в течение длительного времени после его введения изучают количество, выведенное обоими путями.

Выделение в мочу осуществляется с помощью трех процессов: гломерулярной фильтрации, канальцевой секреции и слущивания эпителия почечных канальцев.

Экскреция через ЖКТ происходит в результате желчеотделения, выделения панкреатического сока, секреции желез слизистой, транспорта - через слизистую оболочку, путем слущивания эпителия.

Эксгаляция возможна лишь для летучих веществ, например, диметилртути.