Контрольная работапо дисциплине « Ксенобиология и биотестирование »

   Радиоизотопы  цезия легко переходят через  плаценту в плод. Уровень перехода зависит от количества радионуклидов, длительности поступления их и сроков беременности. С увеличением срока  беременности уровень перехода возрастает — от 0,02% до 1,5-3% от количества радиоизотопов  цезия, содержащегося в организме  матери. Концентрация цезия в тканях плода не превышает содержание цезия  в тканях матери. В организме плода  цезий распределяется равномерно. Цезий  может переходить к ребенку с  грудным молоком. Допустимое содержание цезия-134 в организме ребенка составляет 18 мкКи; цезия-137 -33 мкКи. В целях гипердиагностики лучевой патологии у детей необходим тщательный анализ данных анамнеза матери.

   Возможные клинические реакции и синдромы вследствие воздействия радиационного  фактора. В ранний неонатальный период (до 7-го дня после рождения) развитие синдромов дизадаптации: синдромы — дистресс, отечный, отечно-геморрагический, ангиотрофический, желтушный, надпочечниковой недостаточности, гипогликемии, гипокальциемии, нарушение водно-электролитного обмена; метаболические расстройства, угнетение безусловных рефлексов новорожденного. Может отмечаться значительная потеря в массе с медленным ее восстановлением, нарушение терморегуляции, изменение фазности сна, появление судорожного синдрома, обусловленного поражением ЦНС или гипогликемией и дефицитом других электролитов.

   Возможно  также возникновение пострадиационных синдромов, обусловленных возникшими хромосомными аберрациями или генными мутациями. В этих случаях необходимо провести кариотипирование, консультацию генетика.

   Профилактика  лучевых поражений пред усматривает проведение ряда мероприятий по трем ее направлениям с использованием:

   1) физических методов: своевременное  применение индивидуальных и  коллективных средств защиты, своевременное  проведение санитарной обработки,  строгое соблюдение правил поведения  на загрязненной местности; эти  меры направлены на уменьшение  поглощенной дозы и прекращение  воздействия облучения;

   2) химических средств, способствующих  повышению устойчивости организма  к радиационному воздействию,  так называемых радиопротекторов, применение препаратов йода для  защиты щитовидной железы при  опасности инкорпорации радиоактивного  йода;

   3) биологической защиты, направленной  на повышение устойчивости организма  к любым вредным воздействиям: соблюдение оптимального гигиенического  режима сна, питания: двигательной  активности; применение биостимуляторов.

   2. Влияние рН раствора  на степень ионизации  веществ.

   

   

   Реально степень ионизации в растворе определяется только двумя факторами: рН раствора и рК_а кислоты (или основания). Последняя из этих величин (она будет охарактеризована чуть позже) является константой для каждой кислоты или основания. Поэтому при определенной величине рН степень ионизации зависит только от природы кислоты (или основания), при этом не важно, были они нейтрализованы или нет.

   Степень ионизации любого вещества можно  рассчитать при известных величинах рН раствора и рК_а вещества с помощью выражений: 
 

   Эти уравнения показывают, что степень  ионизации данной кислоты (основания) зависит от рН. Эта зависимость  не является линейной, а выражается сигмовидной кривой. 
 
 
 

   

     
 
 
 
 
 
 

    Оказалось, что в зависимости от степени ионизации ксенобиотики обладают различной биологической активностью и их можно разделить на три большие группы:

1. Ксенобиотики, обладающие большей биологической активностью в ионизированном состоянии.
2. Ксенобиотики, более активные в неионизированном состоянии.
3. Ксенобиотики, проявляющие биологическое действие в виде ионов и неионизированных молекул.

   Проиллюстрируем это на примерах действия некоторых  ксенобиотиков на живые организмы.

   Ксенобиотики, обладающие большей  биологической активностью  в ионизированном состоянии. В тридцатых годах нашего столетия было обнаружено, что многие органические катионы обладают антибактериальной активностью. Известно, что алифатические амины, существующие при рН 7 главным образом в виде катионов, проявляют бактерицидное действие, в отличие от ароматических аминов, которые существуют при рН 7 в основном в виде неионизированных молекул и этим действием не обладают. Однако тогда не связывали антисептическое действие с наличием органических катионов. Предполагалось, что антибактериальная активность зависит от наличия гидроксильных ионов, способных при взаимодействии аминов с водой сдвигать рН раствора в щелочную область. Таким образом, наличие бактерицидного эффекта объяснялось щелочностью антисептических растворов. Однако не учитывалось обстоятельство, что те же основания, находящиеся в забуферном растворе, также обладают бактерицидными свойствами. Существенный вклад в решение этой проблемы был внесен в 30-х гг. XX в.: было высказано предположение о том, что антибактериальная активность трифенилметановых красителей объясняется взаимодействием катиона красителей с определенными анионными группами на поверхностях бактерий.

   Хотя  тогда не знали степени ионизации  исследуемых красителей (по чисто  техническим причинам), но заключение было сделано правильное: соли многих сильных оснований могут обладать антибактериальным действием, так как они способны образовывать достаточное количество катионов при физиологических значениях рН. Было также доказано, что при повышении рН среды антибактериальное действие усиливается за счет повышения степени ионизации (анионной) рецепторов бактерий. Однако это увеличение щелочности не следует доводить до начала подавления ионизации самого антисептика.

   Первое  строгое доказательство взаимосвязи  между ионизацией и биологическим  действием было получено в 40-х гг. при работе с ами- ноакридинами. Хотя уже ранее, в 1913 г., шотландский патолог Бро- унинг предложил использовать аминоакридины в качестве антибактериальных средств при ранениях. Выяснилось, что один из них (про- флавин или 3,6-диаминоакридин) токсичен по отношению к широкому ряду грамположительных и грамотрицательных бактерий, но безвреден для ткани человека.

   Так вот, исследования серии аминоакридинов, проведенные Альбертом с сотрудниками в 1941 г., показали, что существует количественная связь между их антибактериальным действием и степенью ионизации по катионному типу. Позднее эта корреляция была подтверждена и расширена на примере многих других соединений.

   Ксенобиотики, более активные в  неионизированном состоянии. Неио- низированные вещества могут обладать очень сильным физиологическим действием (эфир, хлороформ и др.). В этом можно убедиться на примере ингибирования клеток яиц иглокожих салициловой кислотой (рис. 2.2).

   В 1921 г. Вермст обнаружил, что многие слабые кислоты наиболее полно проявляют физиологическую активность при наименее ионизированных значениях рН.

 

Рис. 2.2. Влияние рН на концентрацию салициловой  кислоты (рК.=3,0), необходимую для подавления деления клеток яиц морского ежа 
 

   Исследования  проводились в интервале рН от 5 до 8. Степень (количество) ионизированных молекул растет в направлении  увеличения рН. Оказалось, что кислота наиболее активна при рН 5. В этом случае количество неионизированной салициловой кислоты (рК_а 3,0) составляет 0,99 %, что значительно больше, чем при остальных исследуемых значениях рН.

   Самое простое объяснение заключается  в том, что нейтральные молекулы, а не анионы салициловой кислоты ингибируют деление клеток. Можно было бы сдвинуть интервал исследуемых рН в более кислую область, т. е. в ту область, где будет присутствовать большее количество неионизированных молекул кислоты. Однако при снижении рН в такую кислую область возникает ряд затруднений: во-первых, организм может проявлять чувствительность к изменению рН среды; во- вторых, снижение рН может привести к изменению ионизации мест связывания и соответственно изменению сродства к агенту.

При изучении действия слабых кислот на биологические  объекты доказано, что количество вещества, необходимое для достижения эффекта, остается постоянным независимо от рН среды при условии, что рН по меньшей мере на одну единицу ниже, чем рК_а; в этом случае не происходит ионизации токсического агента.

   В других опытах было также доказано, что эффективность слабых оснований  возрастает с повышением рН, т. е. пропорционально  снижению их ионизации. Аналогичным образом эффективность слабых кислот, как отмечалось, повышается при уменьшении рН, что также связано с уменьшением ионизации.

   Но  подобные эксперименты не дадут окончательного ответа, если не будет осуществлен  контроль, позволяющий выяснить, не влияют ли изменения рН на подопытный организм.

   В этой связи рассмотрим опыт по выявлению  наркотизирующего действия разных веществ  на червя Arenicola. Опыты с неэлектролитами (табл. 2.3), т. е. неионизирующими веществами, показали, что рН среды не влияет на тест-объект.

Зависимость между степенью ионизации  ксенобиотиков и их действием на обездвиживание червя (в г/100 мл морской воды) * 

Ксенобиотики	рН 7,0	рН 8,0	рН 9,0
Неэлектролиты:
Изопропиловый спирт	2,5	2,5	2,5
Изоамиловый спирт	0,1	0,1	0,1
Хлороутол	0,025	0,025	0,025
Слабые  основания (рКа ~ 8,5)	►
Кокаин	0,01	0,005	0,0025
Прокаин	0,002	0,001	0,0005
Бутакаин	0,001	0,0002	0,0002
Барбитуровые  кислоты (рКа ~ 8,0)	<
Изоамил, этил-	0,006	0,025	0,05
Диэтилкарбинил,этил-	0,006	0,012	0,05
Н-Амил, этил-	0,006	0,012	0,05

 

   Эффективность слабых оснований возрастает с повышением рН, т. е. пропорционально подавлению их ионизации. Аналогичным образом эффективность слабых кислот повышается при уменьшении рН, опять же с подавлением ионизации. 
 
 
 

   Литература:

   Экология, охрана природы и экологическая  безопасность.: Учебное пособие/Под ред. проф. В.И.Данилова-Данильяна. В 2 кн. Кн. 1. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 424 с.

Юрин В. М. Основы ксенобиологии: Учеб. пособие / В. М. Юрин.—Мн.: БГУ, 2001.-234 с.