ЛЕКЦИЯ 3 Токсическое действие неорганических веществ Группа веществ, изолируемых минерализацией («Металлические яды») Группа веществ, изолируемых экстракцией водой в сочетании с диализом

Биопроба (кровь, моча, волосы, ногти, ткани органов) Предварительная обработка Удаление фоновых веществ, концентрирование определяемых веществ, обезвоживание, измельчение, удаление белков и липидов Пробоподготовка 1.Без «изолирования» - минерализации химическими способами (ААС) и (АЭС-ИСП), мультиэлем. методы «Изолирование» - процесс выделения неорганических компонентов из биологического материала, его очистки от эндогенных веществ, концентрирование в аналитической пробе. 2. Разложение биологической пробы 2.1. разложение легко- растворимых соединений в воде 2.2. разложение трудно- растворимых соединений в замкнутых сосудах при высоком давлении 2.3. разложение мало- растворимых соединений при обычном давлении Группа веществ, изолируемых минерализацией

-«СУХАЯ», в т.ч. озоление на воздухе и в атмосфере О 2 или иных реакционных газов, термическое разложение или пиролиз (не выше С) -«МОКРАЯ», HNO 3, HClO 4, H 2 SO 4 и др. кислотами в присутствии других окислителей (например H 2 O 2 ) или Kt Минерализация кислотами МИНЕРАЛИЗАЦИЯ Основные процессы : БЕЛОК + ЖИРЫ (ЛИПИДЫ) + УГЛЕВОДЫ + …. Биообъект CO 2 + CO + H 2 O + NH 3 + N 2 + NO 2 + NO

2. Реагент: H 2 SO 4 + O 2 Биопроба – Раст. Возможные потери Pb, Se 3. Реагент: HNO 3 Быстрое озоление в спец. контейнерах (бомбах, автоклавах), тефл. сосуды при С в микроволновой печи. Возможные потери Co, Zn, Mn 1.Реагент: H 2 SO 4 + HNO 3 Биоматериал: Растит. Потери: As, Se,Hg и др. Э а) H 2 SO 4 – не только окислитель, но и водоотнимающий агент б) снижение влажности усиливает окислительные свойства H 2 SO 4 и HNO 3 H 2 SO 4 H 2 O 2 + SO 2 «О» + Н 2 О HO – NO 2 Kt HNO 2 2 NO 2 + Н 2 О 2 Н2ОН2О «О» Kt HNO 2 появляется при част. разложении

6. Реагент: H 2 SO 4 + HClO 4 7. Реагент: HNO 3 + HClO 4 Биопроба - белки, не содержащие липидов Возможна потеря Pb 8. Реагент: H 2 SO 4 + HNO 3 + HClO 4 Потери As, Sb, Hg, Au, Fe 9Реагент: H 2 O 2 + Fe 2+ Проба – мин. образцы, за исключением жиров, пластмассы универсальный реагент HClO 4 Cl 2 O 5 + H 2 O 2 Н2ОН2О Kt – (NH 4 ) 2 MoO 4 5. Реагент: HClO 4 «О» 4. Реагент: HNO 3 + H 2 O 2 Биопроба – Раст. + Ж. Быстрое озоление при низких t 0

NO + NO 2 + 2H 2 SO 4 + H 2 O HOHKcKc HNO 2 + H 2 SO 4 K C = [HSNO 5 ] ·[H 2 O] [H 2 SO 4 ]·[HNO 3 ] В соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, если удалить HNO 2, реакция денитрации пойдет в одном направлении – слева направо Методы удаления окислителей из минерализата - ДЕНИТРАЦИЯ

а) минерализат + 10 – 15 мл Н 2 О б) t С в) СН 2 О, 40% р-р. τ =1-2 мин ХИМИЗМ 4 HNO 2 + 2CH 2 O 2NO + N 2 + 2CO H 2 O 4 HNO CH 2 O 5 CO N H 2 O 2NO + 2O 2 2NO 2 Проба на отсутствие нитратов Пример денитрации

5 типов веществ в зависимости от их поведения в живых системах: 1.Необходимые. 2.Стимуляторы. 3.Инертные. 4.Терапевтические. 5.Токсичные.

Содержание металлов в организме человека (в весовых %) ЭлементСодержание (весовые %) Ca Na K Mg ×10 -2 Энзим- необразующие Fe Zn Cu 5× × ×10 -4 Главные энзим-образующие Mn Mo Ni Cr V Co W 2× × × ×10 -5 ? Более редкие энзим-образователи Биогенные металлы

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

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

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

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

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

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

Поступление с пищей Выведение с калом (70- 80%) всасывание (20-30%) Обмен цинка в организме человека фитаты пищевые волокна Fe 2+,Ca 2+, Cu 2+ Pb 2+, Cd белок пул цинка Zn-содержащие ферменты Zn-металлотионеин (депо в печени) выделение с поджелудочной железой тионеин цинк плазмы выделение с мочой и перспирацией выделение со спермой у мужчин (до 1-3 мг) 20 – 30 %

ЭлементКоличество, в мг Fe Zn5,4-14,5 Cd0,21-0,42 Cu0,71-1,0 Mn0,17-0,20 As0,01 Ag0,005 Cr0,001-0,010 Hg0,002-5,62 Pb0,130 Содержание некоторых элементов в печени человека (на 100 г сырого органа)

ПеченьПочкаГоловной мозгМатка Cu0,56-1,20,24-0,40,31-0,94- Cd0,64-6,781,32-8,48-- Zn2,9-6,71,8-6,2-- Mn0,13-0,40,06-0,28-0,04-0,16 Hg0,01 (-)0,038 (-)-- Содержание некоторых элементов в органах человека (на 100 г органа) Знак минус означает, что данный элемент дробным методом не обнаруживается

Мишени токсического воздействия металлов Влияние формы химического элемента на мишень Биомишени Ферменты ДНКТкани почекНервная система Репродукт ивная система Дыхательн ые пути Гемато энцефа лическ ие барьер ы Цитоскел ет Cd 2+, Hg 2+, Pb 2+, AsO +, As 3 O 4 -, H 3 AsO 4, HasO 2, Cu 2+, Cu +, Cu 0, Zn 2+, Mn 2+, Cr 3+, HCr 2 O 7 -, HcrO 4 - As, Cr 3+, Ni 2+, Be 2+, Cd 2+, Pt 2+, Zn 2+, Mn 2+ Растворимые соединения Hg 2+, Cd 2+, As 3 O 4 3-, H 3 As, Li +, Zn 2+ Pb 2+, Pb(OH) 2, HgCl 2, Hg 2 Cl 2, CH 3 HgCl( CH 3 ) 2 Hg, Al(OH) 3, Al 3+, Li +, Mn 2+ Pb 2+, Cd 2+, Zn 2+ Al 3+, As, Cr, Ni, Zn 0, Cr 3+, HCr 2 O 7 -, HcrO 4 -,, Ag + Pb 2+, Li + Al 3+, Al(OH) 3

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень МишеньФормы поступления БиоматериалАккумулирован ие в органах Pb/120 мгФерменты, плацентарный и гематоэнцефалические барьеры, нервная система Pb 2+, Pb(OH) 2 Волосы, кровь1-печень, почки 2-костная ткань HgФерменты, ткани почек, нервная система Hg 0,соли Hg (I,II), Hg-орг. Моча, кровь, волосы 1-органы дыхания 2-нервная система, почки Cd/50 мгФерменты, ДНК-клеток, репродуктивная система, ткани почек Cd 2+ Моча, волосы1-повреждение лизосом клеток 2-костная ткань As/18 мгДНК, дыхательные пути, гемоглобин, ферменты Орг. арсенаты, оксиды (III,IV), NaAsO 2, AsCl 3, H 3 AsO 4, HgHAsO 4 Моча, волосыПочки, костная ткань Al/ 100 мгсвязывание с фосфатами, цитоскелет, ЦНР, гематоэнцефалические барьеры Al 3+, Al(OH) 3 КровьЛегкие, ЦНС, костная ткань

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень МишеньФормы поступления БиоматериалАккумулирован ие в органах Liгематоэнцефалические барьеры, ЦНС LiH, Li 2 CO 3 КровьМозг, печень, щитовидная железа, кости Cu/100 мгферменты, ткани печени, почек, ЖКТ, ЦНС Cu 2+, Cu +, Cu 0, Cu 2 O, коорд.соед. КровьПечень, почки, кожа Zn/ 1,5-3,0 г ферменты, ЦНС, белки, металломы, ДНК, иммунная система Zn 2+, комплексыКровь, волосыЛегкие, кожа, волосы Cr/6 мгЦНС, ДНКCr 3+, комплексы, HCr 2 O 7 -, HcrO 4 -,, Cr(OH) 3 Кровь, моча, волосы Легкие, кожа, слизистая Moферменты Кровь, моча Coферменты, ДНК, ЦНСCoCl 3, Co 2 (CO 3 ) 3, Co Кровь, мочаЛегкие

Мишени токсического воздействия металлов Элемент/ ср. уровень МишеньФормы поступления БиоматериалАккумулирован ие в органах Ptдыхательные пути, ДНК, ЦНС, ткани почек, РНК, белки Pt 2+, комплексыкровьпочки Agбелки, металломыAg +, AgВолосы, ногти, кровь Легкие, дых. пути, кожа Ni/10 мгферменты, дыхательные пути Ni 2+, Ni(OH) 2, комплексы Легкие, дых. пути Mn/12 мгЦНС, ферментыMn 2+, Mn 3+, MnO(OH), Mn(OH) 2, MnO 4 - Кровь, мочаКостная ткань, ЦНС TlЦНСTl 4+ Волосы, кровькожа, волосы, печень, почки

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

Минеральные кислоты Анализ диализата Indотгон 2) An - 1) рН pH жидкости IndрН перехода Цвет 1,5-3,2Метиловый фиолетовый 0,1-1,5 1,5-3,2 Зеленый фиолетовый 3,0-4,4Метиловый оранжевый 3,1-4,0Красный желтый 3,0-5,2Конго красный3,0-5,2Сине-фиолетовый красный Универсальный индикатор

Реакции 1)с ВаCl 2 2)с Pb(CH 3 COO) 2 3)с родизонатом натрия + BaCl 2 бесцветный красный бесцветный Серная кислота Особенности ХТА: 1. Выделение серной кислоты из биологического материала: добавление С 2 Н 5 ОН (кислота – растворяется, соли – нет) 2. Отгонка серной кислоты 2 H 2 SO 4 + Cu H 2 SO 3 + CuSO 4 + H 2 O H 2 SO 3 SO 2 + H 2 O SO 2 (вода) + J 2 + 2Н 2 О 2H 2 SO 4 + 2HJ

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

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

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

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