يمثل الكائن البشري نظامًا بيولوجيًا معقدًا على مستويات مختلفة من التنظيم ، من المستوى الجزيئي الخلوي إلى الأنسجة والأعضاء. الكائن الحي عبارة عن نظام مفتوح ، يتبادل المادة والطاقة مع البيئة من خلال العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية في توازن ديناميكي. يمكن أن تكون البيئة ملوثة أو ملوثة بمواد سامة مختلفة.

يمكن لاختراق جزيئات أو أيونات المواد السامة من بيئة العمل أو البيئة المعيشية في مثل هذا النظام البيولوجي المنسق بشدة أن يفسد بشكل عكسي أو لا رجعة فيه العمليات الكيميائية الحيوية الخلوية العادية ، أو حتى يؤذي الخلية ويدمرها (انظر "الإصابة الخلوية والموت الخلوي").

يمكن تقسيم اختراق مادة سامة من البيئة إلى مواقع تأثيرها السام داخل الكائن الحي إلى ثلاث مراحل:

1. تشمل مرحلة التعرض جميع العمليات التي تحدث بين مختلف المواد السامة و / أو تأثير العوامل البيئية عليها (الضوء ، درجة الحرارة ، الرطوبة ، إلخ). يمكن أن تحدث التحولات الكيميائية ، التحلل ، التحلل البيولوجي (بواسطة الكائنات الحية الدقيقة) وكذلك تفكك المواد السامة.
2. تشتمل المرحلة الحركية السمية على امتصاص المواد السامة في الكائن الحي وجميع العمليات التي تتبع النقل عن طريق سوائل الجسم ، والتوزيع والتراكم في الأنسجة والأعضاء ، والتحول الأحيائي إلى المستقلبات والتخلص (إفراز) المواد السامة و / أو المستقلبات من الكائن الحي.
3. تشير المرحلة الديناميكية السمية إلى تفاعل المواد السامة (الجزيئات ، الأيونات ، الغرويات) مع مواقع محددة للعمل على أو داخل الخلايا - المستقبلات - مما ينتج عنه تأثيرًا سامًا في النهاية.

 

هنا سنركز اهتمامنا حصريًا على عمليات الحركية السمية داخل الكائن البشري بعد التعرض للمواد السامة في البيئة.

سوف تخترق جزيئات أو أيونات المواد السامة الموجودة في البيئة الكائن الحي من خلال الجلد والغشاء المخاطي ، أو الخلايا الظهارية للجهاز التنفسي والجهاز الهضمي ، اعتمادًا على نقطة الدخول. وهذا يعني أن جزيئات وأيونات المواد السامة يجب أن تخترق الأغشية الخلوية لهذه الأنظمة البيولوجية ، وكذلك من خلال نظام معقد من الأغشية الداخلية داخل الخلية.

تحدث جميع العمليات السمية والديناميكية السامة على المستوى الجزيئي الخلوي. تؤثر العديد من العوامل على هذه العمليات ويمكن تقسيمها إلى مجموعتين أساسيتين:

• الدستور الكيميائي والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد السامة
• هيكل الخلية خاصة خصائص ووظيفة الأغشية حول الخلية وعضياتها الداخلية.

 

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد السامة

في عام 1854 بدأ عالم السموم الروسي EV Pelikan دراسات حول العلاقة بين التركيب الكيميائي لمادة ما ونشاطها البيولوجي - علاقة نشاط التركيب (SAR). يحدد التركيب الكيميائي بشكل مباشر الخواص الفيزيائية والكيميائية ، وبعضها مسؤول عن النشاط البيولوجي.

لتحديد التركيب الكيميائي ، يمكن اختيار العديد من المعلمات كوصفات ، والتي يمكن تقسيمها إلى مجموعات مختلفة:

1. فيزيائي-كيميائي:

• عام - نقطة الانصهار ، نقطة الغليان ، ضغط البخار ، ثابت التفكك (pK_a)
• جهد التأين الكهربائي ، ثابت العزل ، عزم ثنائي القطب ، نسبة الكتلة: نسبة الشحن ، إلخ.
• مادة كيميائية كمومية - الشحنة الذرية ، طاقة الرابطة ، طاقة الرنين ، كثافة الإلكترون ، التفاعل الجزيئي ، إلخ.

 

 2. مجسم: الحجم الجزيئي والشكل ومساحة السطح وشكل البنية التحتية والتفاعل الجزيئي وما إلى ذلك.
 3. الهيكلي: عدد الروابط عدد الحلقات (في المركبات متعددة الحلقات) ، مدى التفرع ، إلخ.

 

لكل مادة سامة من الضروري اختيار مجموعة من الواصفات المتعلقة بآلية نشاط معينة. ومع ذلك ، من وجهة نظر الحركية السمية ، هناك عاملان لهما أهمية عامة لجميع المواد السامة:

• يحدد معامل فاصل نرنست (P) قابلية ذوبان الجزيئات السامة في نظام الأوكتانول (الزيت) المائي ثنائي الطور ، المرتبط بقابليتها للذوبان في الدهون أو الذوبان المائي. ستؤثر هذه المعلمة بشكل كبير على توزيع وتراكم الجزيئات السامة في الكائن الحي.
• ثابت التفكك (pK_a) يحدد درجة التأين (التفكك الإلكتروليتي) لجزيئات المادة السامة إلى كاتيونات وأنيونات مشحونة عند درجة حموضة معينة. يمثل هذا الثابت الرقم الهيدروجيني الذي يتحقق عنده التأين بنسبة 50٪. يمكن أن تكون الجزيئات محبة للدهون أو محبة للماء ، لكن الأيونات قابلة للذوبان حصريًا في ماء سوائل وأنسجة الجسم. معرفة pK_a من الممكن حساب درجة تأين مادة ما لكل درجة حموضة باستخدام معادلة هندرسون-هاسلباخ.

 

بالنسبة للغبار المستنشق والهباء الجوي ، فإن حجم الجسيمات وشكلها ومساحة السطح والكثافة تؤثر أيضًا على حركتها السامة ودينامياتها السامة.

هيكل وخصائص الأغشية

الخلية حقيقية النواة للكائنات البشرية والحيوانية محاطة بغشاء هيولي ينظم نقل المواد ويحافظ على التوازن الخلوي. تمتلك عضيات الخلية (النواة ، الميتوكوندريا) أغشية أيضًا. يتم تجزئة السيتوبلازم الخلوي بواسطة هياكل غشائية معقدة ، وشبكة البلازمية الداخلية ومركب جولجي (الأغشية الداخلية). كل هذه الأغشية متشابهة من الناحية الهيكلية ، ولكنها تختلف في محتوى الدهون والبروتينات.

الهيكل الهيكلي للأغشية عبارة عن طبقة ثنائية من جزيئات الدهون (الفوسفوليبيد ، الشحميات الشحمية ، الكوليسترول). العمود الفقري لجزيء الفسفوليبيد هو الجلسرين مع مجموعتين من مجموعات -OH الخاصة به والتي تم استيرتها بواسطة الأحماض الدهنية الأليفاتية مع 16 إلى 18 ذرة كربون ، والمجموعة الثالثة مؤسترة بواسطة مجموعة فوسفات ومركب نيتروجين (كولين ، إيثانول أمين ، سيرين). في sphyngolipids ، sphyngosine هو القاعدة.

جزيء الدهن برمائي لأنه يتكون من قطبي "رأس" ماء (كحول أميني ، فوسفات ، جلسرين) وتوأم غير قطبي "ذيل" (أحماض دهنية). يتم ترتيب الطبقة الدهنية الثنائية بحيث تشكل الرؤوس المحبة للماء السطح الخارجي والداخلي للغشاء وتمتد ذيول المحبة للدهون نحو الجزء الداخلي من الغشاء ، والذي يحتوي على الماء والأيونات والجزيئات المختلفة.

يتم إدخال البروتينات والبروتينات السكرية في طبقة ثنائية الدهون (بروتينات جوهرية) أو تعلق على سطح الغشاء (بروتينات خارجية). تساهم هذه البروتينات في السلامة الهيكلية للغشاء ، ولكنها قد تؤدي أيضًا وظيفتها كأنزيمات أو ناقلات أو جدران مسامية أو مستقبلات.

يمثل الغشاء بنية ديناميكية يمكن تفكيكها وإعادة بنائها بنسب مختلفة من الدهون والبروتينات ، وفقًا للاحتياجات الوظيفية.

يمثل تنظيم نقل المواد داخل وخارج الخلية إحدى الوظائف الأساسية للأغشية الخارجية والداخلية.

تمر بعض الجزيئات المحبة للدهون مباشرة عبر طبقة ثنائية الدهون. تنتقل الجزيئات والأيونات المحبة للماء عبر المسام. تستجيب الأغشية للظروف المتغيرة عن طريق فتح أو سد مسام معينة بأحجام مختلفة.

تشارك العمليات والآليات التالية في نقل المواد ، بما في ذلك المواد السامة ، عبر الأغشية:

• الانتشار من خلال طبقة ثنائية الدهون
• الانتشار من خلال المسام
• النقل بواسطة ناقل (الانتشار الميسر).

 

العمليات النشطة:

• النقل النشط من قبل شركة النقل
• الالتقام (كثرة الخلايا).

 

التوزيع

يمثل هذا حركة الجزيئات والأيونات من خلال طبقة ثنائية الدهون أو المسام من منطقة ذات تركيز عالٍ ، أو جهد كهربائي مرتفع ، إلى منطقة ذات تركيز أو جهد منخفض ("منحدر"). الفرق في التركيز أو الشحنة الكهربائية هو القوة الدافعة التي تؤثر على شدة التدفق في كلا الاتجاهين. في حالة التوازن ، سيكون التدفق مساوياً للتدفق. يتبع معدل الانتشار قانون فيكي ، الذي ينص على أنه يتناسب طرديًا مع السطح المتاح للغشاء ، والاختلاف في التركيز (الشحنة) ومعامل الانتشار المميز ، ويتناسب عكسيًا مع سمك الغشاء.

تمر الجزيئات الصغيرة المحبة للدهون بسهولة عبر طبقة الغشاء الدهنية ، وفقًا لمعامل تقسيم نيرنست.

سوف تستخدم الجزيئات الكبيرة المحبة للدهون والجزيئات والأيونات القابلة للذوبان في الماء قنوات المسام المائية لمرورها. سيؤثر الحجم والتكوين المجسم على مرور الجزيئات. بالنسبة للأيونات ، إلى جانب الحجم ، سيكون نوع الشحنة أمرًا حاسمًا. يمكن أن تكتسب جزيئات البروتين الموجودة في جدران المسام شحنة موجبة أو سالبة. تميل المسام الضيقة إلى أن تكون انتقائية - تسمح الروابط السالبة الشحنة بالمرور فقط للكاتيونات ، وستسمح الروابط المشحونة إيجابياً بالمرور للأنيونات فقط. مع زيادة قطر المسام ، يكون التدفق الهيدروديناميكي هو السائد ، مما يسمح بالمرور الحر للأيونات والجزيئات ، وفقًا لقانون Poiseuille. هذا الترشيح هو نتيجة للتدرج الأسموزي. في بعض الحالات ، يمكن للأيونات أن تخترق جزيئات معقدة معينة -الأيونوفور- التي يمكن أن تنتجها كائنات دقيقة لها تأثيرات المضادات الحيوية (نونكتين ، فالينومايسين ، جراماسيدين ، إلخ).

الانتشار الميسر أو المحفز

هذا يتطلب وجود ناقل في الغشاء ، وعادة ما يكون جزيء بروتين (بيرميز). يقوم الناقل بربط المواد بشكل انتقائي ، ويشبه مركب الركيزة الإنزيم. يمكن للجزيئات المماثلة (بما في ذلك المواد السامة) التنافس على الناقل المحدد حتى يتم الوصول إلى نقطة التشبع. يمكن أن تتنافس المواد السامة على الناقل وعندما تكون مرتبطة به بشكل لا رجعة فيه ، يتم حظر النقل. معدل النقل هو سمة لكل نوع من الناقلات. إذا تم إجراء النقل في كلا الاتجاهين ، فإنه يسمى انتشار التبادل.

النقل النشط

لنقل بعض المواد الحيوية للخلية ، يتم استخدام نوع خاص من المواد الحاملة ، التي تنتقل عكس تدرج التركيز أو الجهد الكهربائي ("صعودًا"). الحامل ذو خصوصية مفرغة للغاية ويمكن أن يكون مشبعًا.

بالنسبة للنقل الشاق ، فإن الطاقة مطلوبة. يتم الحصول على الطاقة اللازمة عن طريق الانقسام التحفيزي لجزيئات ATP إلى ADP بواسطة إنزيم الأدينوزين ثلاثي الفوسفاتيز (ATP-ase).

يمكن أن تتداخل المواد السامة مع هذا النقل عن طريق التثبيط التنافسي أو غير التنافسي للناقل أو عن طريق تثبيط نشاط ATP-ase.

كثرة الخلايا

كثرة الخلايا يُعرَّف بأنه آلية نقل يقوم فيها غشاء الخلية بتطويق المادة عن طريق الالتواء لتشكيل حويصلة تنقلها عبر الخلية. عندما تكون المادة سائلة ، تسمى العملية كثرة الكريات. في بعض الحالات ، ترتبط المادة بمستقبل وينتقل هذا المركب بواسطة حويصلة غشائية. يستخدم هذا النوع من النقل بشكل خاص بواسطة الخلايا الظهارية في الجهاز الهضمي وخلايا الكبد والكلى.

امتصاص المواد السامة

يتعرض الناس للعديد من المواد السامة الموجودة في بيئة العمل والمعيشة ، والتي يمكن أن تخترق الكائن البشري من خلال ثلاث بوابات رئيسية للدخول:

• عن طريق الجهاز التنفسي عن طريق استنشاق هواء ملوث
• عن طريق الجهاز الهضمي عن طريق تناول الأطعمة والمياه والمشروبات الملوثة
• عن طريق الجلد عن طريق الاختراق الجلدي.

 

في حالة التعرض في الصناعة ، يمثل الاستنشاق الطريقة السائدة لدخول المواد السامة ، يليه اختراق الجلد. في الزراعة ، يكون التعرض لمبيدات الآفات عن طريق الامتصاص الجلدي مساويًا تقريبًا لحالات الاستنشاق والاختراق الجلدي معًا. يتعرض عامة السكان في الغالب عن طريق تناول الأطعمة والمياه والمشروبات الملوثة ، ثم عن طريق الاستنشاق وفي كثير من الأحيان عن طريق اختراق الجلد.

الامتصاص عن طريق الجهاز التنفسي

يمثل الامتصاص في الرئتين المسار الرئيسي لامتصاص العديد من المواد السامة المحمولة جوًا (الغازات ، والأبخرة ، والأبخرة ، والضباب ، والدخان ، والغبار ، والهباء الجوي ، وما إلى ذلك).

يمثل الجهاز التنفسي (RT) نظامًا مثاليًا لتبادل الغازات يمتلك غشاءًا بسطح 30 مترًا² (انتهاء الصلاحية) حتى 100 م² (إلهام عميق) ، يوجد خلفها شبكة من الشعيرات الدموية يبلغ طولها حوالي 2,000 كيلومتر. يتم استيعاب النظام ، الذي تم تطويره من خلال التطور ، في مساحة صغيرة نسبيًا (تجويف الصدر) محميًا بأضلاع.

من الناحية التشريحية والفسيولوجية ، يمكن تقسيم RT إلى ثلاث أقسام:

• الجزء العلوي من RT ، أو الأنفي اللحمي (NP) ، يبدأ من فتحة الأنف ويمتد إلى البلعوم والحنجرة ؛ هذا الجزء بمثابة نظام تكييف الهواء
• شجرة القصبة الهوائية (TB) ، والتي تشمل العديد من الأنابيب ذات الأحجام المختلفة ، والتي تجلب الهواء إلى الرئتين
• المقصورة الرئوية (P) ، والتي تتكون من ملايين الحويصلات الهوائية (الأكياس الهوائية) مرتبة في عناقيد شبيهة بالعنب.

 

يتم امتصاص المواد السامة المحبة للماء بسهولة بواسطة ظهارة المنطقة الأنفية الشريانية. يتم تغطية الظهارة الكاملة لمناطق NP و TB بغشاء من الماء. يتم امتصاص المواد السامة المحبة للدهون جزئيًا في NP و TB ، ولكن في الغالب في الحويصلات الهوائية عن طريق الانتشار من خلال الأغشية الحويصلية الشعرية. يعتمد معدل الامتصاص على تهوية الرئة والناتج القلبي (تدفق الدم عبر الرئتين) وقابلية الذوبان في الدم ومعدل الأيض.

في الحويصلات الهوائية ، يتم إجراء تبادل الغازات. يتكون الجدار السنخي من ظهارة ، وهي إطار خلالي من الغشاء القاعدي والنسيج الضام والبطانة الشعرية. يكون انتشار المواد السامة سريعًا جدًا عبر هذه الطبقات التي يبلغ سمكها حوالي 0.8 ميكرومتر. في الحويصلات الهوائية ، تنتقل المادة السامة من الطور الهوائي إلى الطور السائل (الدم). يعتمد معدل امتصاص المادة السامة (توزيع الهواء إلى الدم) على تركيزها في الهواء السنخي ومعامل تقسيم نيرنست للدم (معامل الذوبان).

يمكن إذابة المادة السامة في الدم في المرحلة السائلة عن طريق عمليات فيزيائية بسيطة أو ترتبط بخلايا الدم و / أو مكونات البلازما وفقًا للألفة الكيميائية أو عن طريق الامتزاز. يبلغ محتوى الماء في الدم 75٪ ، وبالتالي فإن الغازات والأبخرة المحبة للماء تظهر قابلية عالية للذوبان في البلازما (على سبيل المثال ، الكحوليات). عادة ما ترتبط المواد السامة المحبة للدهون (مثل البنزين) بالخلايا أو الجزيئات الكبيرة مثل الزلال.

منذ بداية التعرض في الرئتين ، تحدث عمليتان متعاكستان: الامتصاص والامتصاص. يعتمد التوازن بين هذه العمليات على تركيز المادة السامة في الهواء السنخي والدم. في بداية التعرض ، يكون تركيز المادة السامة في الدم صفراً ويبلغ الاحتفاظ بالدم حوالي 0٪. مع استمرار التعرض ، يتحقق التوازن بين الامتصاص والامتصاص. سوف تصل المواد السامة المحبة للماء إلى التوازن بسرعة ، ويعتمد معدل الامتصاص على التهوية الرئوية بدلاً من تدفق الدم. تحتاج المواد السامة المحبة للدهون إلى وقت أطول لتحقيق التوازن ، وهنا يتحكم تدفق الدم غير المشبع في معدل الامتصاص.

يعتمد ترسيب الجسيمات والهباء الجوي في RT على العوامل الفيزيائية والفسيولوجية ، وكذلك حجم الجسيمات. باختصار ، كلما كان الجسيم أصغر كلما تعمق اختراقه في RT.

يشير الاحتفاظ المنخفض الثابت نسبيًا بجزيئات الغبار في رئتي الأشخاص المعرضين بشدة (مثل عمال المناجم) إلى وجود نظام فعال للغاية لإزالة الجسيمات. في الجزء العلوي من RT (القصبة الهوائية) ، تقوم بطانية مخاطية الهدبية بالتخليص. في الجزء الرئوي ، تعمل ثلاث آليات مختلفة: (1) البطانية المخاطية الهدبية ، (2) البلعمة و (3) الاختراق المباشر للجسيمات من خلال الجدار السنخي.

تمتلك أول 17 فرعًا من أصل 23 فرعًا لشجرة القصبة الهوائية خلايا طلائية مهدبة. من خلال ضرباتهم ، تحرك هذه الأهداب باستمرار بطانية مخاطية نحو الفم. سيتم ابتلاع الجسيمات المترسبة على البطانية المخاطية الهدبية في الفم (الابتلاع). تغطي البطانية المخاطية أيضًا سطح الظهارة السنخية ، وتتجه نحو البطانية المخاطية الهدبية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الخلايا المتخصصة المتحركة - البالعات - تبتلع الجسيمات والكائنات الدقيقة في الحويصلات الهوائية وتهاجر في اتجاهين محتملين:

• نحو البطانية المخاطية الهدبية التي تنقلها إلى الفم
• من خلال الفراغات بين الخلايا للجدار السنخي إلى الجهاز اللمفاوي للرئتين ؛ كما يمكن للجسيمات أن تخترق مباشرة من خلال هذا الطريق.

 

الامتصاص عن طريق الجهاز الهضمي

يمكن تناول المواد السامة في حالة البلع العرضي ، أو تناول الأطعمة والمشروبات الملوثة ، أو ابتلاع الجزيئات التي تم التخلص منها من RT.

تم بناء القناة الهضمية بأكملها ، من المريء إلى فتحة الشرج ، بنفس الطريقة. الطبقة المخاطية (الظهارة) مدعومة بنسيج ضام ثم بشبكة من الشعيرات الدموية والعضلات الملساء. تتجعد ظهارة سطح المعدة بشدة لزيادة مساحة سطح الامتصاص / الإفراز. تحتوي منطقة الأمعاء على العديد من النتوءات الصغيرة (الزغابات) ، والتي تكون قادرة على امتصاص المواد عن طريق "الضخ". تبلغ المساحة النشطة للامتصاص في الأمعاء حوالي 100 متر².

في الجهاز الهضمي (GIT) ، تكون جميع عمليات الامتصاص نشطة للغاية:

•  النقل عبر الخلايا عن طريق الانتشار عبر الطبقة الدهنية و / أو مسام أغشية الخلايا ، وكذلك الترشيح المسامي
•  انتشار paracellular من خلال التقاطعات بين الخلايا
•  تسهيل الانتشار والنقل النشط
•  الالتقام وآلية ضخ الزغابات.

 

تستخدم بعض أيونات المعادن السامة أنظمة نقل متخصصة للعناصر الأساسية: يستخدم الثاليوم والكوبالت والمنغنيز نظام الحديد ، بينما يبدو أن الرصاص يستخدم نظام الكالسيوم.

تؤثر العديد من العوامل على معدل امتصاص المواد السامة في أجزاء مختلفة من الجهاز الهضمي:

• الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد السامة ، وخاصة معامل تقسيم نيرنست وثابت التفكك ؛ بالنسبة للجسيمات ، فإن حجم الجسيمات مهم - فكلما كان الحجم أصغر ، زادت قابلية الذوبان
• كمية الطعام الموجودة في الجهاز الهضمي (تأثير مخفف)
• وقت الإقامة في كل جزء من أجزاء الجهاز الهضمي (من بضع دقائق في الفم إلى ساعة واحدة في المعدة إلى عدة ساعات في الأمعاء
• منطقة الامتصاص والقدرة الاستيعابية للظهارة
• الأس الهيدروجيني المحلي ، الذي يتحكم في امتصاص المواد السامة المنفصلة ؛ في الأس الهيدروجيني الحمضي للمعدة ، سيتم امتصاص المركبات الحمضية غير المنفصلة بسرعة أكبر
• التمعج (حركة الأمعاء بالعضلات) وتدفق الدم المحلي
• تحول إفرازات المعدة والأمعاء المواد السامة إلى منتجات قابلة للذوبان أكثر أو أقل ؛ الصفراء عامل استحلاب ينتج المزيد من المجمعات القابلة للذوبان (التغذية المائية)
• التعرض المشترك للمواد السامة الأخرى ، والتي يمكن أن تنتج تأثيرات تآزرية أو معاكسة في عمليات الامتصاص
• وجود عوامل معقدة / مخلبية
• تأثير الميكروفلورا في RT (حوالي 1.5 كجم) ، حوالي 60 نوعًا من البكتيريا المختلفة التي يمكنها إجراء التحول الأحيائي للمواد السامة.

 

من الضروري أيضًا ذكر الدوران المعوي الكبدي. تفرز المواد السامة القطبية و / أو المستقلبات (الغلوكورونيدات والمقارنات الأخرى) مع الصفراء في الاثني عشر. هنا تقوم إنزيمات البكتيريا بإجراء التحلل المائي ويمكن إعادة امتصاص المنتجات المحررة ونقلها عن طريق الوريد البابي إلى الكبد. هذه الآلية خطيرة للغاية في حالة المواد السامة للكبد ، مما يتيح تراكمها المؤقت في الكبد.

في حالة المواد السامة التي تتحول حيوياً في الكبد إلى مستقلبات أقل سمية أو غير سامة ، قد يمثل الابتلاع بوابة دخول أقل خطورة. بعد الامتصاص في الجهاز الهضمي ، يتم نقل هذه المواد السامة عن طريق الوريد البابي إلى الكبد ، وهناك يمكن إزالة السموم منها جزئيًا عن طريق التحول الأحيائي.

الامتصاص عن طريق الجلد (عن طريق الجلد ، عن طريق الجلد)

الجلد (1.8 م² من السطح في الإنسان البالغ) مع الأغشية المخاطية لفتحات الجسم ، تغطي سطح الجسم. إنه يمثل حاجزًا ضد العوامل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية ، ويحافظ على سلامة الجسم والتوازن وأداء العديد من المهام الفسيولوجية الأخرى.

يتكون الجلد بشكل أساسي من ثلاث طبقات: البشرة والجلد الحقيقي (الأدمة) والأنسجة تحت الجلد (اللحمة). من وجهة نظر السموم ، فإن البشرة هي الأكثر أهمية هنا. إنه مبني من طبقات عديدة من الخلايا. السطح القرني للخلايا الميتة المفلطحة (الطبقة القرنية) هي الطبقة العليا ، والتي توجد تحتها طبقة مستمرة من الخلايا الحية (الطبقة القرنية المدمجة) ، يليها غشاء دهني نموذجي ، ثم الطبقة الصافية ، والطبقة النحوية والطبقة مخاط. يمثل الغشاء الدهني حاجزًا وقائيًا ، ولكن في الأجزاء المشعرة من الجلد ، تخترق بصيلات الشعر وقنوات الغدد العرقية من خلاله. لذلك ، يمكن أن يحدث امتصاص الجلد من خلال الآليات التالية:

• الامتصاص عبر الجلد عن طريق الانتشار عبر الغشاء الدهني (الحاجز) ، في الغالب عن طريق المواد المحبة للدهون (المذيبات العضوية ، المبيدات الحشرية ، إلخ) وإلى حدٍ ما بواسطة بعض المواد المحبة للماء من خلال المسام
• يمتص الامتصاص الجريبي حول ساق الشعر في بصيلات الشعر ، متجاوزًا حاجز الغشاء ؛ يحدث هذا الامتصاص فقط في مناطق الجلد المشعرة
• الامتصاص عن طريق قنوات الغدد العرقية التي تبلغ مساحة مقطعها حوالي 0.1 إلى 1٪ من مساحة الجلد الكلية (الامتصاص النسبي بهذه النسبة)
• الامتصاص عن طريق الجلد عند الإصابة ميكانيكياً أو حرارياً أو كيميائياً أو بسبب أمراض جلدية ؛ هنا تتعطل طبقات الجلد ، بما في ذلك الحاجز الدهني ، والطريق مفتوح أمام دخول المواد السامة والعوامل الضارة.

 

يعتمد معدل الامتصاص عبر الجلد على عدة عوامل:

• تركيز المادة السامة ، نوع المركبة (متوسطة) ، وجود مواد أخرى
• محتوى الماء في الجلد ، ودرجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، وتدفق الدم المحلي ، والعرق ، ومساحة الجلد الملوثة ، وسماكة الجلد
• الخصائص التشريحية والفسيولوجية للجلد بسبب الجنس والعمر والاختلافات الفردية والاختلافات التي تحدث في مختلف المجموعات العرقية والأعراق ، إلخ.

نقل المواد السامة عن طريق الدم واللمف

بعد امتصاص أي من بوابات الدخول هذه ، ستصل المواد السامة إلى الدم أو الليمفاوية أو سوائل الجسم الأخرى. يمثل الدم الوسيلة الرئيسية لنقل المواد السامة ومستقلباتها.

الدم عبارة عن عضو يدور في السوائل ، ينقل الأكسجين الضروري والمواد الحيوية إلى الخلايا ويزيل فضلات التمثيل الغذائي. يحتوي الدم أيضًا على مكونات خلوية وهرمونات وجزيئات أخرى تشارك في العديد من الوظائف الفسيولوجية. يتدفق الدم داخل الأوعية الدموية المغلقة نسبيًا وذات الضغط المرتفع ، مدفوعًا بنشاط القلب. بسبب الضغط العالي ، يحدث تسرب للسوائل. يمثل الجهاز الليمفاوي نظام الصرف ، على شكل شبكة دقيقة من الشعيرات الدموية الليمفاوية الصغيرة ذات الجدران الرقيقة المتفرعة عبر الأنسجة والأعضاء الرخوة.

الدم هو خليط من الطور السائل (البلازما ، 55٪) وخلايا الدم الصلبة (45٪). تحتوي البلازما على البروتينات (الألبومين ، الجلوبيولين ، الفيبرينوجين) ، الأحماض العضوية (اللاكتيك ، الجلوتاميك ، الستريك) والعديد من المواد الأخرى (الدهون ، البروتينات الدهنية ، البروتينات السكرية ، الإنزيمات ، الأملاح ، الكائنات الحية الدقيقة ، إلخ). تشمل عناصر خلايا الدم كريات الدم الحمراء (Er) ، والكريات البيض ، والخلايا الشبكية ، والوحيدات ، والصفائح الدموية.

يتم امتصاص المواد السامة في صورة جزيئات وأيونات. تشكل بعض المواد السامة عند درجة حموضة الدم جزيئات غروانية كشكل ثالث في هذا السائل. للجزيئات والأيونات والغرويات من المواد السامة احتمالات مختلفة للنقل في الدم:

•  أن تكون مرتبطة جسديًا أو كيميائيًا بعناصر الدم ، ومعظمها Er
•  ليتم إذابته جسديًا في البلازما في حالة حرة
•  أن يرتبط بنوع واحد أو أكثر من بروتينات البلازما ، المعقدة مع الأحماض العضوية أو مرتبطة بأجزاء أخرى من البلازما.

 

توجد معظم المواد السامة في الدم جزئيًا في حالة حرة في البلازما ومرتبطة جزئيًا بخلايا الدم الحمراء ومكونات البلازما. يعتمد التوزيع على ألفة المواد السامة لهذه المكونات. جميع الكسور في حالة توازن ديناميكي.

يتم نقل بعض المواد السامة عن طريق عناصر الدم - غالبًا عن طريق كريات الدم الحمراء ، ونادرًا ما يتم نقلها عن طريق الكريات البيض. يمكن امتصاص المواد السامة على سطح Er ، أو يمكن أن ترتبط بروابط السدى. إذا تغلغلوا في Er فيمكنهم الارتباط بالهيم (مثل أول أكسيد الكربون والسيلينيوم) أو بالجلوبين (Sb¹¹¹، بو²¹⁰). بعض المواد السامة التي تنقلها Er هي الزرنيخ والسيزيوم والثوريوم والرادون والرصاص والصوديوم. يرتبط الكروم سداسي التكافؤ حصريًا بـ Er و الكروم ثلاثي التكافؤ ببروتينات البلازما. بالنسبة للزنك ، تحدث المنافسة بين Er والبلازما. يتم نقل حوالي 96٪ من الرصاص بواسطة Er. يرتبط الزئبق العضوي في الغالب بـ Er وينقل الزئبق غير العضوي في الغالب بواسطة ألبومين البلازما. تحمل Er الأجزاء الصغيرة من البريليوم والنحاس والتيلوريوم واليورانيوم.

يتم نقل غالبية المواد السامة عن طريق بروتينات البلازما أو البلازما. توجد العديد من الإلكتروليتات على شكل أيونات في حالة توازن مع جزيئات غير مفككة حرة أو مرتبطة بأجزاء البلازما. هذا الجزء الأيوني من المواد السامة قابل للانتشار بشكل كبير ، حيث يخترق جدران الشعيرات الدموية في الأنسجة والأعضاء. يمكن إذابة الغازات والأبخرة في البلازما.

تبلغ مساحة سطح بروتينات البلازما حوالي 600 إلى 800 كيلومتر² عرضت لامتصاص المواد السامة. تمتلك جزيئات الألبومين حوالي 109 كاتيوني و 120 رابطة أنيونية في التخلص من الأيونات. يحمل الألبومين العديد من الأيونات جزئيًا (على سبيل المثال ، النحاس والزنك والكادميوم) ، مثل مركبات مثل دينترو- وكريسول أورثو- ومشتقات النيترو والهالوجين للهيدروكربونات العطرية والفينولات.

تنقل جزيئات الجلوبيولين (ألفا وبيتا) جزيئات صغيرة من المواد السامة وكذلك بعض الأيونات المعدنية (النحاس والزنك والحديد) والجزيئات الغروانية. يُظهر الفيبرينوجين تقاربًا لبعض الجزيئات الصغيرة. يمكن أن تشارك أنواع عديدة من الروابط في ربط المواد السامة ببروتينات البلازما: قوى فان دير فالس ، جذب الشحنات ، الارتباط بين المجموعات القطبية وغير القطبية ، جسور الهيدروجين ، الروابط التساهمية.

تنقل البروتينات الدهنية في البلازما المواد السامة المحبة للدهون مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تعمل كسور البلازما الأخرى كوسيلة نقل أيضًا. يقترح تقارب المواد السامة لبروتينات البلازما تقاربها للبروتينات في الأنسجة والأعضاء أثناء التوزيع.

تشكل الأحماض العضوية (اللاكتيك ، الجلوتامين ، الستريك) معقدات تحتوي على بعض المواد السامة. الأتربة القلوية والأتربة النادرة ، بالإضافة إلى بعض العناصر الثقيلة على شكل كاتيونات ، تكون معقدًا أيضًا بالأكسجين العضوي والأحماض الأمينية. عادة ما تكون كل هذه المجمعات قابلة للانتشار ويمكن توزيعها بسهولة في الأنسجة والأعضاء.

تتنافس عوامل التخلب الفسيولوجية في البلازما مثل الترانسفيرين والميتالوثيونين مع الأحماض العضوية والأحماض الأمينية على الكاتيونات لتكوين مخلّبات مستقرة.

يتم إزالة الأيونات الحرة القابلة للانتشار وبعض المركبات وبعض الجزيئات الحرة بسهولة من الدم إلى الأنسجة والأعضاء. يكون الجزء الحر من الأيونات والجزيئات في حالة توازن ديناميكي مع الجزء المرتبط. يتحكم تركيز المادة السامة في الدم في معدل انتشارها في الأنسجة والأعضاء ، أو انتقالها منها إلى الدم.

توزيع المواد السامة في الجسم

يمكن تقسيم الكائن البشري إلى ما يلي مقصورات. (1) الأعضاء الداخلية ، (2) الجلد والعضلات ، (3) الأنسجة الدهنية ، (4) النسيج الضام والعظام. يعتمد هذا التصنيف في الغالب على درجة نضح الأوعية الدموية (الدم) بترتيب تنازلي. على سبيل المثال ، الأعضاء الداخلية (بما في ذلك الدماغ) ، والتي تمثل 12٪ فقط من إجمالي وزن الجسم ، تتلقى حوالي 75٪ من إجمالي حجم الدم. من ناحية أخرى ، تتلقى الأنسجة الضامة والعظام (15٪ من إجمالي وزن الجسم) XNUMX٪ فقط من إجمالي حجم الدم.

تحقق الأعضاء الداخلية المروية جيدًا عمومًا أعلى تركيز للمواد السامة في أقصر وقت ، بالإضافة إلى التوازن بين الدم وهذه الحيز. إن امتصاص المواد السامة من قبل الأنسجة الأقل تروية يكون أبطأ بكثير ، لكن الاحتفاظ بها أعلى ومدة البقاء أطول بكثير (التراكم) بسبب انخفاض التروية.

هناك ثلاثة مكونات ذات أهمية كبيرة لتوزيع المواد السامة داخل الخلايا: محتوى الماء والدهون والبروتينات في خلايا الأنسجة والأعضاء المختلفة. يتبع ترتيب المقصورات المذكور أعلاه أيضًا عن كثب انخفاض محتوى الماء في خلاياهم. سوف يتم توزيع المواد السامة المحبة للماء بسرعة أكبر على سوائل الجسم والخلايا ذات المحتوى المائي العالي ، والمواد السامة المحبة للدهون إلى الخلايا ذات المحتوى الدهني العالي (الأنسجة الدهنية).

يمتلك الكائن الحي بعض الحواجز التي تعيق تغلغل بعض مجموعات المواد السامة ، ومعظمها محبة للماء ، إلى أعضاء وأنسجة معينة ، مثل:

• الحاجز الدموي الدماغي (الحاجز النخاعي) ، والذي يقيد تغلغل الجزيئات الكبيرة والمواد السامة المحبة للماء في الدماغ والجهاز العصبي المركزي ؛ يتكون هذا الحاجز من طبقة مترابطة من الخلايا البطانية ؛ وبالتالي ، يمكن أن تخترق المواد السامة المحبة للدهون من خلاله
• حاجز المشيمة ، الذي له تأثير مماثل على تغلغل المواد السامة في الجنين من دم الأم.
• الحاجز النسيجي الدموي في جدران الشعيرات الدموية ، والذي يكون نافذًا للجزيئات الصغيرة والمتوسطة الحجم ، وللبعض الجزيئات الكبيرة ، وكذلك الأيونات.

 

كما لوحظ سابقًا ، تتوفر فقط الأشكال الحرة من المواد السامة في البلازما (الجزيئات والأيونات والغرويات) للاختراق من خلال جدران الشعيرات الدموية المشاركة في التوزيع. هذا الكسر الحر في توازن ديناميكي مع الكسر المنضم. يكون تركيز المواد السامة في الدم في حالة توازن ديناميكي مع تركيزها في الأعضاء والأنسجة ، والتحكم في الاحتفاظ (التراكم) أو التعبئة منها.

تلعب حالة الكائن الحي والحالة الوظيفية للأعضاء (خاصة التنظيم العصبي الخلطي) والتوازن الهرموني وعوامل أخرى دورًا في التوزيع.

عادة ما يكون الاحتفاظ بالمادة السامة في حجرة معينة مؤقتًا ويمكن أن تحدث إعادة التوزيع في الأنسجة الأخرى. يعتمد الاستبقاء والتراكم على الفرق بين معدلات الامتصاص والقضاء. يتم التعبير عن مدة الاحتفاظ في الحجرة بنصف العمر البيولوجي. هذه هي الفترة الزمنية التي يتم فيها إزالة 50٪ من المادة السامة من الأنسجة أو العضو وإعادة توزيعها أو نقلها أو إزالتها من الكائن الحي.

تحدث عمليات التحول الأحيائي أثناء التوزيع والاحتفاظ في مختلف الأعضاء والأنسجة. ينتج التحول الأحيائي المزيد من الأيضات القطبية والأكثر محبة للماء ، والتي يتم التخلص منها بسهولة أكبر. سيؤدي انخفاض معدل التحول الأحيائي لمادة سامة محبة للدهون بشكل عام إلى تراكمها في حجرة.

يمكن تقسيم المواد السامة إلى أربع مجموعات رئيسية وفقًا لتقاربها ، والاحتفاظ السائد والتراكم في حجرة معينة:

1. يتم توزيع المواد السامة القابلة للذوبان في سوائل الجسم بشكل موحد وفقًا لمحتوى الماء في الأجزاء. يتم توزيع العديد من الكاتيونات أحادية التكافؤ (مثل الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم) وبعض الأنيونات (مثل الكلور والبروم) وفقًا لهذا النمط.
2. تظهر المواد السامة المحبة للدهون تقاربًا كبيرًا للأعضاء الغنية بالدهون (CNS) والأنسجة (الدهنية ، الدهنية).
3. يتم بعد ذلك محاصرة المواد السامة التي تشكل جزيئات غروانية بواسطة خلايا متخصصة في الجهاز الشبكي البطاني (RES) للأعضاء والأنسجة. يتم توزيع الكاتيونات ثلاثية ورباعية التكافؤ (اللانثانم والسيزيوم والهافنيوم) في RES للأنسجة والأعضاء.
4. تشمل المواد السامة التي تظهر تقاربًا كبيرًا للعظام والأنسجة الضامة (العناصر المؤثرة في العظام ، الباحثين عن العظام) الكاتيونات ثنائية التكافؤ (على سبيل المثال ، الكالسيوم ، الباريوم ، السترونتيوم ، الرادون ، البريليوم ، الألمنيوم ، الكادميوم ، الرصاص).

 

التراكم في الأنسجة الغنية بالدهون

"الرجل القياسي" الذي يبلغ وزنه 70 كجم يحتوي على حوالي 15٪ من وزن الجسم على شكل أنسجة دهنية ، تزداد مع السمنة إلى 50٪. ومع ذلك ، فإن هذا الجزء الدهني لا يتم توزيعه بشكل موحد. الدماغ (CNS) هو عضو غني بالدهون ، والأعصاب الطرفية ملفوفة بغمد المايلين الغني بالدهون وخلايا شوان. كل هذه الأنسجة توفر إمكانيات لتراكم المواد السامة المحبة للدهون.

سيتم توزيع العديد من المواد السامة غير المنحل بالكهرباء وغير القطبية مع معامل تقسيم نيرنست المناسب على هذه الحجرة ، بالإضافة إلى العديد من المذيبات العضوية (الكحوليات ، والألدهيدات ، والكيتونات ، وما إلى ذلك) ، والهيدروكربونات المكلورة (بما في ذلك المبيدات الحشرية الكلورية العضوية مثل DDT) ، بعض الغازات الخاملة (الرادون) ، إلخ.

سوف تتراكم الأنسجة الدهنية المواد السامة بسبب انخفاض الأوعية الدموية وانخفاض معدل التحول الأحيائي. قد يمثل تراكم المواد السامة هنا نوعًا من "التعادل" المؤقت بسبب عدم وجود أهداف للتأثيرات السامة. ومع ذلك ، فإن الخطر المحتمل على الكائن الحي موجود دائمًا بسبب إمكانية نقل المواد السامة من هذه المقصورة إلى الدورة الدموية.

يعتبر ترسب المواد السامة في الدماغ (CNS) أو الأنسجة الغنية بالدهون من غمد المايلين للجهاز العصبي المحيطي أمرًا خطيرًا للغاية. تترسب المواد السامة للأعصاب هنا بجوار أهدافها مباشرة. يمكن أن تسبب المواد السامة المحتجزة في الأنسجة الغنية بالدهون في الغدد الصماء اضطرابات هرمونية. على الرغم من الحاجز الدموي الدماغي ، فإن العديد من المواد السامة للأعصاب ذات الطبيعة المحبة للدهون تصل إلى الدماغ (CNS): التخدير ، والمذيبات العضوية ، والمبيدات الحشرية ، ورابع إيثيل الرصاص ، ومضادات الأكسدة العضوية ، وما إلى ذلك.

الاحتفاظ في الجهاز الشبكي البطاني

في كل نسيج وعضو ، تكون نسبة معينة من الخلايا متخصصة في نشاط البلعمة ، وابتلاع الكائنات الحية الدقيقة ، والجزيئات ، والجزيئات الغروانية ، وما إلى ذلك. يُطلق على هذا النظام اسم الجهاز الشبكي البطاني (RES) ، والذي يشمل الخلايا الثابتة وكذلك الخلايا المتحركة (الخلايا البالعة). هذه الخلايا موجودة في شكل غير نشط. ستؤدي زيادة الميكروبات والجزيئات المذكورة أعلاه إلى تنشيط الخلايا حتى نقطة التشبع.

سيتم التقاط المواد السامة في شكل الغرويات بواسطة RES للأعضاء والأنسجة. يعتمد التوزيع على حجم الجسيمات الغروانية. بالنسبة للجزيئات الأكبر ، يفضل الاحتفاظ في الكبد. مع وجود جزيئات غروانية أصغر ، سيحدث توزيع موحد أكثر أو أقل بين الطحال ونخاع العظام والكبد. إزالة الغرويات من RES بطيئة للغاية ، على الرغم من إزالة الجسيمات الصغيرة بسرعة أكبر نسبيًا.

تراكم العظام

يمكن التعرف على حوالي 60 عنصرًا كعناصر عظمية أو باحثين عن العظام.

يمكن تقسيم العناصر الموجه للعظم إلى ثلاث مجموعات:

1. العناصر التي تمثل أو تحل محل المكونات الفسيولوجية للعظام. عشرون عنصرًا من هذا القبيل موجودة بكميات أعلى. يظهر الآخرون بكميات ضئيلة. في ظل ظروف التعرض المزمن ، يمكن أن تدخل المعادن السامة مثل الرصاص والألمنيوم والزئبق في المصفوفة المعدنية لخلايا العظام.
2. الأتربة القلوية والعناصر الأخرى التي تشكل الكاتيونات ذات القطر الأيوني المشابه لقطر الكالسيوم قابلة للاستبدال معها في معادن العظام. أيضًا ، يمكن استبدال بعض الأنيونات بأنيونات (فوسفات ، هيدروكسيل) من معادن العظام.
3. قد يتم امتصاص العناصر المكونة للغروانيات الدقيقة (الأتربة النادرة) على سطح المعدن العظمي.

 

يمثل الهيكل العظمي للرجل القياسي 10 إلى 15 ٪ من إجمالي وزن الجسم ، وهو ما يمثل مستودع تخزين كبير محتمل للمواد السامة للعظام. العظام هو نسيج عالي التخصص يتكون من 54٪ معادن و 38٪ مادة عضوية. المصفوفة المعدنية للعظام هي هيدروكسيباتيت ، كاليفورنيا₁₀(أ ف ب₄)₆(OH)₂ ، حيث تكون نسبة الكالسيوم إلى الفوسفور حوالي 1.5 إلى واحد. تبلغ مساحة سطح المعدن المتاح للامتصاص حوالي 100 متر² لكل غرام من العظام.

يمكن تقسيم النشاط الأيضي لعظام الهيكل العظمي إلى فئتين:

• العظم النشط الأيضي ، حيث تكون عمليات الارتشاف وتكوين العظام الجديدة ، أو إعادة تشكيل العظام الموجودة ، واسعة جدًا
• عظم مستقر مع معدل منخفض من إعادة التشكيل أو النمو.

 

في الجنين ، تمثل العظام الأيضية للرضع والأطفال الصغار (انظر "الهيكل العظمي المتاح") ما يقرب من 100٪ من الهيكل العظمي. مع تقدم العمر تنخفض هذه النسبة المئوية من العظام الأيضية. يظهر دمج المواد السامة أثناء التعرض في العظم الأيضي وفي حجيرات تقلب ببطء.

يحدث دمج المواد السامة في العظام بطريقتين:

1. بالنسبة للأيونات ، يحدث التبادل الأيوني مع كاتيونات الكالسيوم الموجودة فسيولوجيًا ، أو الأنيونات (الفوسفات ، الهيدروكسيل).
2. بالنسبة للمواد السامة التي تشكل جزيئات غروانية ، يحدث الامتزاز على سطح المعدن.

 

تفاعلات التبادل الأيوني

يمثل معدن العظم ، هيدروكسيباتيت ، نظام تبادل أيوني معقد. يمكن استبدال كاتيونات الكالسيوم بمختلف الكاتيونات. يمكن أيضًا تبادل الأنيونات الموجودة في العظام بواسطة الأنيونات: الفوسفات مع السترات والكربونات ، الهيدروكسيل مع الفلور. الأيونات غير القابلة للتبديل يمكن أن تمتص على السطح المعدني. عندما يتم دمج الأيونات السامة في المعدن ، يمكن لطبقة جديدة من المعدن أن تغطي السطح المعدني ، ودفن المواد السامة في بنية العظام. التبادل الأيوني هو عملية قابلة للعكس تعتمد على تركيز الأيونات ودرجة الحموضة وحجم السائل. وهكذا ، على سبيل المثال ، قد تؤدي زيادة الكالسيوم الغذائي إلى تقليل ترسب الأيونات السامة في شبكة المعادن. لقد ذكر أنه مع تقدم العمر تنخفض النسبة المئوية للعظام الأيضية ، على الرغم من استمرار التبادل الأيوني. مع تقدم العمر ، يحدث ارتشاف معادن العظام ، حيث تقل كثافة العظام بالفعل. في هذه المرحلة ، يمكن إطلاق المواد السامة في العظام (مثل الرصاص).

حوالي 30٪ من الأيونات المدمجة في معادن العظام مرتبطة بشكل غير محكم ويمكن تبادلها ، والتقاطها بواسطة عوامل مخلبية طبيعية وإخراجها ، مع عمر نصف بيولوجي يبلغ 15 يومًا. الـ 70٪ الباقية ملتزمة بقوة أكبر. يُظهر تعبئة وإفراز هذا الجزء عمرًا بيولوجيًا يبلغ 2.5 سنة وأكثر اعتمادًا على نوع العظام (عمليات إعادة التشكيل).

يمكن للعوامل المخلبية (Ca-EDTA ، البنسيلامين ، BAL ، إلخ) تعبئة كميات كبيرة من بعض المعادن الثقيلة ، ويزداد إفرازها في البول بشكل كبير.

الامتزاز الغرواني

يتم امتصاص جزيئات الغروانية كغشاء على السطح المعدني (100 م² لكل ز) بواسطة قوى فان دير فال أو الامتصاص الكيميائي. هذه الطبقة من الغرويات على الأسطح المعدنية مغطاة بالطبقة التالية من المعادن المشكلة ، والمواد السامة مدفونة أكثر في بنية العظام. يعتمد معدل التعبئة والقضاء على عمليات إعادة التشكيل.

تراكم في الشعر والأظافر

يحتوي الشعر والأظافر على الكيراتين ، مع مجموعات الكبريتيد القادرة على تخليب الكاتيونات المعدنية مثل الزئبق والرصاص.

توزيع مادة سامة داخل الخلية

في الآونة الأخيرة ، أصبح توزيع المواد السامة ، وخاصة بعض المعادن الثقيلة ، داخل خلايا الأنسجة والأعضاء أمرًا مهمًا. باستخدام تقنيات التنبيذ الفائق ، يمكن فصل أجزاء مختلفة من الخلية لتحديد محتواها من أيونات المعادن والمواد السامة الأخرى.

كشفت الدراسات التي أجريت على الحيوانات أنه بعد اختراق الخلية ، ترتبط بعض أيونات المعادن ببروتين معين ، ميتالوثيونين. يوجد هذا البروتين ذو الوزن الجزيئي المنخفض في خلايا الكبد والكلى والأعضاء والأنسجة الأخرى. يمكن لمجموعات الكبريتيدريل أن تربط ستة أيونات لكل جزيء. يؤدي زيادة وجود أيونات المعادن إلى تحفيز التخليق الحيوي لهذا البروتين. أيونات الكادميوم هي المحفز الأكثر فاعلية. يعمل الميتالوثيونين أيضًا على الحفاظ على توازن أيونات النحاس والزنك الحيوية. يمكن أن يربط الميتالوثيونين الزنك والنحاس والكادميوم والزئبق والبزموت والذهب والكوبالت وغيرها من الكاتيونات.

التحول البيولوجي والقضاء على المواد السامة

أثناء الاحتفاظ في خلايا الأنسجة والأعضاء المختلفة ، تتعرض المواد السامة إلى إنزيمات يمكنها تحويلها (استقلابها) ، وإنتاج المستقلبات. هناك العديد من المسارات للتخلص من المواد السامة و / أو المستقلبات: عن طريق الهواء الزفير عبر الرئتين ، والبول عبر الكلى ، والصفراء عبر الجهاز الهضمي ، والعرق عبر الجلد ، واللعاب عبر الغشاء المخاطي للفم ، والحليب عن طريق الغدد الثديية ، وعن طريق الشعر والأظافر عن طريق النمو الطبيعي ودوران الخلايا.

يعتمد التخلص من المادة السامة الممتصة على بوابة الدخول. تبدأ عملية الامتصاص / الامتصاص في الرئتين على الفور ويتم التخلص من المواد السامة جزئيًا عن طريق هواء الزفير. إن القضاء على المواد السامة التي تمتصها مسارات الدخول الأخرى مطول ويبدأ بعد النقل بالدم ، ويكتمل في النهاية بعد التوزيع والتحول الأحيائي. أثناء الامتصاص يوجد توازن بين تركيزات مادة سامة في الدم والأنسجة والأعضاء. يقلل الإفراز من تركيز المادة السامة في الدم وقد يؤدي إلى تحريك المادة السامة من الأنسجة إلى الدم.

يمكن أن تؤثر العديد من العوامل على معدل التخلص من المواد السامة ومستقلباتها من الجسم:

• الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد السامة ، وخاصة معامل تقسيم نيرنست (P) ، ثابت التفكك (pK_a) ، القطبية ، التركيب الجزيئي ، الشكل والوزن
• مستوى التعرض ووقت التخلص بعد التعرض
• بوابة الدخول
• التوزيع في أجزاء الجسم والتي تختلف في سعر الصرف مع نضح الدم والدم
• معدل التحول الأحيائي للمواد السامة المحبة للدهون إلى المزيد من الأيضات المحبة للماء
• الحالة الصحية العامة للكائن الحي وخاصة أعضاء الإخراج (الرئتين والكلى والجهاز الهضمي والجلد وما إلى ذلك)
• وجود مواد سامة أخرى يمكن أن تتداخل مع التخلص منها.

 

هنا نميز مجموعتين من المقصورات: (1) نظام التبادل السريع - في هذه الأجزاء ، يكون تركيز المادة السامة في الأنسجة مشابهًا لتركيز الدم ؛ و (2) نظام التبادل البطيء، حيث يكون تركيز المادة السامة في الأنسجة أعلى منه في الدم بسبب الترابط والتراكم - يمكن للأنسجة الدهنية والهيكل العظمي والكليتين الاحتفاظ مؤقتًا ببعض المواد السامة ، مثل الزرنيخ والزنك.

يمكن أن تفرز المادة السامة في وقت واحد عن طريق طريقين أو أكثر من طرق الإخراج. ومع ذلك ، عادة ما يكون مسار واحد هو السائد.

يطور العلماء نماذج رياضية تصف إفراز مادة سامة معينة. تعتمد هذه النماذج على الحركة من أحد الجزأين أو كليهما (أنظمة التبادل) ، والتحول الأحيائي وما إلى ذلك.

الإخراج عن طريق هواء الزفير عن طريق الرئتين

يعتبر التخلص من خلال الرئتين (الامتصاص) نموذجيًا للمواد السامة ذات القابلية العالية للتطاير (على سبيل المثال ، المذيبات العضوية). سيتم التخلص بسرعة من الغازات والأبخرة ذات القابلية المنخفضة للذوبان في الدم بهذه الطريقة ، في حين سيتم التخلص من المواد السامة ذات القابلية العالية للذوبان في الدم بطرق أخرى.

تفرز المذيبات العضوية التي تمتصها القناة الهضمية أو الجلد جزئيًا عن طريق هواء الزفير في كل ممر للدم عبر الرئتين ، إذا كان لديهم ضغط بخار كافٍ. يعتمد اختبار Breathalyser المستخدم للسائقين المشتبه بهم في حالة سكر على هذه الحقيقة. يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون في هواء الزفير في حالة توازن مع محتوى الدم من CO-Hb. يظهر غاز الرادون المشع في هواء الزفير بسبب اضمحلال الراديوم المتراكم في الهيكل العظمي.

عادة ما يتم التعبير عن التخلص من مادة سامة عن طريق هواء الزفير فيما يتعلق بفترة ما بعد التعرض من خلال منحنى ثلاثي الطور. تمثل المرحلة الأولى التخلص من المادة السامة من الدم ، وتظهر نصف عمر قصير. تمثل المرحلة الثانية ، الأبطأ ، الإقصاء بسبب تبادل الدم مع الأنسجة والأعضاء (نظام التبادل السريع). المرحلة الثالثة بطيئة للغاية بسبب تبادل الدم مع الأنسجة الدهنية والهيكل العظمي. إذا لم تتراكم مادة سامة في مثل هذه الحجيرات ، فسيكون المنحنى على مرحلتين. في بعض الحالات ، يكون منحنى رباعي الطور ممكنًا أيضًا.

يُستخدم تقدير الغازات والأبخرة في هواء الزفير في فترة ما بعد التعرض أحيانًا لتقييم حالات التعرض لدى العمال.

إفراز كلوي

الكلى عبارة عن عضو متخصص في إفراز العديد من المواد السامة والأيضات القابلة للذوبان في الماء ، مما يحافظ على التوازن في الجسم. تمتلك كل كلية حوالي مليون نيفرون قادرة على القيام بالإفراز. يمثل الإفراز الكلوي حدثًا معقدًا للغاية يشمل ثلاث آليات مختلفة:

• الترشيح الكبيبي بواسطة كبسولة بومان
• النقل النشط في النبيبات القريبة
• النقل السلبي في النبيبات البعيدة.

 

يعتمد إفراز مادة سامة عن طريق الكلى إلى البول على معامل تقسيم نيرنست ، وثابت التفكك ودرجة حموضة البول ، والحجم الجزيئي والشكل ، ومعدل الأيض إلى نواتج الأيض المحبة للماء ، وكذلك الحالة الصحية للكلى.

يمكن التعبير عن حركية الإفراز الكلوي لمادة سامة أو مستقلبها من خلال منحنى إفراز من مرحلتين أو ثلاث أو أربع مراحل ، اعتمادًا على توزيع المادة السامة المعينة في أجزاء الجسم المختلفة التي تختلف في معدل التبادل مع الدم.

لعاب

يمكن إفراز بعض الأدوية والأيونات المعدنية من خلال الغشاء المخاطي للفم عن طريق اللعاب - على سبيل المثال ، الرصاص ("خط الرصاص") ، والزئبق ، والزرنيخ ، والنحاس ، وكذلك البروميدات ، واليود ، والكحول الإيثيلي ، والقلويدات ، وما إلى ذلك. ثم يتم ابتلاع المواد السامة لتصل إلى الجهاز الهضمي ، حيث يمكن إعادة امتصاصها أو التخلص منها عن طريق البراز.

عرق

يمكن التخلص من العديد من الشوارد غير المنحلة جزئيًا عن طريق الجلد عن طريق العرق: كحول الإيثيل ، والأسيتون ، والفينولات ، وثاني كبريتيد الكربون ، والهيدروكربونات المكلورة.

الحليب

يتم إفراز العديد من المعادن والمذيبات العضوية وبعض مبيدات الآفات الكلورية العضوية (DDT) عبر الغدة الثديية في لبن الأم. يمكن أن يمثل هذا المسار خطرًا على رضاعة الأطفال.

الشعر

يمكن استخدام تحليل الشعر كمؤشر على التوازن لبعض المواد الفسيولوجية. كما يمكن تقييم التعرض لبعض المواد السامة ، وخاصة المعادن الثقيلة ، من خلال هذا النوع من المقايسة الحيوية.

يمكن زيادة التخلص من المواد السامة من الجسم عن طريق:

• النقل الميكانيكي عن طريق غسيل المعدة أو نقل الدم أو غسيل الكلى
• خلق ظروف فسيولوجية تعمل على تعبئة المواد السامة عن طريق النظام الغذائي ، وتغيير التوازن الهرموني ، وتحسين وظائف الكلى عن طريق استخدام مدرات البول
• إدارة عوامل التعقيد (السترات ، الأكسالات ، الساليسيلات ، الفوسفات) ، أو العوامل المخلبية (Ca-EDTA ، BAL ، ATA ، DMSA ، البنسيلامين) ؛ يشار إلى هذه الطريقة فقط في الأشخاص الخاضعين لرقابة طبية صارمة. غالبًا ما يستخدم تطبيق العوامل المخلبية لإزالة المعادن الثقيلة من أجسام العمال المعرضين أثناء علاجهم الطبي. تستخدم هذه الطريقة أيضًا لتقييم العبء الكلي للجسم ومستوى التعرض السابق.

 

قرارات التعرض

يستخدم تحديد المواد السامة والأيضات في الدم وهواء الزفير والبول والعرق والبراز والشعر أكثر فأكثر لتقييم تعرض الإنسان (اختبارات التعرض) و / أو تقييم درجة التسمم. لذلك تم وضع حدود التعرض البيولوجي (قيم MAC البيولوجية ، مؤشرات التعرض البيولوجي - BEI) مؤخرًا. تُظهر هذه الاختبارات الحيوية "التعرض الداخلي" للكائن الحي ، أي التعرض الكلي للجسم في كل من بيئات العمل والمعيشة من خلال جميع بوابات الدخول (انظر "طرق اختبار علم السموم: المؤشرات الحيوية").

التأثيرات المجمعة بسبب التعرض المتعدد

عادة ما يتعرض الأشخاص في بيئة العمل و / أو المعيشة في وقت واحد أو على التوالي لمختلف العوامل الفيزيائية والكيميائية. كما أنه من الضروري مراعاة أن بعض الأشخاص يتعاطون الأدوية ويدخنون ويستهلكون الكحول والأطعمة التي تحتوي على مواد مضافة وما إلى ذلك. هذا يعني أن التعرض المتعدد يحدث عادة. يمكن أن تتفاعل العوامل الفيزيائية والكيميائية في كل خطوة من العمليات السمية الحركية و / أو الديناميكية السمية ، مما ينتج عنه ثلاثة تأثيرات محتملة:

1. مستقل. كل عامل ينتج تأثيرًا مختلفًا بسبب آلية عمل مختلفة ،
2. التآزر. التأثير المشترك أكبر من تأثير كل عامل على حدة. هنا نفرق بين نوعين: (أ) مادة مضافة ، حيث يكون التأثير المشترك مساويًا لمجموع التأثيرات التي ينتجها كل عامل على حدة و (ب) التحفيز ، حيث يكون التأثير المشترك أكبر من المضاف.
3. عدائي. التأثير المشترك أقل من المادة المضافة.

 

ومع ذلك ، فإن الدراسات حول الآثار المشتركة نادرة. هذا النوع من الدراسة معقد للغاية بسبب مزيج من العوامل والوكلاء المختلفة.

يمكننا أن نستنتج أنه عندما يتعرض الكائن البشري إلى نوعين أو أكثر من المواد السامة في وقت واحد أو على التوالي ، فمن الضروري النظر في إمكانية حدوث بعض التأثيرات المشتركة ، والتي يمكن أن تزيد أو تقلل من معدل العمليات السمية الحركية.

 

الرجوع