Накопление токсинов в организме. Виды накопления ксенобиотиков
Накопление (кумуляция) ксенобиотика в тканях организма может иметь место при его постоянном или периодическом поступлении в организм тем или иным путем или одновременно несколькими путями. При этом поступление должно превышать очищение организма от ксенобиотика за счет всех возможностей — выделения различными путями и метаболизма, иначе накопления не произойдет. Известна кумуляция свинца и стронция за счет их прочного связывания с костной тканью и весьма медленного выделения из нее. Другим примером накопления является депонирование кремния в легочной ткани.
Рассмотрим процесс накопления ксенобиотика в организме на примере вдыхания газообразного вещества на производстве в условиях пятидневной рабочей недели, т.е. довольно типичный случай. Принципиально этот случай, с точки зрения накопления, не отличается, например, от периодического поступления ксенобиотика через рот или иным путем, как это имеет место для фармакологических препаратов.
Для возможности математического описания процесса примем постоянство основных условий: концентрации вдыхаемого вещества в воздухе рабочего помещения, времени ежедневного пребывания работника в этом помещении (t), сменяемого постоянным периодом отдыха и сна, при этом в конце недели период отдыха составляет два дня. Примем также, что очищение организма от вещества происходит достаточно медленно (альтернатива — время свободного выделения вещества мало по сравнению со временем накопления).
Более подробное математическое описание процесса возможно, если представить, что накопление вещества в организме и его выделение следуют кинетике первого порядка, т.е. организм является одночастевой системой.
Накопление ксенобиотиков, претерпевающих биотрансформацию. В этом случае картина накопления ксенобиотика усложняется по сравнению с накоплением вещества инертного, не подверженного метаболизму. Рассмотрим ее. Модель процесса такова: среда содержит ксенобиотик в постоянной концентрации С0 биологическая система, в которую он проникает в соответствии с кинетикой первого порядка, может быть интерпретирована одно-частевой моделью; метаболизм ксенобиотика в биологической системе, зависящий от особенностей биологической системы и природы ксенобиотика, также соответствует кинетике первого порядка.
Элиминация летучих соединений, нередко присутствующих в производственной среде, в атмосферном воздухе или в жилых помещениях, в значительной степени осуществляется с выдыхаемым воздухом. Как правило, с выдыхаемым воздухом выделяются неизмененные вещества сами по себе или вместе со своими ближайшими летучими метаболитами. Лишь весьма редко в процессе метаболизма из нелетучих соединений образуются летучие. В этих случаях они могут выделяться через легкие.
Это повышает возможности их выделения с мочой. Меньшую роль играет выделение через желудочно-кишечный тракт; большое практическое значение этот путь выделения имеет для солей тяжелых металлов. Некоторое количество отдельных ксенобиотиков может выделяться с потом, слюной и молоком.
Остальная часть, примерно 10 % от общего количества, выделяется в неизмененном виде главным образом с выдыхаемым воздухом, затем — с мочой, и в небольшом количестве с калом, потом, слюной и молоком.
Если биологический объект, из которого выделяется ксенобиотик, можно моделировать одночастевой системой, то процесс выделения описывается простой экспонентой. Экспонента в полулогарифмических координатах преобразуется в прямую линию. Здесь же показан способ графического нахождения периода полувыделения вещества (рассмотрено 2 случая снижения концентрации бензола наполовину). Это типичный случай выделения вещества в соответствии с кинетикой первого порядка. Здесь вполне пригодна одночастевая система, поскольку рассматривается обособленная ткань.
В отдельных случаях кинетика выделения ксенобиотика из организма в целом или снижение его концентрации в крови также может быть представлена простой экспонентой. Однако при более детальном анализе во всех этих случаях можно установить, что выделение следует более сложному закону. Описание кинетики выделения веществ с помощью экспоненты является просто первым приближением, иногда достаточным, а иногда и нет. Но и в случае отдельных тканей такое моделирование не всегда оправдано.
