Самой крупной химической катастрофой в мире стал выброс метилизоцианата в Индии. В ночь со 2 по 3 декабря 1984 года на заводе «Юнион Карбайд» в городе Бхопале произошла утечка газа. Катастрофа случилась из-за корпоративной халатности: старые резервуары, отсутствие технического обслуживания и низкая квалификация рабочих. Газ вырвался наружу и окутал ближайшие поселения. Людей не информировали, как вести себя в подобных ситуациях, поэтому они в панике бежали прочь, но на бегу ещё сильнее и глубже вдыхали газ, и в результате многие задохнулись. Около полумиллиона человек подверглись сильному токсическому воздействию. Этот «Чернобыль» химической промышленности унёс не менее 5300 жизней в день аварии и ещё несколько десятков тысяч в последующие месяцы и годы.^[3]

В нашей стране тоже были катастрофы. В 1988 году в Ярославле сошёл с рельс грузовой поезд. Перевернулось семь вагонов, три из них были с гептилом – токсичным и легколетучим компонентом ракетного топлива. На дороги пролилось более 700 литров жидкостей. В ликвидации аварии были задействованы 1000 человек, около 50 из них обратились после этого за медицинской помощью.

Катастрофы продолжаются и по сей день. В мае 2020 года в Индии произошла промышленная авария на заводе «Эл-Джи Полимерс», который производит полистирол. Из-за несвоевременного обслуживания оборудования, неправильных условий хранения химикатов во время карантина на заводе и халатности людей повторилась история Бхопала. Пары бензола распространились в радиусе трёх километров. Люди в ближайших регионах испытывали затруднение дыхания, жжение в глазах. Официально признаны погибшими 11 человек, около 1000 пострадали.

Правила безопасности, которые сегодня кажутся нам очевидными, были написаны кровью, поэтому очень важно выучить уроки истории и научиться правильно взаимодействовать с ядовитыми веществами.

Основные термины и понятия

Яды – это вещества, которые даже в небольших дозах при попадании в организм могут вызвать заболевание или смерть. Яды могут производиться животными, рыбами, птицами, микроорганизмами, изначально существовать в природе или синтезироваться человеком. То есть к ядам относят вещества как живой, так и неживой природы.

Токсинами называют яды, выделяемые именно живыми организмами. Например, токсин столбнячной палочки или токсины королевской кобры. В классическом определении токсинами называли вещества только белковой природы, но на данный момент корректна и более широкая интерпретация.

Существует целый раздел медицины, который изучает ядовитые вещества, их воздействия на живые организмы и методы лечения отравлений. Этот раздел называется токсикологией.

Яды и токсины – это биологически активные вещества. Они могут обладать селективностью и действовать направленно (как нервно-паралитические яды) или отравлять организм в целом (яды общетоксического действия).

Ядов существует великое множество. Классифицировать их можно по различным параметрам.

По происхождению яды делятся на:

• бактериальные;

• растительные и токсины грибов;

• животные;

• неживой природы;

• синтетические.

По характеру воздействия на организм:

• общетоксические;

• раздражающие;

• сенсибилизирующие;

• канцерогенные;

• мутагенные;

• влияющие на репродуктивную функцию.

По степени токсичности:

• малотоксичные;

• умеренно токсичные;

• высокотоксичные;

• чрезвычайно токсичные.

Активность и токсичность веществ зависят от их агрегатного состояния, размера частиц и от того, в чём они растворяются. Так, газы при вдыхании действуют намного быстрее, чем жидкости, попавшие в организм вместе с пищей через желудочно-кишечный тракт. Для твёрдых веществ существенную роль играет размер частиц: чем они меньше, тем больше удельная площадь поверхности, а значит, быстрее протекают химические реакции. Жирорастворимые вещества способны проникать в организм через кожу и легко попадать в клетки через мембраны. В то же время токсическое действие водорастворимых соединений зависит от степени их диссоциации (способности распадаться на ионы).

Некоторые вещества могут быть крайне токсичны при попадании напрямую в кровь, но совершенно безопасны, если попадут в желудок. Поэтому есть смысл разделять не только сами вещества, но и пути, по которым они попадают в живые организмы:

• пероральный – поступление ядов через рот. Это наиболее популярный путь для веществ, вызывающих пищевые и бытовые отравления;

• ингаляционные – вещества в газообразном или аэрозольном состоянии попадают в организм при вдыхании;

• через кожу и слизистые – некоторые жирорастворимые вещества проникают через кожу. Кроме того, трещины и ожоги создают дополнительные возможности для попадания ядов в организм;

• парентеральный путь – в результате инъекций;

• плацентарный – от матери к ребенку через плаценту.

И это лишь некоторые из классификаций, в научном мире их существует очень и очень много.

Когда яд попадает внутрь живого существа, происходит отравление. Отравление – это расстройство жизнедеятельности организма, произошедшее из-за попадания яда. Отравление может проявляется по-разному в зависимости от вещества, которое его вызвало, дозы и обстоятельств того, как яд попал в организм.

Если это единичный эпизод, а доза яда весьма высока, то это острое отравление. Симптомы его очень тяжёлые, возможен быстрый летальный исход. Примерами острых отравлений могут быть укусы ядовитых змей, вдыхание большого количества угарного газа при пожаре и подобные ситуации.

Хроническое отравление возникает при длительном попадании небольших, но уже небезопасных количеств ядовитых веществ. Такие отравления возникают из-за накопления вредного вещества в тканях. Пример хронического отравления – меркуриализм – отравление солями ртути у людей, которые регулярно с ней работают. Хронические отравления тоже могут вызвать смерть, но делают они это очень медленно и порой малозаметно.

Степень воздействия вещества на организм определяется количеством этого вещества. Выделяют несколько видов доз:

• терапевтическая (лечебная) – доза вещества, которая даёт определённый лечебный эффект. Таким эффектом обладают не все, но многие токсины;

• токсическая – доза вещества, которая вызывает патологические изменения в организме, не приводящие к летальному исходу;

• смертельная – доза вещества, которая вызывает неотвратимую гибель организма.

Для медицины, которая использует терапевтические дозы веществ, важно понимать, какое их количество не нанесёт вреда пациенту. Для сравнения токсичности используют величину ЛД50 (LD50) – полулетальную дозу^[4], при этом она определяется для всех действующих веществ, используемых в фармакологии. Это средняя доза вещества, после поступления которой в организм в течение трёх суток наступает гибель 50 % подопытных животных. Иногда для определения ЛД50 наблюдают за подопытными животными не трое, а четырнадцать суток. ЛД50 выражается в мг/г вещества на кг массы тела животного. Но величина ЛД50 одного и того же вещества разнится в зависимости от вида животного и способа введения вещества. Поэтому кроме значения полулетальной дозы указывается ещё и путь поступления вещества. Разные полулетальные дозы, например, для мышей и кроликов свидетельствуют о разной видовой чувствительности к ядам в связи с различной скоростью метаболизма и выведения токсинов из организма.

Токсикологическое действие ядовитых веществ зависит от наличия в биоорганических структурах рецепторов – молекул, способных взаимодействовать с ядовитыми веществами, поступившими в организм. Если таких молекул нет, то вещество не сможет навредить. Поэтому некоторые животные едят ядовитые растения или питаются другими ядовитыми животными – у них нет рецепторов к этим ядам, или их структура изменена.

Это основные понятия, которые пригодятся нам в процессе чтения книги. Видов ядов и их классификаций, методов воздействия и его различия в зависимости от дозировки существует очень много. И во всём этом мы сейчас разберёмся.

Ядовитые растения

Наступил седьмой день неядения, отшельник едва дышал, как приходит к нему птица, называемая казуар. Когда птица приблизилась, отшельник кинул ей связочку трав, собранных им прежде, но к которой он не смел прикоснуться. Птица, отбрасывая в сторону ядовитые травы, выбрала для своей трапезы безвредные. Таким образом святой муж, наставленный, что он может вкушать и что должен отвергать, избег и опасности голодной смерти, и отравления ядовитыми травами.

Епископ Игнатий (Брянчанинов), «Отечник», 1768

Царство растений насчитывает около 300 тысяч видов, они окружают нас повсюду. В процессе своей жизнедеятельности растения синтезируют не только кислород, но и комплексы природных соединений – первичных и вторичных метаболитов. Первые – это белки, жиры/жироподобные вещества и углеводы. Ко второй группе относятся биологически активные вещества: алкалоиды, гликозиды, флавоноиды, танины, эфирные масла, органические кислоты и ряд других природных соединений.

Зачем растениям яды? В отличие от животных, растения неподвижны. Поэтому они вынуждены были в ходе эволюции сформировать собственные механизмы защиты. У кого-то это колючки, шипы, восковая кутикула, а у кого-то – токсины. Подавляющее большинство ядовитых растений использует фитотоксины, чтобы защититься от животных-фитофагов, то есть травоядных.

Ядовитые растения делятся на безусловно и условно ядовитые. Последние становятся токсичными под воздействием ряда внешних факторов: условий и места произрастания, погоды, рельефа, действия грибков или микроорганизмов.

Самые значимые и интересные с точки зрения токсикологии группы биологически активных и ядовитых веществ.

Алкалоиды

Морфин, кокаин, никотин, кофеин и т. д. Этот набор чрезвычайно популярных веществ – как раз представители группы алкалоидов. Первым выделенным веществом из этой группы был морфин, полученный из опия. Из-за снотворного эффекта вещество назвали в честь древнегреческого бога сновидений – Морфея.

Мы встречаемся с алкалоидами регулярно: теобромин в шоколаде, капсаицин в перце, папаверин и кодеин в лекарственных средствах, морфин до сих пор используют в медицине при выраженных болевых синдромах. С химической точки зрения алкалоиды – это азотсодержащие гетероциклические соединения, проявляющие слабые щелочные свойства. Большинство алкалоидов производятся растениями.

Гликозиды

Ландыш, горицвет, наперстянка, ревень, корица и борщевик содержат в себе гликозиды – соединения, состоящие из углевода (сахара) и какой-нибудь несахарной части. Некоторые гликозиды используются как лекарственные препараты. Например, гликозиды ландыша и наперстянки в терапевтических дозах применяются для лечения болезней сердца, поэтому их называют «сердечные гликозиды».^[5]

Гликоалкалоиды

Картофель, например, содержит гликоалкалоид – соланин. О его образовании говорит «зеленение» клубней картофеля. В больших количествах соланин может вызвать серьёзное отравление, поэтому есть зелёный картофель не стоит. Гликоалкалоиды токсичны для человека. С химической точки зрения гликоалкалоиды одновременно напоминают и алкалоиды, и гликозиды. Они состоят из несахаристой и сахаристой части. Несахаристая часть (агликон) содержит атом азота.

Органические кислоты

Наиболее известные органические кислоты – винная, щавелевая, яблочная, лимонная, валерьяновая, салициловая. Их названия чаще всего отражают, из чего они впервые были получены.

Кумарины

Эти вещества необходимы растениям для ускорения прорастания семян и защиты от заболеваний. Человек тоже научился использовать эти вещества в своих целях, производя спазмолитические, противоопухолевые и антикоагуляционные препараты. Но стоит только превысить безопасную дозу, как кумарины вызывают кровотечения или поражают нервную систему. Сам кумарин, от которого пошло название этого класса, применяется в табачных изделиях в качестве ароматизатора.