Так, взаимодействие белков легочной ткани с бериллием, как полагают, является причиной развивающейся иммунной патологии. Лихорадка плавильщиков, по мнению некоторых авторов, является следствием эндогенного образования аутоантигенов при взаимодействии металлов (особенно Zn) с белками легочной ткани.
Взаимодействуя с нуклеиновыми кислотами, катионы могут образовывать координационно-ковалентные связи с фосфатными группами и атомами азота пуриновых и пиримидиновых оснований. Такие металлы, как кадмий и медь, вероятно, связываясь с нуклеотидами, разрывают водородные связи и дестабилизируют структуру ДНК.
Металлы часто являются активаторами ферментов, участвующих в синтезе и репарации нуклеиновых кислот. Так, цинк необходим для реализации активности тимидинкиназы. Его замещение при интоксикации другими металлами, например, кадмием, приводит к нарушению активности энзима, препятствует синтезу ДНК. Мутагенная активность соединений мышьяка в настоящее время отчасти связывается с угнетанием активности репарирующих ферментов.
В этой связи велика роль изучения взаимодействия токсикантов с мембраносвязанными лигандами. Способность металлов взаимодействовать именно с этими структурами обусловлена не только их особыми свойствами, но и локализацией.
Внешняя поверхность клеточной мембраны первой взаимодействует с металлом. Вещества, медленно проходящие через мембрану, могут образовывать прочные связи с лигандами и тем самым существенно изменять свойства мембран. Так, ртутьорганическое соединение хлормеродрин, взаимодействуя с SH-группами эритроцита (преимущественно мембранными), угнетает транспорт глюкозы через мембрану. Вещества, легко проникающие через мембрану, такие как метилртуть, вероятно, слабо влияют на её свойства.
Взаимодействовать металлы могут с любыми мембранными образованиями: митохондриями, эндоплазматическим ретикулумом, лизосомами.
Иногда взаимодействие металла с макромолекулой вообще не приводит к изменению ее физиологической активности.
Другие механизмы токсичности. Токсическое действие некоторых металлов может быть обусловлено их конкуренцией с эссенциальными элементами. Так, ксантиноксидаза угнетается вольфрамом – конкурентом молибдена. Свинец блокирует утилизацию железа при синтезе гема, угнетая активность феррохелатазы. Существуют данные, что Cd блокирует трансплацентарное поступление Zn в организм плода и тем самым инициирует тератогенные эффекты.
Действие свинца на митохондрии может быть следствием переноса металла в субклеточные структуры с помощью специфической системы трансмембранного транспорта кальция. Между необходимыми металлами также возможна конкуренция. Так, медь и молибден – конкуренты. Поэтому при интоксикации медью молибден ослабляет симптоматику отравления.
Увеличение контингента работающих, подвергающихся воздействию металлов, которые обладают аллергическим (металлы платиновой группы, соединения никеля, хрома, бериллия и др.) и канцерогенным действием (хром, никель, мышьяк), диктует необходимость разработки вопросов нормирования этих веществ по аллергическому и канцерогенному эффектам, без чего невозможно решить проблему профилактики платинозов, злокачественных новообразований, аллергических дерматитов, вызываемых указанными металлами. Сохраняет большую актуальность дальнейшее изучение влияния малых доз металлов на репродуктивную функцию. Воздействие вредных факторов вызывают необратимые дегенеративные изменения сперматогенной ткани. Постоянная работа с вредными веществами постепенно приводит к явлениям перерождения в канальцах яичка, что в последующем приводит к нарушению репродуктивной функции. Итак, наряду с общетоксическим действием, химические токсиканты оказывают отрицательное влияние и на половую сферу человека. С этой точки зрения должны быть всесторонне проверены ранее установленные ПДК ряда тяжелых, цветных и редких металлов, в первую очередь, ртути, марганца, кадмия, меди, никеля, хрома, бериллия, металлов платиновой группы и др.
Токсичность и характер токсического действия большинства металлов, обладающих аллергическим действием, к настоящему времени хорошо изучены (таблица 7).
Таблица 7
Эффекты избирательной токсичности при загрязнении металлами (OEСD, Paris, 1991)
| Загрязнитель | Главное воздействие на здоровье |
| Мышьяк | Рак легких; кожные болезни, включая изъязвления; гематологические эффекты, включая анемию |
| Бериллий | Дерматиты, язвы; воспаления слизистых оболочек |
| Кадмий | Острые и хронические респираторные заболевания; почечная дисфункция; злокачественные образования |
| Хром | Рак легких; злокачественные образования в желудочно-кишечном тракте; дерматиты |
| Свинец | Нарушение процессов кроветворения; повреждения печени и почек; нейрологические эффекты |
| Ртуть | Воздействие на нервную систему, включая краткосрочную память; нарушение сенсорных функций и координации; почечная недостаточность |
| Никель | Респираторные заболевания, включая астму, нарушение дыхательной защитной системы; пороки рождения и уродства; рак носа и легких |
| Таллий | Биоаккумуляция; токсичность по отношению к растениям и животным |
| Ванадий | Раздражение дыхательных путей, астма; нервные расстройства; изменения формулы крови |
Промышленная экспериментальная и клиническая токсикология располагает большим материалом по характеристике токсического и аллергического действия хрома, никеля, кобальта, бериллия, а также ртути, меди, марганца, кадмия, ванадия. Как токсическое, так и аллергическое действие этих металлов по степени выраженности различны. Такие металлы, как ртуть, марганец, кадмий, ванадий, медь, аллергическое действие обнаруживают в значительно меньшей степени, чем упомянутые другие металлы; при этом аллергические реакции на их воздействие проявляются только у отдельных рабочих, обладающих особой чувствительностью к этим металлам. Что же касается хрома, никеля, бериллия, кобальта и металлов платиновой группы, то они являются активными аллергенами, вызывающими аллергические реакции у большого количества работающих.
Как правило, токсический компонент оказывает воздействие одновременно на разные показатели системы иммунитета. Это обусловлено наличием множественных корреляционных связей между отдельными компартментами системы иммунитета, при которых изменение в одном звене отражается на функционировании всех остальных или, по крайней мере, многих. В этой связи порой бывает достаточно сложно вычленить то звено, которое наиболее чувствительно к воздействию конкретного соединения. По-видимому, наиболее продуктивной является классификация всех ксенобиотиков на 2 основных класса: соединения, обладающие и не обладающие иммунотоксичностью, не выделяя при этом конкретных мишеней в системе. С учетом этого обстоятельства к веществам, обладающим высокой иммунотоксичностью, принято относить соединения тяжелых металлов органической и неорганической природы (ртуть, свинец, кадмий, кобальт, олово и др.), фосфор- и хлорорганические соединения (пестициды и гербициды), органические ароматические соединения, диоксин и его производные.
Результатом воздействия химического агента на организм является острое или хроническое отравление. При остром отравлении на первый план выходят клинические признаки острого процесса в виде поражения печени, почек, ткани мозга и т.д. Хроническое воздействие может длительное время не проявляться какими-либо симптомами и только спустя месяцы или даже годы у человека развиваются те или иные хронические заболевания, в основе которых лежат нарушения в системе иммунорегуляции. Это могут быть хронические воспалительные заболевания печени, почек, поджелудочной железы, эндокринопатии, онкологическая патология, атонические заболевания. Хроническое воздействие токсических соединений на организм женщины в период беременности может послужить причиной рождения ребенка с различными нарушениями, врожденными уродствами, первичными иммунодефицитами.
Иммунологические сдвиги, как правило, сопровождаются множественными изменениями в других системах. Так, хроническое воздействие соединений мышьяка, пестицидов, кадмия и меди может привести к развитию апластической анемии. Мегалобластная анемия может развиться в результате воздействия мышьяка, бензола, оксида азота. Метгемоглобинемия характерна для рабочих, контактирующих с ароматическими нитро- и аминосоединениями. Гемолитические реакции развиваются при воздействии мышьяка, кадмия, ртути, свинца, метилхлорида, нафталина. У лиц, подвергающихся воздействию асбеста, озона, диметилсульфоксида, гомологов бензола, наблюдается ослабление противоопухолевого и противоинфекционного иммунитета.
Токсические эффекты алюминия связаны с его влиянием на метаболизм фосфора и фосфорорганических соединений. Связывание фосфата алюминием приводит к снижению АТФ в тканях, в крови повышается концентрация Са2+, вследствие чего уменьшается уровень паратгормона, при концентрации 200 мкМ ингибируются иммуноглобулиновые рецепторы селезенки. Алюминий поражает центральную нервную систему, нарушая холинергическую передачу нервного импульса. При этом отмечается неконкурентное ингибирование холинэстеразы, а также нарушение зависящего от трансферрина транспорта железа в организме.