Яды животных и растений

Курсовая работа по дисциплине Основы экологической токсикологии тема: Яды животных и растений

Для выполнения курсовой работы мной была выбрана и рассмотрена тема: «Яды животных и растений». Актуальность изучения данной темы заключается в необходимости понимания особенностей влияния ядов растительного и животного происхождения на другие живые организмы, в частности на человека.

Среди животных и растений имеется немало видов, которых принято называть ядовитыми. Чаще всего понятие ядовитости ассоциирует с той потенциальной опасностью, которую несут для человека такие животные, как змеи, пауки, жалоносные насекомые и другие, или такие растения, как белена, волчник, дурман. Однако ядовитость как универсальное и интереснейшее явление в живой природе надо рассматривать значительно шире. Это один из важнейших механизмов в борьбе за существование на разных этапах развития эволюционного процесса.

Яды, вырабатываемые живыми организмами, служат химическими факторами, участвующими в межвидовых, или аллелохимических, взаимодействиях. Примеры использования химических веществ для защиты и нападения встречаются как среди животных, так и среди растений. Вещества, участвующие в аллелохимических взаимодействиях и приносящие пользу организму-продуценту, называют алломонами. К алломонам относят: 1) отпугивающие вещества; 2) вещества, прикрывающие бегство; 3) супрессоры (антибиотики); 4) яды; 5) противоядия; 6) приманки. К их числу относятся яды, вырабатываемые животными — зоотоксины и растениями — фитотоксины.

Зоотоксины как химические факторы межвидовых взаимоотношений занимают особое место среди алломонов, поскольку в конечном счете служат для убийства хищника или жертвы. Различия заключаются только в характере использования яда — орудия защиты или нападения.

Многие ядовитые животные являются источником повышенной опасности для человека, но в то же время целый ряд из них обладают ядами с удивительными свойствами, поэтому широко используются в медицине.

В отличие от животных, подавляющее число растений используют химические вещества исключительно с целью защиты от животных-фитофагов. Фитофагия (растительноядность, травоядность) — питание животных растительной пищей.

Принципиальная специфическая черта всех растений — борьба с врагами преимущественно мерами химической защиты. Совместная эволюция животных и растений привела к возникновению удивительных механизмов аллелохимических взаимодействий. Некоторые насекомые, приспособившись питаться на ядовитых растениях, аккумулируют в своем теле фитотоксины, защищающие их от насекомоядных животных. Напротив, многие растения обладают химической защитой в виде токсинов или отпугивающих веществ (репеллентов), что во многом обеспечивает господство зеленых растений на нашей планете, несмотря на использование их в пищу травоядными, насекомыми-фитофагами и паразитами.

Экологический подход к проблеме ядовитости — это, прежде всего, подход общебиологический, позволяющий связать воедино особенности биологии данного вида животного или растения со спецификой химической структуры и механизма действия вырабатываемых ими ядов.

Цель работы: изучить особенности ядов животного и растительного происхождения, их химическую природу и механизмы действия.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

· Провести анализ классификации токсинов по действию на рецепторы организма;

· Провести анализ токсикологической классификации ядовитых животных и растений;

· Рассмотреть взаимодействие токсинов растительного и животного происхождения и живых организмов;

· Выделить наиболее токсичные соединения среди зоои фитотоксинов;

· Определить пути введения токсинов в организм;

· Показать, как необходимо проводить первую помощь при отравлениях;

· Рассмотреть ядовитые растения и животные с точки зрения их охраны и рационального использования;

· Рассмотреть, что представляет из себя биологический терроризм и чем он опасен.

Глава 1. Токсины и классификация токсинов

Яд — вещество, приводящее даже небольших в дозах относительно массы тела, к нарушению жизнедеятельности организма: к отравлению, интоксикации, заболеваниям и патологическим состояниям. Яды биологического происхождения называются токсинами.

Яды и их действие (токсический процесс) изучает токсикология. Яды биологического происхождения изучает токсинология — раздел токсикологии.

По действию токсины подразделяются на категории:

· гематические яды (Heamotoxic) — яды, затрагивающие кровь;

· нейротоксичные яды (Neurotoxic) — яды, поражающие нервную систему и мозг;

· миотоксичные яды (Myotoxic) — яды, повреждающие мышцы;

· гемотоксины (Haemorrhaginstoxins) — токсины, повреждающие кровеносные сосуды и вызывающие кровотечение;

· гемолитические токсины (Haemolysinstoxins) — токсины, повреждающие красные кровяные тельца (эритроциты);

· нефротоксины (Nephrotoxins) — токсины, повреждающие почки;

· кардиотоксины (Cardiotoxins) — токсины, повреждающие сердце;

· некротоксины (Necrotoxins) — токсины, неспецифически разрушающие ткани;

· протоплазматические яды — яды, действующие на уровне клеток;

Существуют токсины, которые действуют на другие рецепторы организма, не представленные в данном перечне.

Глава 2. Ядовитые животные. Токсикологическая классификация ядовитых животных

Всех ядовитых животных можно разделить на две большие группы: первично-ядовитых и вторично-ядовитых. К первично-ядовитым относят животных, вырабатывающих ядовитый секрет в специальных железах или имеющих ядовитые продукты метаболизма. Метаболизм (обмен веществ) — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.

Как правило, ядовитость первично-ядовитых животных является видовым признаком и встречается у всех особей данного вида. Ко вторично-ядовитым относят животных, аккумулирующих экзогенные яды и проявляющих токсичность только при приеме в пищу. Экзотоксины — это токсины, которые выделяются при жизни или посмертно. Прижизненные токсины называют истинными или первичными, вторичные токсины — это те токсины, которые попадают во внешнюю среду в процессе микробиологических разложений остатка отмерших организмов. Примером могут служить моллюски и рыбы, накапливающие в своем теле яд сине-зеленых водорослей, насекомые, питающиеся на ядовитых растениях и др.

Первично-ядовитые животные различаются по способам выработки яда и его применения и делятся на активнои пассивно-ядовитых. Активно-ядовитые животные, имеющие специализированный ядовитый аппарат, снабженный ранящим устройством, называются вооруженными. В типичном случае аппарат таких животных имеет ядовитую железу с выводным протоком и ранящее приспособление: зубы у змей, жало у насекомых, колючки и шипы у рыб. В деталях строение ядовитого аппарата может варьировать, однако для всех вооруженных насекомых характерно наличие ранящего аппарата, позволяющего вводить ядовитый секрет в тело жертвы парентерально, т. е. минуя пищеварительный тракт. Отравление происходит вследствие попадания яда в кровь. Такой способ введения яда следует признать наиболее эффективным для ядообразующего организма.

Другую группу активно-ядовитых животных составляют организмы, ядовитые аппараты которых лишены ранящего приспособления — невооруженные ядовитые животные. Примерами могут служить кожные железы амфибий, анальные железы насекомых. Ядовитые секреты таких желез вызывают токсический эффект при контакте с покровами тела жертвы. Чем энергичнее идет всасывание ядов с таких покровов (особенно слизистых), тем эффективнее его действие.

У пассивно-ядовитых животных ядовитые метаболиты вырабатываются в организме и накапливаются в различных органах и тканях (пищеварительных, половых), как, например, у рыб, моллюсков, насекомых. Таким образом, токсикологическая классификация ядовитых животных (рис.1) может быть представлена следующим образом:

Рис. 1. Токсикологическая классификация ядовитых животных [4]

Пассивно-ядовитые и вторично-ядовитые животные представляют опасность только при попадании в пищеварительный канал, однако существенным различием между ними является постоянство ядовитости (видовой признак) для первых и ее эпизодический характер — для вторых.

2.1 Взаимодействие зоотоксинов и организма

При оценке токсичности зоотоксинов важное значение приобретает их путь введения в организм. В естественных условиях пути введения определяются особенностями биологии ядообразующего организма и химической природой токсинов. Как правило, белковые токсины (змей, насекомых, паукообразных) вводятся с помощью вооруженного ядовитого аппарата парентерально, т. е. вводятся минуя желудочно-кишечный тракт, так как многие из них разрушаются ферментами пищеварительного тракта. Напротив, токсины небелковой природы эффективны и при поступлении внутрь (токсические алкалоиды амфибий, токсины некоторых рыб, моллюсков). Некоторые животные, защищаясь, разбрызгивают свои яды в виде аэрозоля, например жук-бомбардир. Эффективность такого воздействия зависит во многом от состояния покровов жертвы и локальной концентрации токсического вещества.

Попавший в организм яд распределяется весьма неравномерно. Существенное влияние на распределение токсичных соединений оказывают биологические барьеры, к которым относят стенки капилляров, клеточные (плазматические) мембраны и плацентарный барьер. При укусах и ужалениях в месте инокуляции яда (в месте ведения яда) образуется первичное депо яда — место преимущественного скопления токсических веществ, из которого происходит поступление токсинов в лимфатическую и кровеносную системы. Скорость проникновения яда во многом определяет быстроту развития токсического эффекта. Большинство зоотоксинов подвергается в организме биотрансформации, т. е. обезвреживанию (детоксикации) ядов в результате метаболизма. Биотрансформация в определенной степени обусловливает биологическую устойчивость ряда животных к зоотоксинам. При детоксикации и выведении зоотоксинов из организма основная нагрузка приходится на печень и почки — отсюда широкая распространенность поражения этих органов при отравлении. Частично зоотоксины могут выводиться и другими путями, например через кожу или с молоком кормящей матери.

Наиболее эффективным средством борьбы с отравлениями зоотоксинами является применение противоядных сывороток.

2.2 Токсикометрия зоотоксинов

Токсикометрия — это совокупность методов и приемов исследований для количественной оценки токсичности и опасности ядов. В токсикометрии зоотоксинов важнейшей их характеристикой является токсичность — свойство химического вещества в минимальном количестве вызывать патологические изменения, ведущие к нарушению основных процессов жизнедеятельности организма и приводящие к его гибели. Токсичность — один из основных количественных параметров, отражающих биологическую активность зоотоксинов. Токсичность принято выражать в величинах, кратных средней смертной дозе (DL50), т. е. дозе, вызывающей гибель 50% экспериментальных животных в течение фиксированного интервала времени (обычно 12 или 24 ч).

Из-за высокой токсичности зоотоксины иногда включают группу ультраядов — химические вещества, токсичность которых выше цианистого калия и не превышает 1 мг/кг (табл. 1).

Табл. 1. Сравнительная токсичность различных ядов животного происхождения.

Алкалоиды — азотсодержащие органические основания, в подавляющем большинстве с гетероциклической структурой, т. е. в состав которых наряду с углеродом входят и атомы других элементов. Известно более 5000 алкалоидов, многие из которых в разной степени токсичны. Избирательность действия многих алкалоидов на различные системы и органы человека и животных позволяет использовать их в качестве лекарств. Алкалоиды классифицируются по характеру гетероцикла. Как правило, алкалоиды содержатся в растениях в виде солей органических кислот (лимонной, яблочной, щавелевой, янтарной и др.). Алкалоиды — обычно бесцветные кристаллические соединения, горькие на вкус и практически нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях — эфире, хлороформе, бензоле. Соли алкалоидов, напротив, хорошо растворимы в воде, но не растворяются в органических растворителях.

Нейротоксин — токсин, специфически действующий на нервные клетки, обычно взаимодействуя с белками мембраны, такими как ионные каналы. Некоторые нейротоксины поражают нервную ткань, но, например, бунгаротоксин, который относится к нейротоксинам, поражает нервно-мышечные синапсы. Нейротоксинами являются ботулотоксин, понератоксин, тетродотоксин, батрахотокин, компоненты ядов пчел, скорпионов, змей. Многие яды и токсины, используемые организмами для защиты от позвоночных, являются нейротоксинами. Наиболее частый эффект — паралич, наступающий очень быстро. Некоторыми животными нейротоксины используются при охоте, так как парализованная жертва становится удобной добычей.

Мускарин — алкалоид, содержащийся в грибах. Название происходит от латинского названия красного мухомора. В мухоморах содержание мускарина не превышает 0,02%. Мускарин также получают синтетическим путём. Алкалоиды — группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), преимущественно гетероциклических, большинство из которых обладает свойствами слабого основания. Токсикологическое значение мускарина заключается, прежде всего, в отравлении грибами, которые его содержат. Для таких отравлений характерен так называемый мускариновый синдром: саливация (повышенное слюноотделение), потоотделение, рвота, понос, брадикардия, лёгкое сужение зрачков, нарушение зрения. В тяжёлых случаях наступают коллапс (падение кровяного давления и ухудшение кровоснабжения жизненно важных органов), нарушения дыхания, отёк лёгких. Симптомы отравления возникают через 0,5—2 ч после приёма мускарина или мускариносодержащих грибов. Смертельная доза мускарина для человека — 0,525 грамм, которые содержатся в 4 килограммах свежих красных мухоморов. Регулярный прием может вызывать наркотическую зависимость.

Тетродотоксин считается сильным небелковым ядом естественного происхождения, нейропаралитического (курареподобного) действия, уступает по токсичности батрахотоксину, сакситоксину, палитоксину, майтотоксину. Большое количество тетродотоксина содержится в рыбе фугу, (особенно в печени и в икре), в калифорнийском тритоне (Taricha torosa), а также токсин встречается у ряда бычковых рыб (Gobiidae), у Синекольчатого осьминога, в коже и яйцах коста-риканских лягушек рода Ателопы (Atelopus), в тканях краба Atergatis floridus и других животных. Тетродотоксин представляет собой соединение аминопергидрохиназолина с гуанидиновой группой. Благодаря большим физическим размерам всей молекулы тетродотоксин закупоривает натриевые каналы, как пробка, в результате чего нервные волокна теряют способность проводить импульсы. Тетродотоксин легко всасывается в кровь и быстро проникает через различные биологические барьеры организма, накапливаясь преимущественно в тканях почек и сердца. Симптомы острого отравления: через 10—45 минут появляются зуд губ, языка и других частей тела, отмечаются обильное слюнотечение, тошнота, рвота, понос, боли в животе. Возникают подергивания мышц, потеря чувствительности кожи, затрудняется глотание. Смерть наступает от паралича дыхательных мышц. Умирает более 60% отравившихся.

Батрахотоксин — сильнейший яд небелковой природы из группы стероидных алкалоидов. Содержится в кожных железах некоторых видов лягушек-древолазов из рода листолазов (Phyllobates); сравнительно недавно вещества из группы батрахотоксинов были обнаружены у птиц Новой Гвинеи из рода дроздовых мухоловок (Pitohui). При попадании в кровь через слизистую оболочку или трещину в коже, яд вызывает аритмию (экстрасистолию), ведущую к остановке сердца, в результате которой наступает летальный исход. Эффективного противоядия не найдено. Сильный антагонист — тетродотоксин. При комбинации с ядом скорпиона токсичность яда повышается в 12 раз.

2.3 Фармакокинетика и фармадинамика зоотоксинов

ядовитый животное растение токсин Фармакокинетика зоотоксинов изучает закономерности всасывания, распределения, метаболизма и выведения токсинов из организмов.

При оценке токсичности зоотоксинов важное значение приобретают пути их введения в организм. Существующие пути введения обычно подразделяются на энтеральные (через пищеварительный тракт) и парентеральные (минуя пищеварительный тракт). В естественных условиях пути введения зоотоксинов в организм жертвы определяются особенностями жертвы.

Фармакодинамика зоотоксинов изучает наиболее типичные эффекты этих веществ, локализацию и механизм действия. Действие зоотоксинов может носить местный и резорбтивный (поглощающий) характер. И в том и в другом случае зоотоксины оказывают прямое и рефлекторное влияние. Действие зоотоксинов, развивающееся в месте его первичного воздействия, называется местным. В зависимости от химической природы ядов местное действие может быть сильным (яды кишечнополостных, гадюк, гремучников, жалоносных насекомых); в тяжелых случаях приводящие к некрозу (омертвению) пораженной ткани. В других случаях превалируют общие симптомы отравления, развивающиеся после всасывания яда из первичного депо (яды каракуртов). Нужно заметить, что истинно местное действие, как правило, не наблюдаются, так как определенное количество токсинов всасывается и оказывает резорбтивный эффект. Скорость проявления резорбтивного эффекта зависит от путей введения токсинов и их способности проникать через биологические барьеры.

Важной характеристикой зоотоксинов является избирательность их действия, т. е. способность повреждать определенные клетки-мишени, не затрагивая другие, даже если оба вида клеток находятся в непосредственном контакте. В основе избирательности лежит сродство токсина к рецептору. Сродство токсина к данному типу рецепторов определяется структурно-пространственной организацией молекулы и ее активных функциональных группировок, обеспечивающих узнавание рецептора и связывание с его активным центром.

2.4 Охрана и рациональное использование ядовитых животных

Ядовитые животные являются источниками ценных ядовитых веществ (змеи, пчелы), опылителями растений (шмели, пчелы), хищниками или паразитами, уничтожающими вредных насекомых (жабы, муравьи, пауки, осы), поэтому они нуждаются в охране и рациональном использовании.

Причины сокращения численности ядовитых животных неодинаковы, как неодинаковы должны быть мероприятия по их охране. Так, численность змей сокращается не только из-за укоренившегося обычая уничтожать их, но и в результате интенсивного отлова змей для серпентариев — помещение или пространство для содержания змей с целью многократного получения от них яда. Снижение численности ядовитых насекомых прежде всего связано с интенсивным применением пестицидов, уничтожающих как вредную, так и полезную фауну. В этот перечень можно включить и загрязнение морей и внутренних водоемов, уничтожение непромысловых (в том числе и ядовитых) рыб, попавших в тралы и т. д.

Уменьшение численности любого вида и тем более его исчезновение приводят к очень существенным и подчас необратимым изменениям в структуре биоценоза, а в конечном итоге — к нежелательным для человека последствиям. Каждый вид, как известно, занимает только ему присущую экологическую нишу и своим существованием создает предпосылки для появления новых экологических ниш, что и гарантирует бесконечность эволюции в пространстве и времени. Следовательно, преднамеренное или бессознательное уничтожение того или иного вида, пусть даже безусловно опасного для человека (например, каракурта, скорпиона и др.), может привести к непредсказуемым последствиям. По этой причине принимаются многочисленные законодательные акты, направленных на охрану животного и растительного мира, ширится сеть заповедников и заказников. Целый ряд ядовитых животных внесены в Красные книги.

Комплексное использование ядовитых животных и вырабатываемых ими токсинов — важный резерв интенсификации научно-технического прогресса.

Глава 3. Ядовитые растения. Токсикологическая классификация ядовитых растений

Существуют различные классификации ядовитых растений, основанные главным образом на специфике состава или токсического действия биологически активных веществ. Среди всего многообразия ядовитых растений выделяются: безусловно ядовитые растения (с подгруппой особо ядовитых) и условно ядовитые (токсичные лишь в определенных местообитаниях или при неправильном хранении сырья, ферментативном воздействии грибов, микроорганизмов). Например, многие астрагалы (Astragalus) — крупный род семейства Бобовые — становятся ядовитыми, лишь произрастая на почках с повышенным содержанием селена; токсичность плевела опьяняющего (Lolium temulentum L.) возникает под воздействием паразитирующего на его зернах грибка (Stromatinia temulenta); ядовитый гликоалкалоид соланин накапливается в позеленевших на свету или перезимовавших в почве клубнях картофеля. Гликоалкалоид соланин оказывает сильнораздражающее действие на желудочно-кишечный тракт и приводит к развитию воспалительных процессов. После всасывания, вначале возбуждает, а затем угнетает ЦНС, а выделяясь из организма поражает почки, кожу, приводит к развитию дерматитов.

Ядовитыми принято считать те растения, которые вырабатывают токсические вещества (фитотоксины), даже в незначительных количествах вызывающие смерть и поражение организма человека и животных.

Однако в таком определении содержится известная мера условности. Например, одно из важнейших кормовых растений — клевер (Trifolium) при произрастании в условиях мягкой зимы (с изотермой января выше +5 °С) накапливает в молодых побегах значительное количество цианогенных гликозидов (дающих при расщеплении синильную кислоту). Таким образом клевер защищается от уничтожения улитками, проявляющими раннюю активность в условиях теплой зимы. В противном случае растение не могло бы противостоять объеданию, так как ростовые процессы у него в это время замедлены. Летом интенсивное нарастание побегов делает невозможным полное истребление клевера улитками, поэтому подобного механизма токсической защиты уже не требуется. Механизм токсического действия цианогенных гликозидов заключается в подавлении функций щитовидной железы в результате связывания йода.

По классам токсичности фитотоксины подразделяются на:

I класс токсичности — чрезвычайно опасные вещества. К этому классу отнесены токсальбумины. Это вещества белковой природы, содержатся не только в ядовитых растениях, но и в змеином яде.

II класс — высокотоксичные вещества. К этому классу отнесены алкалоиды (кокоин, никотин, анабазин). Алкалоиды представляют собой, в основном, третичные амины, действуют на нервную систему.

II-III классы — умеренно опасные вещества. К этому классу относятся гликозиды. Гликозиды — это вещества, в молекулах которых содержатся остатки глюкозы. Это твердые вещества, горькие, хорошо растворимы в воде. В больших количествах вызывают слабость, судороги, нарушение сердечной деятельности, при небольших дозах — нарушение центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта.

III-IV классы — малотоксичные вещества. Эфирные масла — прозрачные желтые жидкости, за исключением масла ромашки, которое синего цвета, не растворимы в воде. Эфирные масла только некоторых растений (молочай, чистотел) имеют токсикологическое значение.

3.1 Ядовитые органы

Растительные токсины могут концентрироваться как во всех частях растений, так и в специализированных органах. Известны примеры узкой локализации фитотоксинов. Например, в семядолях плодовых многих розоцветных содержится придающий им горький вкус цианогликозид амигдалин, при распаде которого образуется синильная кислота с характерным запахом «горького миндаля». Концентрация цианидов именно в семядолях способствует защите проростков как наименее конкурентоспособных особей в популяциях растений.

Сезонность содержания токсичных веществ определяется особенностями функционирования различных органов растений в течение годового цикла. В запасающих подземных органах, например, максимум токсинов сосредоточено в период зимнего покоя (от листопада до распускания листьев), в надземных частях — апогей их содержания в период цветения. У некоторых растений наиболее ядовиты недозрелые плоды и семена (мак). Однако большинство плодов наиболее токсично после созревания.

3.2 Механизмы токсической защиты

Токсическая защита является главнейшей среди таких оборонительных стратегий растений как вооруженность иглами, мощная восковая кутикула, интенсивное нарастание побегов и т. д. Эта особенность объясняется спецификой структуры клеток растительных организмов. Растения в отличие от животных не имеют специализированного скелета, поэтому их опорные структуры складываются из утолщенных клеточных оболочек, что препятствует активному фагоцитозу. Фагоцитоз — процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы. Осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами.

Горький вкус, резкий неприятный запах, повышенное содержание эфирных масел, гликозидов, сапонинов, смол, кислот, танинов, оксалатов и других ядовитых, едких или вяжущих веществ — основные средства борьбы за самосохранение у растений.

Наиболее совершенным представляется механизм дистанционной химической защиты посредством токсических выделений в окружающую среду. При этом токсические вещества начинают действовать до того, как растению были нанесены повреждения (предупреждающий удар). Известны случаи дистанционного поражения человека и животных эфирными выделениями ясенцев и некоторых других растений (токсикодендрон, багульник, рододендрон и др.). К механизмам дистанционной химической защиты следует также причислить и аллелопатию (свойство одних организмов (микроорганизмов, грибов, растений, животных) выделять химические соединения, которые тормозят или подавляют развитие других).

В нормальных условиях произрастания, где отмечается быстрая регенерация поврежденных растений, которой способствуют благоприятные условия среды, также проявляются механизмы токсической защиты.

Иногда растения прибегают к механизму химической защиты посредством «отходов» своего метаболизма. Известно, например, значительное накопление солей щавелевой кислоты (до 1—1,3% в клеточном соке) представителями родов щавель (Rumex), кислица (Oxalis) и ревень (Rheum). Животные не трогают такие растения, так как содержащиеся в них оксалаты приводят к сильному нарушению обмена веществ в животном организме. Моногидрат оксалата калия замещает кальций в крови и осаждает его в виде нерастворимого оксалата кальция, что приводит к уменьшению свертываемости крови. Замена кальция калием может также привести к сильному возбуждению ЦНС (до судорожного состояния). Кроме того, оксалат кальция осаждается в мочевых канальцах, вызывая почечную недостаточность.

3.3 Особенности токсического действия растительных ядов

Токсические свойства одних и тех же растений не одинаковы по воздействию на различные группы животных. Сильно токсичные для человека белладонна и дурман совершенно безвредны для грызунов, псовых, кур, дроздов и других птиц, колорадского жука, но вызывают отравление уток и цыплят. Ядовитые ягоды ландыша, поедаемые даже в массовых количествах, не вызывают отравления лисиц и используются многими псовыми для освобождения от гельминтов. Чувствительность к опию у лошади и собаки в 10 раз меньше, чем у человека, у голубя — в 100, у лягушки — в 1000 раз. Опий — высушенный млечный сок, который получают из недозрелых маковых головок. Сок представляет смесь различных растительных алкалоидов с высоким содержанием морфина.

Многие продукты вторичного метаболизма растений являются ядами для насекомых, но не вызывают отравления высших животных. Такая специализация происходит потому, что насекомые представляют самую многочисленную группу животных, повреждающих растения, и способны (в отличие от травоядных млекопитающих и др.) полностью истребить целые растительные популяции. Поэтому весь механизм токсической защиты растений был направлен на борьбу в первую очередь именно с этой группой животных.

Ядовитые растения являются причиной большинства случаев отравления человека и животных. При этом особенно следует выделить отравления детей, поедающих плоды, корешки, луковицы, стебли. Как особую форму следует рассматривать так называемые лекарственные отравления при неправильном применении и передозировке препаратов ландыша, наперстянки, адониса, валерианы, женьшеня и др.

Отравления растениями большей частью возникают как пищевые. Реже токсическое воздействие оказывает вдыхание ядовитых выделений (дистанционное отравление багульником, ясенцем, хвойными). Кроме того, могут возникать контактные повреждения кожи и слизистых, протекающие по типу сильных аллергических реакций (крапива, борщевик, ясенец, молочаи, горчицы). Существуют также производственные отравления людей респираторно-контактного характера при выращивании, заготовке и переработке растительного сырья (табак, лютиковые, красный перец, чистотел и др.), обработке или химической переработке древесины (все хвойные, дуб, бук, ольха, конский каштан, белая акация). Известно профессиональное заболевание краснодеревщиков, связанное с изготовлением облицовочного шпона из тисса.

Респираторные (дистанционные) отравления могут возникать при длительном нахождении в окружении зарослей (или букетов) сильнопахнущих цветов (магнолии, лилии, маки, черемуха и др.). Они сопровождаются удушьем, головной болью и головокружением, чиханьем, кашлем, слезотечением, насморком, общим недомоганием (вплоть до потери сознания — при длительном контакте).

Большой ущерб наносит отравление ядовитыми растениями животноводству. Животные, как правило, избегают поедания ядовитых растений, имеющих горький вкус, резкий запах и т. д., однако известны случаи массового отравления животных, перевезенных в незнакомую местность, а также при сильном оголодании скота (при дальних перегонах и перевозках), поедании пряновкусовых растений (полыни, можжевельника, табака).

Яды растений в зависимости от химической природы соединений различаются по избирательности токсического действия, поражая различные системы органов. Часто, особенно в тяжелых случаях, проявляется общее комплексное воздействие на организм, нередко сопровождаемое коматозным состоянием.

Во многих растениях присутствует целый комплекс биологически активных веществ различного действия, причем одни из них могут сенсибилизировать организм к воздействию других. Сильное раздражение пищеварительного тракта тиогликозидами, сапонинами и некоторыми алкалоидами способствует более интенсивному всасыванию других токсинов. Некоторые токсические вещества обладают кумулятивным действием, постепенно накапливаясь в организме после неоднократного поедания ядовитых растений в течение продолжительного времени. Подобным эффектом обладают токсины эфедры, орляка, пикульников, наперстянки, свинушки тонкой и др. Такое постепенное накопление пищевых токсинов в организме представляет значительную опасность в связи с незамечаемой на первых порах возможностью отравления, проникновением токсических веществ во многие системы органов и возникновением стойких длительных расстройств.

Сапонины — безазотистые гликозиды растительного происхождения с поверхностно-активными свойствами. Широко распространены в природе, встречаются в различных частях растений — листьях, стеблях, корнях, цветах, плодах. Содержат агликон (сапогенин) и углеводную часть. Комплексообразование сапонинов с холестерином приводит к гемолизу при внутривенной инъекции. Гемолиз — разрушение эритроцитов крови с выделением в окружающую среду гемоглобина. Оболочка из полупроницаемой становится проницаемой. Гемоглобин свободно поступает в плазму крови и растворяется в ней. На проницаемость мембран и гемолитическую способность влияет структура сапонина, количество и строение активных групп. Усиливают проникновение белков и других макромолекул через клеточные мембраны.

Гемолитической активностью обладают только гликозиды. При попадании в кровь сапонины токсичны, поскольку вызывают гемолиз эритроцитов. При приеме внутрь, как правило, менее токсичнывследствие гидролиза гликозидов; однако сапонины мыльного дерева (Sapindus) при проглатывании могут вызвать у некоторых людей крапивницу.

Сапонины высокотоксичны для животных, дышащих жабрами. Они нарушают функцию жабер, которые являются не только органом дыхания, но и регулятором солевого обмена в организме. Сапонины парализуют или вызывают гибель холоднокровных животных даже в больших разведениях. Рыба, отравленная сапонинами, остается съедобной. Сапонины могут оказывать влияние на проницаемость растительных клеток. Определенные концентрации сапонинов ускоряют прорастание семян, рост и развитие растений, а в увеличенных концентрациях могут их тормозить. Сапонины оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, носа, полости рта. При легком раздражающем действии сапонинов происходит усиление секреции всех желез, что благоприятно сказывается на бронхах — ведет к разжижению мокроты. Вместе с тем избыток сапонинов приводит к раздражению слизистой желудка и кишечника, они могут быть токсичными — вызывают тошноту, рвоту, понос, головокружение.

Альготоксины — это токсины сине-зеленых водорослей. Развитие сине-зеленых водорослей приводит к накоплению в организмах многих обитателей водоёмов и в окружающей водной среде сильнодействующих токсических веществ, продуцируемых ими. Альготоксины аккумулируются в водной экосистеме, иногда подвергаясь трансформации и сохраняя при этом токсичность. Вторым звеном в цепи аккумуляции и передачи альготоксинов являются моллюски и рыбы, далее присоединяются теплокровные наземные животные и человек. Известны также отравления травоядных (домашний скот) на водопое при попадании в пищеварительный тракт как фитопланктона, так и самой воды.

Отравление сине-зелеными водорослями может протекать в нескольких клинических формах, в том числе желудочно-кишечной, кожно-аллергической, мышечной и смешанной. При попадании токсинов сине-зеленых водорослей в водопроводную сеть возможны вспышки эпидемического токсического гастроэнтерита (воспалительное заболевание желудка и кишечника). Основные симптомы: тошнота, боли в желудке, спазмы кишечника, рвота, понос, головная боль, боли в мышцах и суставах. При кожно-аллергической форме характерен дерматит, зуд, реакции дыхательных путей по типу бронхиальной астмы.

В особую форму выделяют «юксовско-сартланскую болезнь» (гаффская болезнь), обычно развивающуюся после употребления в пищу инфицированной сине-зелеными водорослями рыбы (щуки, судака, налима, окуня и др.). Фактором, провоцирующим общее начало заболевания, являются физическое напряжение и охлаждение. Интоксикация развивается через 10−72 ч после употребления в пищу рыбы, причем термическая обработка не снижает токсичности. Молниеносно возникают очень резкие боли в мышцах ног, рук, поясницы, грудной клетки, усиливающиеся при малейшем движении. Наблюдаются сухость во рту, иногда рвота. Опасность представляет асфиксия (кислородное голодание) вследствие паралича дыхательной мускулатуры. Болевой приступ длится от 3 до 4 суток. Возможны рецидивы.

Эрготамин — алкалоид, структурно и биохимически близкий с эрголином. Алкалоид спорыньи влияет на различные органы и системы организма, в том числе на ЦНС. Одним из важных свойств эрготамина является его стимулирующее действие на кровеносные сосуды. Подвергается интенсивному метаболизму в печени. Основные метаболиты (некоторые из них фармакологически активны) выделяются с желчью. Около 4% выводится с мочой в неизмененном виде.

Кониин — сильный яд нервно-паралитического действия. Химическая формула — C8H17N, основной алкалоид и ядовитое начало болиголова пятнистого. Кониин — бесцветная жидкость с резким запахом, хорошо растворим в органических растворителях, слабо — в воде. Содержится во всех частях растения, главным образом в плодах и семенах (до 1%). Образуется в клетках растения из остатков уксусной кислоты. Кониин быстро всасывается в кровь из пищевого канала. После всасывания кониина в кровь он вызывает паралич окончаний двигательных нервов. Кониин сначала возбуждает, а затем парализует центральную нервную систему. Под влиянием кониина вначале усиливается, а затем ослабляется дыхание. После приема кониина усиливается слюнотечение, появляются тошнота, рвота, понос, головокружение, расстройство зрения. При отравлении кониином смерть наступает от паралича дыхания. Кониин выделяется из организма с мочой и выдыхаемым воздухом.

Никотин — алкалоид, содержащийся в растениях семейства паслёновых (Solanaceae), преимущественно в табаке и, в меньших количествах, в томатах, картофеле, баклажанах, зелёном перце. Никотиновые алкалоиды также присутствуют в листьях коки. Никотин составляет от 0,3 до 5% от массы табака в сухом виде, биосинтез никотина происходит в корнях, накапливание никотина — в листьях. Никотин чрезвычайно токсичен для насекомых и теплокровных животных. Действует как нейротоксин, вызывая паралич нервной системы (остановка дыхания, прекращение сердечной деятельности, смерть).

Микотоксины — токсины, низкомолекулярные вторичные метаболиты, продуцируемые микроскопическими плесневыми грибами. Микотоксины являются природными загрязнителями зерна злаковых, бобовых, семян подсолнечника, а также овощей и фруктов. Они могут образовываться при хранении во многих пищевых продуктах под действием развивающихся в них микроскопических грибов. Микотоксины ядовиты главным образом для эукариотических организмов. Степень токсичности самих плесневых грибов обусловливает серьезность отравления — митоксикоза. Микотоксины действуют на уровне ДНК-клеток организма, поражая их, вызывая тератогенное (опасное для плода) и иммунодепрессивное действие. Возрастает частота заболевания раком печени, являющейся естественным биологическим фильтром. Заболеть микотоксикозом можно просто подержав в ладонях токсичное зерно или яблоко.

3.4 Первая помощь и профилактика при растительных отравлениях

Первая помощь при большинстве отравлений ядовитыми растениями должна сводиться к скорейшему удалению содержимого желудочно-кишечного тракта (обильное промывание, введение слабительных), сопровождаемому приемом внутрь адсорбирующих (активированный уголь), осаждающих (танины), окисляющих (перманганат калия), нейтрализующих (сода, кислое питье) и обволакивающих (крахмальная слизь, яичный белок, молоко) веществ. Одновременно следует установить по непереваренным остаткам причину отравления.

Дальнейшее лечение согласно проявляемой симптоматике должно проводиться квалифицированным медицинским работником, назначающим специфические антидоты и препараты, обеспечивающие дальнейшую детоксикацию и выведение всосавшихся в кровь веществ, устранение функциональных расстройств дыхания, сердечной и нервно-психической деятельности.

3.5 Охрана и рациональное использование ядовитых растений

Борьба с естественными зарослями ядовитых растений не всегда оправдана, так как они могут относиться к категории редких и исчезающих (в том числе занесенных в Красные книги), практически ценных (источники незаменимых веществ, лекарственные, инсектицидные для биологической защиты растений). Многие из них являются полезными компонентами природных экосистем (нектароносы, микоризообразователи — грибы, лекарственные средства для диких животных — мухоморы и др.).

Катастрофическое сокращение генофонда и площадей распространения сырьевых растений в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также активная борьба с сорной и вредной растительностью заставляют прибегать к созданию специализированных плантаций по разведению некоторых ядовитых растений (спорынья, белена, дурман, скополия, чемерица, наперстянка, секуринега и др.).

Но вопрос об охране и рациональном использовании всего многообразия ядовитых растений (одновременно с поднятием уровня экологической культуры населения) является весьма актуальным и имеет важное народнохозяйственное значение.

Глава 4. Биологический терроризм

Биологический терроризм — это использование бактерий, вирусов и микробов в целях заражения людей и распространения массовой паники. При атаках биологических террористов только небольшое количество людей может заразиться тем или иным заболеванием, но очень большое число людей начинает испытывать страх перед возможным заражением, в результате чего меняется и их поведение.

Сибирская язва — это заболевание, которое вызывается спорами бактерии Bacillus anthracis. Сибирская язва чаще всего поражает копытных животных, таких как крупный рогатый скот, овцы. У людей встречается редко и обычно наблюдается у тех людей, которые контактировали с заражёнными животными или которые работают с животными продуктами, такими как шерсть и шкура.

Сибирская язва у человека встречается в трёх основных формах, но все они вызываются одной и той же бактерией. Форма сибирской язвы зависит от того, как бактерия попадает в организм:

* Кожная инфекция возникает при соприкосновении с заражёнными животными продуктами, землёй и грязью, содержащими споры, или самими спорами. Кожная форма сибирской язвы начинается с покраснения участка кожи, причём покрасневшее место похоже на укус паука. Через несколько дней этот участок увеличивается и может покрыться волдырями, покрытыми чёрными корками. Участок обычно не болит и не чешется.

* Желудочно-кишечная инфекция возникает при поглощении заражённого и недоваренного мяса. Желудочно-кишечная форма сибирской язвы обычно сопровождается рвотой, сильными болями в желудке и диареей с кровью. У некоторых людей может подняться температура.

* Дыхательная инфекция возникает при вдыхании спор сибирской язвы. Дыхательная форма сибирской язвы начинается так же, как и грипп, с жара, сухого кашля и мышечных болей (единственный симптом, характерный для гриппа, но не характерный для дыхательной формы сибирской язвы, — насморк). У людей с такой формой сибирской язвы часто бывают боли в желудке и затруднённое дыхание (в течение нескольких дней). Они могут впасть в состояние шока.

Ни одна из форм сибирской язвы не передаётся от одного человека к другому. Сибирская язва может возникнуть только при прямом воздействии спор бактерий на организм. Вряд ли большая часть населения подвергается опасности заражения сибирской язвой.

Вид лечения и вероятность полного излечения зависят от формы сибирской язвы. Кожная форма — наименее серьёзная форма, и люди вылечиваются без специального лечения (со временем). Желудочно-кишечная и дыхательная формы сибирской язвы — более серьёзные формы и могут привести к смерти, если не провести необходимое лечение.

Из всех заболеваний чаще всего, после сибирской язвы, биологическими террористами используется оспа, затем чума и желтая лихорадка.

Оспа — заболевание, которое вызывается вирусом оспы. Симптомы включают в себя жар, боли, рвоту и специфическую сыпь. Оспа может передаваться от одного человека к другому, обычно после того, как появилась сыпь и в первый раз поднялась температура.

Не существует специального лекарства от оспы. Однако вакцина, сделанная даже через несколько дней после заражения, может предотвратить смерть. Поэтому важно как можно быстрее обратиться за медицинской помощью.

Заключение

В ходе выполнения работы мной были изучены особенности влияния ядов животного и растительного происхождения, механизмы действия и последствия этого влияния.

Биологическое значение зоотоксинов для ядообразующих животных связано с использованием ядов как оружия защиты или нападения, а фитотоксинов — лишь для защиты. Защитное действие реализуется с помощью различных механизмов: алгогенного (болевого), репеллентного (отпугивающего) и некоторых других. При нападении животного на жертву на первый план выступает паралитическое (обездвиживающее) действие зоотоксинов.

Стратегия ядовитости в животном мире имеет два основных направления: использование чужих ядов (вторично-ядовитые животные) и выработка собственных ядовитых веществ (первично-ядовитые животные). Вторичная ядовитость, как правило, не обеспечивает индивидуальной защиты, а лишь ценой гибели отдельной особи повышает шансы выживания популяции в целом. Более совершенными являются вооруженные активно-ядовитые животные.

Ядовитые аппараты различных животных отличаются большим морфологическим разнообразием. Вместе с тем имеется определенное соответствие между химическим составом яда, морфологическими особенностями ядовитого аппарата и биологической спецификой того или иного яда. Так, ядовитые секреты подавляющего большинства изученных к настоящему времени активно-ядовитых животных представляют собой сложные смеси токсических полипептидов и ферментативных белков (яды змей, перепончатокрылых, пауков, скорпионов, кишечнополостных и некоторых других). Характерно, что эти яды активны в основном при парентеральном введении, а при введении внутрь расщепляются пищеварительными ферментами. Отсюда становится понятной и морфологическая специализация ядовитого аппарата, снабженного ранящим устройством. С другой стороны, животные, обладающие невооруженным ядовитым аппаратом, во многих случаях имеют яды небелковой природы (амфибии, муравьи, жуки, многоножки). Яд пассивно-ядовитых животных в естественных условиях эффективен только при попадании с пищей (рыбы, простейшие и др.).

Существует взаимосвязь между биологией того или иного вида ядовитых животных и особенностями продуцируемых ими ядов. Как правило, хищнический образ жизни сопровождается развитием вооруженной формы ядовитого аппарата (змеи, скорпионы, пауки, актинии, осы и др.), причем во многих случаях яд имеет выраженную нейротропную форму активности, поскольку предназначен для обездвиживания жертвы. У животных с невооруженным ядовитым аппаратом продуцируемые ими яды выполняют в подавляющем большинстве случаев защитные функции, т. е. являются отпугивающими веществами — репеллентами (стероиды, органические кислоты, эфиры и др.). Такие яды можно наблюдать у амфибий, многоножек, жуков, муравьев.

Изучение токсических свойств растений традиционно проводилось в плане борьбы с их вредоносным воздействием, оказывающим ощутимый ущерб здоровью человека, животноводству и т. п. Кроме того, растительные яды с давних пор использовались в качестве лечебных и профилактических средств.

Эволюция растительного и животного мира проходила в тесной взаимосвязи с совершенствованием механизма аллелохимической защиты. При этом растения постоянно усложняли свои яды, защищаясь от поедания адаптирующихся к ним животных. Животные же были вынуждены в поисках источника корма постоянно совершенствовать механизм этой адаптивной защиты.

Принципиальным отличием в токсической защите животных и растений является то, что растения в силу своей неподвижности и пассивности вынуждены накапливать ядовитые вещества во всем теле или в «органах покоя» (семенах, подземных корневищах, клубнях, луковицах и т. п.), чтобы сохраниться от истребления.

Растительные токсины, являясь продуктами вторичного метаболизма растений, в большинстве своем не токсичны для производящего их растительного организма или других растений. И, наоборот, все растительные и животные токсины являются ядовитыми для большинства животных, так как стратегия химической защиты в растительном и животном мире всегда направлена на сохранение организмов от поедания животными.

Наибольшее число ядовитых представителей среди растительного и животного мира характерно для южных широт, в которых складываются или чрезвычайно жесткие условия для жизни в силу сухости климата, или, наоборот, значительно благоприятствующие для развития многих групп организмов, например в тропиках. И в том, и в другом случае складывается жесткая конкурентная борьба за жизненные ресурсы. Однако в одном случае она вызвана крайним недостатком влаги и питательных веществ для всех, а в другом — значительной перенаселенностью, также ограничивающей доступность продуктов питания. Благоприятствующий тропический климат вызывает развитие многочисленных групп насекомых и грибов, значительно повреждающих растительные организмы, в связи с чем тропическая флора наиболее химически активна. Поэтому механизм токсической защиты является в таких условиях одним из основных регуляторных приспособлений в динамике растительных и животных популяций.

Список используемой литературы

1. Кораблева А. И.

Введение

в экологическую токсикологию: учеб. пособие для студентов вузов / А. И. Кораблева, Л. Г. Чесанов, А. Г. Шапарь. — Днепропетровск: Центр экономического образования, 2001. — 308 с.

2. Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия: учебное пособие для студ. высш. уч. Заведения / В. Ф. Крамаренко — Киев: Высш. шк., 1989. — 447 с.

3. Куценко С. А. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита: уч. для студ. проф.-техн. уч. заведения/ С. А. Куценко, А.В. Яценко— СПб: Фолиант, 2004. — 528 с.

4. Орлов Б. Н. Зоотоксинология (ядовитые животные и их яды): учеб. пособие для студентов вузов по спец. «Биология» / Б. Н. Орлов, Д. Б. Гелишвили. — М.: Высш. шк., 1985. — 280 с.

5. Паршина Е. А. Ядовитые растения: учебное пособие для студ. высш. уч. заведения / Е. А. Паршина. — Хабаровск: Меридиан, 1995. — 323 с.