Классификация отравляющих и высокотоксичных веществ

Огромное многообразие химических соединений продиктовало необходимость применять несколько классификационных категорий для их систематизации. При этом, применяемые виды классификаций можно разделить на 2 группы: общие, основанные на каком-либо общем принципе оценки, подходящем для всех без исключения химических веществ, и специальные, отражающие связь между отдельными физико-химическими или другими признаками веществ и проявлениями их токсичности (рис. 3).

Рис. 3 – Основные подходы к классификации ядов

В настоящее время используется химическая классификация, предусматривающая деление всех химических веществ на органические, неорганические и элементоорганические. Исходя из принятой химической номенклатуры, определяется класс и группа этих веществ.

Для профилактики отравлений важное значение имеет практическая классификация. По цели применения токсических веществ различают:

1. Промышленные яды:

- органические растворители (дихлорэтан, ксилолы, толуол, бензол и др.);

- топливо (метан, пропан, бутан, бензины, дизельное топливо);

- хладагенты (фреон);

- химические реагенты (метиловый спирт, сероуглерод, соединения ртути, мышьяка и др.);

- красители (анилин и др.);

- пластификаторы и др.

2. Ядохимикаты (пестициды), применяемые для борьбы с сорняками и вредителями сельскохозяйственных культур: хлорорганические пестициды (гексахлоран, полихлорпинен), производные карбаминовой кислоты (севин и др.), и др.), фосфорорганические пестициды (хлорофос, карбофос, фосфамид, хлорметафос и др.), ртутьорганические вещества (гранозан).

В зависимости от назначения пестициды подразделяют на несколько групп:

- инсектициды (уничтожающие насекомых);

- акарициды (уничтожающие клещей);

- зооциды (уничтожающие грызунов);

- фунгициды; (уничтожающие грибковые микроорганизмы);

- бактерициды (уничтожающие бактерий);

- гербициды (уничтожающие сорные растения);

- дефолианты (для удаления листьев);

- десиканты (для высушивания растений);

- репелленты (отпугивающие насекомых).

3. Лекарственные средства, имеющие свою фармакологическую классификацию.

4. Бытовые химикаты:

- пищевые добавки (уксусная кислота);

- средства санитарии, личной гигиены и косметика;

- средства ухода за мебелью, одеждой, автомобилем и др.

5. Вещества растительного и животного происхождения, вызывающие отравления при попадании в организм (цикута, аконит, змеиный, пчелиный яд и т.д.).

6. Боевые отравляющие вещества (БОВ).

Представляет значительный практический интерес предложенная в 1970 г. С.Д.Заугольниковым с соавт. гигиеническая классификация, отражающая количественную оценку токсической опасности химических веществ согласно экспериментальным данным их среднесмертельной дозы (DL₅₀), среднесмертельной концентрации (CL₅₀) и ПДК (табл. 3).

Таблица 3 – Гигиеническая классификация ядов

Степень (разряды) токсичности веществ	Путь поступления яда
Ингаляционный	Энтеральный
CL50, мг/л	ПДК, мг/м3	DL50, мг/кг
I. Чрезвычайно токсичные	<1,0	<1,0	<15
II-III. Высокотоксичные	1-10	<10	15-150
IV-V. Умеренно токсичные	11-40	<100	151-1000
VI-VIII. Малотоксичные	>40	>100	>1500

На рис. 4 показана динамика наращивания токсичности (снижения величин летальных доз) отравляющих веществ, начиная с газообразного хлора и заканчивая веществом Vх. На приведенном графике отчетливо прослеживаются два периода развития отравляющих веществ с точки зрения темпов прироста их токсичности. Первый период приходится на годы 1-й мировой войны, в течение которого ингаляционная токсичность отравляющих веществ по сравнению с токсичностью изначально примененного хлора возросла в 14,6 раза (за счет люизита). Второй период развития совпадает по времени с годами 2-ой мировой войны, включая годы подготовки к ней и первые послевоенные годы. Токсичность новых отравляющих веществ по сравнению с люизитом возросла в 130 раз (вещество Vх). Однако, начиная с 1952 г. - года открытия Р.Гошем фосфорилтиохолинов, прирост токсичности отравляющих веществ приостановился. Новые отравляющие вещества, которые по уровню токсичности превосходили бы вещество VX, на вооружение ни в одной из армий мира приняты не были.

Наибольшее значение для клинической токсикологии имеет разделение химических веществ по характеру их токсического действия (токсикологическая классификация), что позволяет поставить первичный клинический диагноз отравления, разработать принципы профилактики и лечения токсического поражения, а также определить механизм его развития (табл. 4). Следует отметить, что токсикологическая классификация ядов имеет весьма условных характер и обычно детализируется за счет дополнительной информации об их «избирательной токсичности» (табл. 5).

Рис. 4 – Динамика наращивания токсичности боевых отравляющих веществ в XX веке

Таблица 4 – Токсикологическая характеристика ядов

Группа токсикантов	Общий характер токсического воздействия	Характерные представители химических веществ
1. ОВ нервно- паралитического действия	Бронхоспазм, удушье, судороги, параличи	Фосфорорганические соединения (дихлофос, карбофос), БОВ (зарин, зоман, Vх-газы)
2. ОВ кожно-нарывного действия	Местные воспалительные и некротические изменения в сочетании с общетоксическими резорбтивными изменениями	Дихлорэтан, уксусная эссенция, мышьяк и его соединения, ртуть (сулема), БОВ (иприты, люизит)
3. ОВ общеядовитого действия	Гипоксические судороги, кома, отек головного мозга, параличи	Синильная кислота и ее производные, алкоголь и его сурроаты, угарный газ, БОВ (хлорциан)
4. ОВ удушающего действия	Токсический отек легких	Окислы азота, БОВ (фосген, дифосген)
5. ОВ слезоточивого действия (лакриматоры)	Раздражение наружных слизистых оболочек	хлорацетофенон, хлорпикрин, бромбензилцианид
6. ОВ раздражающего действия (стерниты)	Раздражение наружных слизистых оболочек	дифенилхлорарсин, адамсит, дифенилцианарсин, пары крепких кислот и щелочей
7. ОВ психотомиметического действия (психодислептики)	Угнетение или активация (в зависимости от свойств) процессов, лежащих в основе высшей нервной деятельности.	Псилоцибин, мескалин, атропин, БОВ (ДЛК, BZ), наркотические средства (кокаин, опий)

По характеру вызываемых потерь ОВ делят на смертельно действующие (нервно-паралитического, цитотоксического, общеядовитого И удушающего действия) и временно выводящие из строя (инкапаситанты).

К инкапаситантам относится большая группа физиологически активных веществ с различным характером токсического действия. В отличие от веществ смертельного действия, выводящие из строя дозы инкапаситантов в сотни и более раз ниже их летальных доз. Поэтому в случае применения инкапаситантов с военными или полицейскими целями можно избежать случаев поражения людей со смертельным исходом. К инкапаситантам относятся ирританты, дисрегуляторы и вещества калечащего действия (рис. 5).

Пары и аэрозоли ирритантов вызывают раздражение глаз (лакриматоры) и верхних дыхательных путей (стерниты), причем их выводящее из строя действие сохраняется только в период нахождения незащищенных людей в атмосфере, содержащей ирританты в непереносимых концентрациях. После прекращения контакта людей с зараженной ирритантами атмосферой токсические эффекты через короткий промежуток времени самопроизвольно исчезают.

Дисрегуляторы, попадая в организм различными путями, в том числе и с вдыхаемым воздухом, вызывают обратимые психические (психотомиметики) или физиологические и физические (физиканты) расстройства. После попадания в организм в эффективных дозах токсическое действие дисрегуляторов может сохраняться в течение последующих нескольких часов или суток.

Вещества калечащего действия вызывают необратимые изменения в органах дыхания и зрения, а также в других органах и жизненно важных биосистемах организма. Токсические эффекты веществ этой группы необратимы, пострадавшие на длительное время и даже на всю жизнь остаются искалеченными.

Дисрегуляторы и вещества калечащего действия подпадают под запрет согласно химической конвенции 1993 г., в то время как ирританты не отнесены к категории веществ, разработка, производство и применение которых запрещаются. В тексте конвенции содержится лишь призыв к правительствам государств-участников химической конвенции не прибегать к военному применению ирритантов.

Рис. 5 – Классификация инкапаситантов (по Антонову Н.С., 1994)

По тактической классификации ОВ делят на:

а) стойкие;

б) нестойкие.

К группе нестойких ОВ относятся вещества с высоким давлением насыщенного пара и низкими температурами кипения (до 150 ⁰С). Эти вещества попадают в атмосферу в виде паров и вызывают поражение главным образом через органы дыхания, например, фосген. Поражающие концентрации в зоне химического заражения сохраняются несколько десятков минут после их боевого применения.

Стойкими ОВ являются вещества с температурами кипения выше 150 ⁰С, обладающие незначительным давлением насыщенного пара. Их стойкость меняется от нескольких часов (летом) до недель (зимой). Стойкие ОВ можно применять в капельножидком состоянии или в виде аэрозолей (туманы), например, иприты. ОВ с очень высокой температурой кипения и очень малым давлением насыщенного пара, в обычных условиях находящиеся в твердом агрегатном состоянии, относятся к числу дымообразующих ядовитых веществ. Их обычно используют в виде аэрозолей, например, адамсит. Поражающие концентрации в зоне химического заражения сохраняются в течение нескольких часов и суток.

Деление ОВ на стойкие и нестойкие носит условный характер и зависит от многих факторов: метеорологических условий, способа применения, характера местности и т.д. Например, при повышении t⁰ окружающей среды на 10 ⁰С скорость испарения увеличивается в 2 раза, соответственно уменьшается стойкость ОВ на местности. В холодное время стойкость значительно увеличивается. Густая и высокая трава, а также складки рельефа местности значительно уменьшают испарение, а в лесистой местности длительность существования очага химического заражения в 7-10 раз дольше, чем на открытой местности.

По скорости развития поражающего действия в группе ОВ различают:

- быстродействующие (поражение характеризуется минимальным скрытым периодом - минуты): зарин, люизит, синильная кислота, CN, DM, CS, CR;

- медленнодействующие (поражение характеризуется длительным скрытым периодом - часы): V-газы, иприт, фосген.

В странах, производивших отравляющие вещества, было принято выделять следующие группы (рис. 6):

а) табельные ОВ - вещества, производимые в больших количествах, состоящие на вооружении армий, боевое применение которых определяется соответствующими уставами. В США, например, к числу табельных относили V-газы, зарин, ботулотоксин, иприт, адамсит, хлорацетофенон, BZ и другие, включая их всевозможные смеси;

б) резервные ОВ - хорошо изученные вещества, которые на данный момент не производятся непосредственно в качестве отравляющих веществ, но при необходимости могут быть быстро изготовлены промышленностью в достаточных количествах (синильная кислота, галогенцианы, мышьякорганические и свинецорганические соединения, фосген и др.);

в) ОВ ограниченного значения - токсичные вещества, свойства которых в целом удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ОВ, но которые либо использовались и используются для других целей (фосфорорганические инсектициды, мышьяковистый водород и др.), либо производятся в малом количестве в связи с отсутствием достаточных производственных возможностей.

Физическая классификация делит ОВ по агрегатному состоянию на жидкие и твердые вещества (как правило, это временно выводящие из строя).

Для проявления биологической активности ОВ должны обладать способностью к растворению в веществах, присущих живому организму (липиды, вода). Поэтому характеристика их растворимости в различных растворителях (выражается обычно в процентах при 20 ⁰С) имеет большое практическое значение. Высокая растворимость в жирах определяет легкое проникновение ОВ через клеточные мембраны и поэтому все ОВ, хорошо растворяющиеся в липидах, обладают, как правило, большой токсичностью. В связи с этим существенное значение имеет такой показатель, как коэффициент распределения в системе липиды – вода. Чем выше этот коэффициент, тем больше концентрация ядовитого вещества в тканях, богатых липидами.

Рис. 6 – Классификация боевых отравляющих веществ (по Каракчиеву Н.И., 1978, с изм.).

Выделены табельные ОВ США (в скобках указан условный шифр ОВ в армии США)

Доказано, что гипоксия как типовой патологический процесс в той или иной степени сопровождает все формы отравлений (рис. 7). В связи с вышесказанным было предложено разделить токсины в зависимости от типа вызываемого ими кислородного голодания, что позволяет проводить целенаправленную специфическую терапию (табл. 6).

Несмотря на разнообразие химических веществ, представляющих интерес для военной токсикологии, они могут быть объединены в группы в соответствии с особенностями механизмов, лежащих в основе острого повреждающего действия на организм, известной близостью течения и проявлений формирующегося токсического процесса (транзиторных токсических реакций и острых отравлений). Так, по механизму действия на организм человека ОВ могут быть классифицированы как:

1. Вещества, оказывающие преимущественно местное действие на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей и вызывающие их раздражение, сопровождающееся временной утратой пораженным дееспособности (ОВ раздражающего действия).

2. Вещества пульмонотоксического действия, оказывающие преимущественно местное действие на дыхательные пути и ткань легких и вызывающие развитие токсического отека легких (ОВ удушающего действия).

3. Вещества, оказывающие преимущественно резорбтивное действие на организм, сопровождающееся выраженным нарушением функции органов и тканей с высокой метаболической активностью, в основе которого лежит острое повреждение энергетического обмена (ОВ общеядовитого действия).

4. Вещества, характеризующиеся как местным, так и резорбтивным действием на организм, сопровождающимся структурно-функциональными изменениями со стороны клеток различных органов и тканей, в основе которых лежит нарушение пластического обмена, процессов синтеза белка и клеточного деления (ОВ цитотоксического или кожно-нарывного действия).

Таблица 5 – Классификация ядов по «избирательной токсичности»

Группа токсинов	Характер «избирательной токсичности»	Представители
Кардиотоксины	Нарушение ритма и проводимости сердца, токсическая дистрофия миокарда	Сердечные гликозиды (дигиталис,дигоксин), трициклические антидепрессанты (амитриптилин), растительные яды (аконит, хинин), животные яды (тетродотоксин), соли бария, калия
Нейротоксины	Нарушение психической активности, токсическая кома, токсические гиперкинезы, параличи	Психофармакологические средства (наркотические анальгетики, транквилизаторы, седативные и т.д.), ФОС, СО, алкоголь и его суррогаты, производные изониазида
Гепатотоксины	Токсическая гепатопатия	Хлорированные углеводороды (дихлорэтан), ядовитые грибы (бледная поганка), фенолы и альдегиды
Нефротоксины	Токсическая нефропатия	Соли тяжелых металлов, этиленгликоль, щавелевая кислота
Гемотоксины	Гемолиз, метгемоглобинемия, карбоксигемоглобинемия	Анилин и его производные, нитриты, СО
Гастроэнтеротоксины	Токсический гастроэнтерит	Концентрированные кислоты и щелочи, соединения тяжелых металлов и мышьяка

5. Вещества, оказывающие преимущественно резорбтивное действие на организм, сопровождающееся нарушением высшей нервной деятельности, механизмов регуляции жизненно важных органов и систем, в основе которого лежит повреждение процессов генерации, проведения и передачи нервных импульсов (ОВ нейротоксического или нервно-паралитического действия).

Как и любая другая, предлагаемая классификация веществ носит условный характер, так как все процессы, протекающие в организме, неразрывно связаны между собой и повреждение одного из них непременно приводит к повреждению и других. Необходимость выделения веществ в группы продиктована главным образом дидактическими соображениями.

Рис. 7 – Классификация гипоксии

Таблица 6 – Классификация ядов по типу развивающейся гипоксии

Тип гипоксии	Патогенез гипоксических расстройств	Представители токсических веществ
Экзогенная	Снижение парциального давления О2 во вдыхаемом воздухе	Инертные газы, азот, водород, СО2
Дыхательная	Угнетение функции дыхательного центра и дыхательных мышц, обтурационно-аспирационный синдром, бронхоспастический синдром, токсический отек легкого	Наркотические анальгетики, миорелаксанты, ФОС, холинолитики
Циркуляторная	Нарушение микроциркуляции крови, экзотоксический шок	Иприты, фосген, дихлорэтан, соединения мышьяка
Гемическая	Нарушение кислородтранспортной функции крови	Уксусная эссенция, анилин, нитриты, CO, мышьяковистый водород
Тканевая	Нарушение процессов тканевого дыхания	Синильная кислота и ее производные, соединения тяжелых металлов, фторацетат
Смешанная	Комбинация указанных выше способов	Дихлорэтан, ФОС, уксусная эссенция, психофармакологические средства

Примерная патохимическая классификация представлена в таблице 7.

Таблица 7 – Патохимическая классификация ядов (по А.А.Покровскому, 1962)

Механизм действия ядов на ферменты	Характерные представители
Структурные аналоги фермента (субстрата), взаимодействующие с ним по типу «конкурентного торможения»	ФОС и другие антихолинэстеразные соединения, малонат, циклосерин
Аналоги медиаторов	Ингибиторы моноаминоксидазы (ипразид)
Аналоги коферментов	Антивитамины: РР (гидразид изоникотиновой кислоты), В6 (дезоксипиридоксин) и др.
Аналоги аминокислот	Пенициллин, левомицетин
Предшественники структурных аналогов, из которых образуются ингибиторы ферментов	Высшие спирты (этиленгликоль), метиловый спирт
Соединения, блокирующие функциональные группы белка или кофермента	Цианиды, сероводород, окись углерода, метгемоглобинообразователи
Соединения, разобщающие сочетанную деятельность ферментов	Динитрофенол, грамицидин, фториды
Соединения, денатурирующие белок	Концентрированные кислоты, щелочи, органические растворители
Биологические яды, содержащие ферменты, разрушающие белковые структуры	Полиферментные яды змей и насекомых, бактериальные токсины

В других специальных классификациях яды разделены по специфике биологического последствия отравления (аллергены, тератогены, мутагены, супермутагены, канцерогены) и степени его выраженности (например, сильные, средние и слабые канцерогены), что имеет факультативное значение для определенной области медицины или биологии.