Токсикологическая химия для студентов факультета ветеринарной медицины

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ

И ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

для студентов

факультета ветеринарной медицины

Санкт-Петербург

2020

УДК: 615.099:54(075.8)

Лунегов А.М., Андреева Н.Л., Барышев В.А., Попова О.С. Учебно-

методическое пособие. Токсикологическая химия для студентов факультета
ветеринарной медицины. – СПб., Издательство ФГБОУ ВО
СПбГУВМ,

2020. – 72 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов факуль-

тета ветеринарной медицины очной, заочной и вечерней форм обучения. В
пособии описаны правила сбора и направления патологического материала
и кормов для химико-токсикологического исследования, некоторые методики 
изолирования и определения токсических веществ органической и неорганической 
природы, а также значение химико-токсикологического анализа
при отравлении животных.

Авторы-составители: Лунегов А.М., Андреева Н.Л., Барышев В.А.,

Попова О.С.

Рецензент: кандидат химических наук, доцент Луцко Т.П.

Учебно-методическое пособие одобрено и рекомендовано к изданию

методическим советом ФГБОУ ВО СПбГУВМ,

протокол № 6 от 27.10.2020 г.

© Коллектив авторов, 2020

© ФГБОУ ВО СПбГУВМ, 2020

ВВЕДЕНИЕ

Токсикологическая химия - наука о химических превращениях ток-

сических веществ и их метаболитов в организме, методах их выделения из
объектов биологического происхождения, обнаружения и количественного
определения.

Этапы развития токсикологической химии.

Роль отечественных ученых в становлении науки

В XVII столетии в России административное руководство фармацией

осуществлялось Аптекарским приказом. В его ведении была лаборатория, в
которой изготовлялись лекарственные препараты, напитки, водка и изредка
проводились химические, судебно-химические и другие виды анализов.

Судебно-химическая и судебно-медицинская экспертиза стали офици-

альными в начале XVIII века. В 1714 г. Петр I издал Воинский устав, по которому 
всех людей, погибших насильственной смертью, необходимо было
подвергать вскрытию. С 1737 г. начали производиться судебно-медицинские
исследования. В 1748 г. М.В. Ломоносовым была создана первая русская
химическая лаборатория, в которой было положено начало химического
анализа. В 1797 г. были учреждены врачебные управы, в которых штатным
фармацевтам вменялось в обязанность проводить химические исследования
и открытие ядов. Однако специальных лабораторий при врачебных управах
не было, и анализы велись в аптеках
или в приспособленных помещениях.

До начала XIX века судебная химия практически не была связана с

фармацевтическим образованием, поэтому не было ни специальных методов, 
ни специальных руководств по судебно-химическому анализу.

В 1808 г. при медицинском факультете Московского университета и в

Петербурге при Медико-хирургической академии были открыты фармацевтические 
отделения, введен предмет «фармация», в программе которого
уделялось внимание токсикологии и открытию ядов. Позже были созданы
фармацевтические отделения и при других университетах.
Первое упоминание о выделении судебной химии в число самостоятельных
курсов имеется в обозрении лекций Юрьевского (Дерптского, ныне Тартуского) 
университета в 1894 г.

С развитием фармацевтического образования в России выросли кадры

ученых, труды которых обогатили судебную химию новыми методами анализа, 
появились учебники и руководства по судебной химии. Назовем фамилии 
некоторых ученых, которые внесли заметный вклад в развитие судебной 
химии.

А.П. Нелюбин (1785-1858 гг.) - заведующий кафедрой фармации Ме-

дико-хирургической академии Петербурга. Он впервые высказал мысль о
том, что «металлические» яды связываются с «белковатыми» веществами в
организме. Им предложен метод изолирования металлов путем разрушения

объекта концентрированной азотной кислотой, а также способ обнаружения
мышьяка переводом его в арсин. Свой большой опыт в области судебно-
химического анализа Нелюбин обобщил в работах «Правила для руководства 
врача при исследовании отравления» и «Общая и частная судебно-
медицинская и полицейская химия с присовокуплением общей токсикологии
или науки о ядах и противоядных средствах».

А.А. Иовский (1796-1857 гг.) - профессор Московского университета,

автор 40 работ. Он издал «Руководство к распознанию ядов, противоядий и
важнейшему определению первых как в организме, так и вне оного посредством 
химических средств, названных реактивами». Это руководство сыграло 
большую роль в подготовке судебных химиков, хотя в нем отсутствовали 
описания частных методов изолирования и открытия ядов.

Ю.К. Трапп (1814-1908 гг.) работал в Медико-хирургической акаде-

мии, проводил многочисленные анализы объектов на содержание ядов, занимался 
криминалистическими экспертизами. Написал книги «Руководство
для первых пособий при отравлении и для химического исследования ядов» и
«Наставление к судебно-химическому исследованию».

Г. Драгендорф (1836-1898 гг.) - профессор Дерптского (Тартуского)

университета. Он проработал в России 32 года, выделил судебную химию в
самостоятельную науку и читал лекции по ней. Книга Г. Драгендорфа «Судебно-
химическое открытие ядов» выдержала 4 издания. Он предложил реактивы 
для обнаружения алкалоидов и занимался вопросами изолирования
алкалоидов из биологических объектов. «Реактив Драгендорфа» используется 
и в настоящее время в фармацевтической и токсикологической химии.

Г.В. Струве (1822-1908 гг.) - предложил реакции обнаружения соеди-

нений мышьяка и фосфора с молибдатом аммония, внес изменения в методику 
обнаружения цианидов, морфина, стрихнина и др. Он выполнял очень
сложные экспертизы по обнаружению ядов в биологическом материале.

А.П. Дианин (1851-1918 гг.) - работал более 30 лет в Медико-

хирургической академии, выполнил около 5 тыс. анализов и был первым
главным судебно-химическим экспертом России.

На развитие судебной химии, как и на развитие химии вообще, оказа-

ли большое влияние труды Д.И. Менделеева, Т.Е. Ловица, Н.Н. Зинина,
Ю.Ф. Фрицше и др.

Врачи, изучая фармакологию, уделяли значительное внимание вопро-

сам отравлений. Фармакологи одновременно являлись и токсикологами, однако 
с возрастанием числа кормовых отравлений сельскохозяйственных животных 
токсикология постепенно выделилась в самостоятельную науку.

Известным русским токсикологом - специалистом в области судебной

медицины был E.В. Пеликан - редактор первого переведенного на русский
язык руководства по токсикологии французского токсиколога Рабюто.

Автором оригинального отечественного «Учебника токсикологии»,

вышедшего многими изданиями, был профессор Военно-медицинской академии 
Д. П. Косоротов (1856-1920).

Первую кафедру ветеринарной токсикологии создал профессор Харь-

ковского ветеринарного института Ф.Т. Попов (1857-1921) - автор первой в
России книги «Краткий курс судебной ветеринарии» и монографии «Методы 
экспертизы сена». Он провел большие исследования по токсикологии
ядовитых растений и создал токсикологический музей.

Большую роль в подготовке ветеринарных врачей по фармакологии и

токсикологии сыграли учебные руководства по ветеринарной фармакологии
и ветеринарной токсикологии немецкого автора Е. Френера в переводе на
русский язык, которые выдержали 9 изданий.

Принципиально новый и высокий уровень развития ветеринарной

фармакологии и токсикологии по методической глубине и широте объектов
исследований в нашей стране стал возможным после победы Великой
Октябрьской социалистической революции.

Основателем советской ветеринарной фармакологии и токсикологии

является заслуженный деятель науки РСФСР профессор Сошественский
Николай Александрович (1876-1941). Он организовал кафедру фармакологии 
в Московском зооветеринарном институте, лабораторию фармакологии
и токсикологии во Всесоюзном институте экспериментальной ветеринарии,
Военно-ветеринарную химическую лабораторию, написал два фундаментальных 
руководства «Курс фармакологии и фармакотерапии» (1937) и
«Токсикология БОВ» (1933), подготовил большое количество ученых фармакологов 
и токсикологов.

Высокий уровень эрудиции и большой авторитет Н.А. Сошественско-

го был обусловлен широким научным контактом с медицинскими фармакологами 
и токсикологами С.В. Аничковым, В.М. Карасиком, М.П. Николаевым, 
В.И. Скворцовым, В.В. Савичем, А.И. Кузнецовым и др., а также широкими 
экспериментальными исследованиями, результаты которых внедрялись 
с большим эффектом в животноводство, особенно в период коллективизации.


Существенный вклад в развитие отечественной токсикологии внес

профессор И.А. Гусынин (1896-1970), проводивший изучение ядовитых растений 
и написавший фундаментальную монографию «Токсикология ядовитых 
растений», вышедшую в свет четырьмя изданиями.

Весьма большой и плодотворной была научная деятельность профес-

сора С.В. Баженова, который, работая на кафедре фармакологии и токсикологии 
Украинской сельскохозяйственной академии, написал фундаментальный 
учебник «Ветеринарная токсикология», выпущенный в свет четырьмя
изданиями.

Развитию отечественной токсикологии в значительной степени способ-

ствовали: профессор В.А. Сковронский во Львовском зооветеринарном институте, 
проводивший исследования по проблеме токсикологии мышьяка, солей
тяжелых металлов, нитратов и нитритов, заслуженный деятель науки РСФСР
профессор Н.В. Лазарев - в институте экспериментальной медицины, который
оставил токсикологам огромное научное наследие в виде целого ряда фунда-

ментальных монографий по общей промышленной токсикологии, токсикологии 
неэлектролитов «Вредные вещества в промышленности» и др., академик
АМН СССР профессор Л. И. Медведь, который был основоположником сельскохозяйственной 
медицинской токсикологии, организатором.

Всесоюзного научно-исследовательского института гигиены и токси-

кологии пестицидов, полимерных и пластических масс, ряда кафедр токсикологии 
в медицинских институтах и руководителем основных справочников 
и официальных рекомендаций, регламентирующих применение пестицидов 
в сельском хозяйстве.

Существенный вклад в развитие отечественной ветеринарной токси-

кологии внесли известные токсикологи П.Я. Рыбак, Ю.Горный, 3.П. Скоро-
динский, Н.И. Середа, П.Е. Радкевич, А.В. Николаев, А.Н. Кособрюхов,
С.Г. Сидорова и др.

Ветеринарная токсикологическая химия в решении своих задач тесно

связана с целым рядом смежных научных дисциплин: фармакологией; биохимией, 
молекулярной биологией, неорганической, органической и аналитической 
химией, ботаникой, зоологией, зоогигиеной, паразитологией, кормопроизводством, 
защитой растений, кормлением животных, физиологией и
патологической физиологией, клинической диагностикой, терапией внутренних 
незаразных болезней, ветеринарно-санитарной экспертизой, поскольку 
все эти сельскохозяйственные науки используют целый ряд общих
методов и принципов для согласованного заключения о безопасности и безвредности 
кормов, продуктов животноводства и других объектов окружающей 
природы.

Предмет и задачи токсикологической химии

С развитием химии, химической промышленности и фармации увели-

чилось число лекарственных средств и веществ, применяемых в разных
сферах человеческой деятельности. Многие из этих веществ оказались токсичными. 
Современному человечеству приходится жить в обстановке токсикологической 
напряженности, вызванной экологическими и техногенными 
катастрофами, профессиональными отравлениями, развитием различных
заболеваний химической этиологии. Более 6 млн. наименований химических
соединений, содержащихся в окружающей среде, представляют потенциальную 
опасность для здоровья людей и животных.

Поэтому основными задачами токсикологической химии являются:

1. Разработка новых и усовершенствование уже применяемых химических и
физико-химических методов изолирования токсических веществ из соответствующих 
объектов.
2. Разработка эффективных методов очистки вытяжек, полученных из объектов 
химико-токсикологического анализа.
3. Внедрение в практику химико-токсикологического анализа новых чувствительных 
и специфических реакций и методов обнаружения токсических
веществ, выделенных из соответствующих объектов.

4. Разработка и внедрение в практику химико-токсикологического анализа
чувствительных методов количественного определения токсических веществ.

5. Изучение метаболизма токсических веществ в организме и разработка
способа анализа метаболитов.

Основные понятия токсикологии.

Понятие о яде и отравлении

Что такое яд? Точного определения этому слову нет. Вопрос до сих

пор остаѐтся открытым, так как любое химическое вещество может быть
ядом или лекарством, необходимым для нормальной жизнедеятельности организма.


Ещѐ в I веке н.э. швейцарский врач-алхимик Парацельс произнѐс сло-

ва: ―Всѐ есть яд! Ничто не лишено ядовитости; и только доза отличает яд от 
лекарства‖.

Действительно, любое лекарство в больших дозах - яд; а даже самое

токсичное вещество в малых дозах - лекарство.

Собственно, ядом являются вещества, способные в малых дозах вы-

звать нарушение жизнедеятельности организма или его гибель.

В токсикологии существует юридическое и общебиологическое поня-

тие яда.

Юридическое: яды - сильнодействующие вещества (список ―A‖) и пе-

стициды - яды, учѐт и хранение которых строго соблюдается.

Общебиологическое: яд - любое химическое вещество, при обяза-

тельном поступлении в организм в дозе, способной вызвать патологический
процесс, нередко заканчивающийся летальным исходом.

Lim ас (по фамилии автора показателя - Лима) - минимальная порого-

вая доза токсического вещества в мг/кг при однократном введении внутрь
или подкожно, вызывающая у животных нарушения жизнедеятельности организма, 
выходящие за пределы приспособительных физиологических реакций, 
т. е. порог однократного (острого) действия;

ЛД0 - максимально переносимая доза ядовитого вещества в мг/кг при

однократном введении внутрь или подкожно, вызывающая токсический эффект 
без летального исхода в течение последующего 2-недельного наблюдения;


ЛД50 - среднесмертельная доза токсического вещества в мг/кг, вызы-

вающая гибель 50 % животных при однократном введении внутрь или подкожно 
в течение 2-недельного наблюдения;

ЛД100 - смертельная доза токсического вещества, вызывающая гибель

всех подопытных животных при тех же условиях;

Смертельные концентрации (дозы) - вызывают гибель всех (СК100)

или половины (СК50) животных при остром или хроническом отравлении.

Максимально переносимые концентрации (СК0), вызывающие кли-

нические признаки отравления, не обусловливая гибели животных;

Пороговые концентрации (ПК) - минимальные концентрации, вызы-

вающие достоверно патологические изменения в организме, регистрируемые 
наиболее чувствительными методами исследования.

ПКост - пороговая концентрация острого действия, установленная на

лабораторных животных при однократном воздействии в остром эксперименте, 
мг/л.

ПКхр - пороговая концентрация хронического действия, установленная

на лабораторных животных при длительном многократном воздействии в
хроническом эксперименте, мг/л

ПДК - предельно допустимая концентрация вещества в воздухе в

мг/м3, не вызывающая токсических явлений у подопытных животных;

ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень вещества в воздухе в

мг/м3;

КВИО - коэффициент возможного ингаляционного отравления. Пред-

ставляет собой отношение насыщающей концентрации вещества в воздухе в
рабочей зоне в мг/м3 при 20 0C (С20нас.) к среднесмертельной (CL50) для подопытных 
животных.

Отравление – патологический процесс, возникающий при попадании

яда в организм, способного вызвать нарушение жизненно важных функций
организма и создать опасность для жизни животного.

Отравление - болезнь от яда. В отличие от большинства незаразных и

инфекционных заболеваний отравления животных характеризуются следующими 
особенностями:

1) внезапное наступление интоксикации с острым течением и сравни-

тельно быстрая гибель животных;

2) массовость интоксикации, протекающей с одинаковыми клиниче-

скими признаками и патологическими изменениями;

3) интоксикация проявляется или сразу же после кормления или в пер-

вые часы после кормления;

4) температура тела в пределах нормы или понижена;
5) симптомы - нарушение функции ЖКТ, сердечно-сосудистой систе-

мы и нервной системы.

В зависимости от вида и количества яда отравления могут быть

сверхострыми, острыми, подострыми и хроническими.

Сверхострое течение характеризуется поражением ЦНС - конвуль-

сии, нарушение координации движений, животное погибает примерно через 
1-2 часа.

Для острого течения характерно внезапное проявление интоксикации,

быстрое течение и высокая смертность. Оно может проявляться в легкой,
(не резко выраженные клинические признаки, проходящие через 2-3 дня);
средней, (отчетливо выраженные клинические признаки, исчезающие через
5-6 дней) и тяжелой степени, (резко выражены клинические признаки,
ослабление и исчезновение зрительных и слуховых рефлексов, поражение
ЦНС и вегетативной нервной системы, гибель животных наступает через 24-

48 часа). При отсутствии летального исхода выздоровление наступает медленно.


Подострое отравление протекает в течение нескольких дней и закан-

чивается чаще выздоровлением и реже гибелью животного.

Хроническое отравление наблюдается в результате многократного

поступления в организм животного относительно небольших доз ядовитого
вещества, обладающего материальной или функциональной кумуляцией.
Может долгое время (месяцами) оставаться незамеченным, но при этом
медленно наступают дегенеративные изменения в органах и тканях.

Хронические интоксикации вызывают яды, имеющего депо в орга-

низме (препараты наперстянки, тяжѐлые металлы, пестициды (ХОС), диоксины 
и пр.). Они накапливаются до критической дозы или возникает какой-
то сбой в организме, и тогда яд сразу же в больших дозах выбрасывается из
депо в общий кровоток, и может быть отравление, не исключѐн рефлекторный 
шок.

Хронический интоксикации опасны ещѐ и тем, что, хотя и нет симпто-

мов отравления, но заметно снижается продуктивность животных, плодовитость 
и качество потомства (нежизнеспособное или уроды); снижается естественный 
иммунитет специфический иммуногенез. Возникает потенциальная
опасность для здоровья людей, употребляющих в пищу мясо, молоко, яйца
кур, поскольку эта продукция приобретает вредные и даже ядовитые свойства,
так как может содержать токсические вещества или их метаболиты.

Важнейшими разделами ветеринарной токсикологии являются токси-

кокинетика и токсикодинамика ядовитых веществ в организме животных.

Токсикокинетика рассматривает закономерности всасывания, рас-

пределения, накопления, метаболизма (биотрансформации) и выведения
ядовитых веществ при остром и хроническом отравлении сельскохозяйственных 
животных.

Основными путями поступления ядовитых веществ в организм сель-

скохозяйственных животных являются: пищеварительный тракт, органы
дыхания
и
кожные
покровы.
Ядовитые
вещества
через
желудочно-

кишечный тракт поступают в основном при бесконтрольном скармливании
кормов, загрязненных токсическими веществами или содержащих завышенные 
количества некоторых кормовых добавок: поваренной соли, карбамида,
хлопкового шрота, льняного и рапсового жмыхов и других, а также при поедании 
ядовитых растений и при поении животных из загрязненных источников.


Токсикодинамика рассматривает вопросы механизма токсического

действия ядовитых веществ на организм животных с учетом первичной реакции 
яда и ферментов, составляющей молекулярную основу токсического
эффекта.

Классификация ядовитых веществ

Попытки классификации ядов были предприняты в глубокой древно-

сти. Так, древнегреческий ученый Теофрастос (370-286 г.г. до н.э.) написал

обзор по растительным ядам, а его соотечественник Диоскорид (греческий
врач при дворе императора Нерона), классифицировал яды на растительные,
животные и минеральные.

Трудность в классификации ядов (токсических веществ) состоит,

прежде всего, в том, что большинство их обладает политропным (множественным) 
действием. Поэтому, простейшей классификацией является разделение 
ядов по их происхождению или способу получения, или источнику
отравления. С этих позиций все яды можно разделить на две большие группы: 
яды биологической и яды небиологической природы.

Яды биологической природы (токсины). В свою очередь,
среди

ядов биологической природы следует различать яды животных, растений и
бактерий.

Яды животного происхождения. На земле ядовитых животных насчи-

тывается около 5000 видов, в том числе простейшие, кишечнополостные,
паразитические моллюски, иглокожие, рыбы, амфибии, рептилии, млекопитающих. 
В пределах РФ встречается около 1500 видов ядовитых животных.

Как правило, яды животных представляют собой сложные смеси, ос-

новным компонентом которых являются протеины, обладающие высокой
биологической активностью, и ферменты (токсины ботулина А, дифтерийные 
токсины, яды змей и т. д.).

Яды растительного происхождения. Они подразделяются на яды

высших растений (гликозиды, алкалоиды, токсальбумины и др.) и яды низших 
растений, грибов и паразитических грибов. Среди высших растений
бесчисленное множество содержит токсические агенты. Многие из них известны 
и наиболее полно описаны, особенно те из них, которые используются 
в медицине. Это опиум, морфин, атропин, сердечные гликозиды, сали-
цилаты, хинин, резерпин.

Низшие растения также являются источником многих токсичных

агентов. Высокая токсичность патогенных организмов позволяет использовать 
пенициллин, окситетрациклин, хлорамфеникол, эритромицин в медицинских 
целях. Вместе с тем, токсические метаболиты (продукты их биотрансформации) 
микроскопических грибов (микотоксины) при попадании с
пищей в организм животных могут вызвать сильнейшие отравления. Среди
микотоксинов своими токсическими свойствами и широким распространением 
выделяются афлатоксины, охратотоксины, трихотецены, зеараленон и
патулин. Многие из микотоксинов, помимо высокой токсичности, обладают
мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами. Всего известно 
около 100 токсичных микотоксинов, которые вырабатываются 250 грибами.


Яды небиологической природы (токсиканты). Несмотря на их мно-

гочисленность и при всей условности отнесения, яды этого типа можно отнести 
к следующим группам:

• сельскохозяйственные яды;
• промышленные яды;