Паралитические яды временного действия

Яд кураре или рицин, стрихнин или цианистый калий стали символами человеческих преступлений благодаря своей дурной репутации. Еще Папа Римский Александр VI считал, что нет идеальнее преступления, чем отравление. Яд не оставляет следов, занимает немного места и может начать свое действие спустя несколько часов и даже лет, что снимет любые подозрения с отравителя. Так уж вышло, что человек не всегда может стать жертвой злого умысла, отравить его может странствующий паук или медуза размером с орех.

Рицин ― смертельный яд, который можно получить из семян клещевины. Это белый порошок, без особого вкуса и запаха, легко растворимый в воде. Дозы размером с одно рисовое зернышко достаточно, чтобы убить взрослого человека. Токсин действует путем инактивации рибосом и прекращения производства белка, что в конечном итоге приводит к смерти. Без клеток, производящих белок, ключевые функции организма отключаются — даже у выживших после отравления часто остаются последствия в виде хронических заболеваний печени и почек. Это очень неприятный способ отравления: в течение шести часов у жертв, которые получили дозу рицина, проявятся симптомы в виде сильной рвоты и диареи, которые могут привести к серьезному обезвоживанию. Затем рицин заражает клетки жизненно важных органов желудочно-кишечного тракта, проходя через него, это приводит к отказу почек, печени и поджелудочной железы.

Вдыхание рицина имеет другой эффект, так как белки рицина взаимодействуют с другими частями тела. При вдыхании рицина происходит разложение легких, а затем печени и почек. У отравленного развивается сильный кровавый кашель, легкие наполняются жидкостью, и в конечном итоге он не может вдохнуть, что и приводит к смерти.

Инъекция также отличается по действию в зависимости от того, в какое место ее вводили. Но, как правило, она приводит к рвоте и гриппоподобным симптомам, припухлости вокруг места инъекции и, в конечном итоге, к отказу органов, когда система кровообращения разнесет рицин по всему организму. Смерть от вдыхания или инъекции обычно наступает через три-пять чудовищных, мучительных дней после заражения. Громким случаем отравления рицином в XX веке стало убийство в Лондоне болгарского диссидента Георгия Маркова в 1978 году. Яд был введен ему прямо на улице с помощью хитрого механизма, спрятанного в обычном зонтике. Противоядия от него нет, хотя выжить можно, если доза достаточно мала.

Исследования последних десятилетий привели ученых к небольшим сдвигам в поиске антидота, но эксперименты на мышах пока не демонстрировали достаточно высоких показателей для гарантированного эффекта его применения на людях.

Клещевина ― род однолетних растений или вечнозеленых кустарников, распространенных по всему миру в тропическом и субтропическом климате. Из семян клещевины путем холодного прессования получают касторовое масло.

Первые судороги от смертельной дозы могут появиться через 20–30 минут в случае перорального введения, при интраназальном или внутривенном все произойдет быстрее. Первым симптомом является возбудимость и повышенная тревожность, сопровождаемая рвотой и сокращением мышц. Судороги длятся от 30 секунд до двух минут и принимают форму опистотонического положения: конечности вытянуты и челюсти сжаты. Пациенты могут продемонстрировать risus sardonicus — мышечные сокращения лица, вызывающие постоянную видимость сардонической улыбки. Неконтролируемое сокращение мышц может привести к тахикардии, гипертермии, нарушению дыхательных путей из-за скованности челюсти и шеи, а также к последующим признакам рабдомиолиза, гиперкалиемии, почечной недостаточности и судорог. Судороги будут ухудшаться и могут привести к смерти менее чем через час, в зависимости от размера дозы и других факторов.

Лечение заключается в дезактивации препарата, как правило, в виде промывания желудка, если яд получен перорально, и получении поддерживающей медицинской помощи в условиях больницы. Поддерживающее лечение включает внутривенные инъекции — лекарства от конвульсий и спазмов, а также жаропонижающие препараты.

Не менее известный яд кураре можно получить из растения того же рода, что и чилибуха ― стрихноса ядовитого. Кураре — это смесь из стрихнина и бруцина, возбудителя нервной системы. Механизм действия яда состоит в том, чтобы заблокировать никотиновые ацетилхолиновые рецепторы. Для отравления кураре достаточно, чтобы яд попал в кровоток даже через самую маленькую царапину. А вот перорально яд совершенно безобиден. Коренные жители Южной Америки используют кураре для охоты на диких животных. Их добыча либо умирает от удушья из-за паралича дыхания, либо становится настолько парализованной, что ее можно выследить.

Контакт с батрахотоксином вызывает онемение тканей человека. Яд выводит из строя натриевые каналы в нервных и мышечных клетках, тем самым влияя на электрические сигналы, передаваемые по всему телу, парализует конечности и дыхательную систему и вызывает экстрасистолию, аритмию, сердечную недостаточность и, как итог, смерть.

Это свойство яда значительно помогает ученым в исследованиях принципов работы натриевых каналов. В будущем батрахотоксин мог бы использоваться в качестве активного ингредиента в болеутоляющих мазях. При комбинации с ядом скорпиона токсичность яда повышается в 12 раз.

Натриевый канал — мембранный белок, проводящий ионы Li, Na и протоны, он играет огромную роль в поддержании водно-солевого баланса организма. Среди потенциалзависимых натриевых каналов различают уже более девяти подтипов, отличающихся различной чувствительностью к действию блокаторов, которые синтезированы и широко используются в медицине для блокады быстрых потенциалзависимых натриевых каналов вещества, получившие название анестетиков (новокаин, дикаин, лидокаин и другие).

Существуют тысячи видов грибов, но только от 50 до 100 из них токсичны для человека. 95% смертей от употребления грибов во всем мире случается из-за грибов вида Amanita (род мухоморы). Отравление происходит в основном естественным путем — по человеческой глупости или незнанию: люди употребляют ядовитые грибы в пищу, принимая их за съедобные.

Аматоксины уже в концентрации 8–10 моль/л подавляют транскрипцию ДНК, полностью блокируя биосинтез белков печени, и это приводит к отмиранию (некрозу) большей части ее клеток. Этот яд термостабилен, то есть его употребление опасно как в сыром, так и в вареном виде. Начало печеночной недостаточности наступает в течение 48 часов после употребления грибов в пищу.

Позднее (более шести часов после приема) из-за второго компонента в некоторых из этих грибов ― фаллотоксина — начинается рвота и пенистая диарея, что порой является благоприятным фактором для возможного выздоровления.

На второй стадии отравления пациент временно восстанавливается, симптомы нарушений желудочно-кишечного тракта исчезают, но печень продолжает разрушаться. В результате нарушения биосинтеза белка, фосфолипидов, гликогена развиваются некроз и жировое перерождение печени. Эта стадия может длиться два-три дня и характеризуется повышением уровня билирубина, развитием коагулопатии и, в конечном итоге, печеночной энцефалопатией.

На третьей стадии нарушаются как функция печени, так и почек. Смерть в таком случае наступает через три-семь дней. Хотя действие аматоксинов начинается, вероятно, уже через полчаса после употребления в пищу опасных грибов, распад клеток наступает через двое-трое суток после отравления. Особого противоядия от аматоксиновых грибов нет, лечение проявляется преимущественно поддерживающей терапией.

Принцип работы тетродоксина аналогичен механизму воздействия батрахотоксина — он блокирует натриевые каналы. Через неповрежденную кожу вещества не проникают. Опасность представляет попадание токсинов на раневые поверхности, а также — потребление воды и пищи, зараженной ядами.

LD50 (смертельная доза, 50%) ― количество, необходимое для уничтожения 50% контрольной (испытуемой) группы, оценка токсичности яда, которая указывается на килограмм веса. В этом масштабе, например, показатели цианида около 6 мг/кг. Для сравнения, LD50 тетродоксотина составляет около 300 мкг/кг при пероральном приеме и всего 10 мкг/кг при введении.

У человека летальная доза тетродотоксина составляет от 1 до 2 мг, а минимальная доза, необходимая для проявления симптомов, оценивается в 0,2 мг. Появление симптомов интоксикации тетродотоксином обычно происходит через 10–45 минут после приема, но отравление может быть отсрочено на три часа. Первыми признаками становятся онемение лица и конечностей, может появиться сильное головокружение. Сопутствующие симптомы включают в себя тошноту, рвоту, диарею и острую боль в области желудка. Далее появляются и респираторные симптомы — учащенное дыхание. Давление падает, сердечный ритм становится нерегулярным, возникают судороги. В большинстве случаев пациенты находятся в полном сознании вплоть до самой смерти, которая обычно наступает в течение первых шести часов после отравления от паралича дыхательной мускулатуры и асфиксии.

Все люди подвержены отравлению тетродотоксинами. В настоящее время нет известных антидотов к тетродотоксину.

Сакситоксин действует практически так же, как и тетродоксин. Это тоже токсичное вещество небелковой природы, выделенное из тканей морского моллюска Saxidomus, его еще называют паралитическим моллюском. На самом деле, моллюски сами по себе яда не вырабатывают, он поступает в их организм вместе с пищей — одноклеточными рода Gonyaulax catenella. Для самих животных токсин не представляет никакой опасности. Но эти раковины считаются съедобными и нередко оказываются в тарелке у людей. Отравления сакситоксином также часто связывают с цветением водоемов — яд был обнаружен и в сине-зеленых водорослях. Симптомы отравления сакситоксином аналогичны интоксикации тетрадоксином. При проглатывании смертельной дозой считается 0,25 мг/кг.

Майтотоксин является одним из самых смертоносных морских ядов, он имеет смертельную дозу в

0,0002 мг/кг. Вырабатываемый простейшим Gambierdiscus toxicus, разновидностью морского планктона, яд имеет очень сложную структуру, из-за чего его чрезвычайно сложно синтезировать даже учеными-асами в лабораторных условиях.

Морской планктон является пищей для многих рыб, потому майтотоксин представляет реальную угрозу для людей, так как остается в тканях морских обителей надолго.

Симптомы отравления могут проявиться почти сразу или в течение первых 24 часов после отравления. Внешние проявления начинаются с обильной рвоты, через 10–18 часов за ней следуют головная боль, миалгия и потеря сухожильных рефлексов. Через 24 часа проявляются онемение всего тела, полная или частичная потеря чувствительности конечностей и сильный зуд. Эти симптомы постепенно развиваются в течение последующих двух-пяти дней вместе со скачками температуры. Майтотоксин проявляет себя как кардиотоксин, он увеличивает поток ионов кальция через мембрану сердечной мышцы, вызывая сердечную недостаточность, от которой и наступает летальный исход.

Противоядия против майтотоксина не существует.

Рыба фугу и синекольчатый осьминог входят в рейтинг самых смертоносных обитателей моря. Вместе с ними не менее опасной, но менее летальной можно назвать крылатку (рыбу-зебру). Ядовитые шипы этой с виду красивой рифовой рыбки прячутся в плавниках. Отравление сложным по составу ядом крылатки протекает очень тяжело: оно сопровождается судорогами, нарушением деятельности сердца, случается, что на месте прокола развивается гангрена. В теории рыба-зебра способна убить человека, однако такие случаи документально не зафиксированы ни в одном из мест, где она обитает.

Диамфотоксин — яд из гемолимфы личинок и куколок жуков рода Diamphidia. Они откладывают яйца на стеблях кустарников рода Commiphora, широко известного как ладан и мирра. Затем самки покрывают свои яйца своими собственными экскрементами, которые затвердевают, превращаясь в защитную броню. После вылупления личинки зарываются на метровую глубину, где делают себе кокон из песка и могут пролежать так несколько лет, прежде чем закончить превращение в следующую фазу развития. Охотники-бушмены ищут эти личинки в земле, чтобы выдавить из них насыщенную ядом гемолимфу и смазать ядом поверхность стрел (не само острие) для охоты.

Умирает жертва диамфотоксина долго и мучительно, изгнанный из организма гемоглобин фильтруется почками и выводится естественным путем. Бушмены ищут умирающую жертву по следам — вывод гемоглобина придает моче почти черный цвет. Смертельная доза этого яда равна 0,000025 мг/кг.

Кантаридин — яд небелковой природы, который в природе встречается в гемолимфе у представителей семейства жуков-нарывников, в частности, у небезызвестной своими свойствами афродизиака шпанской мушки. В чистом виде яд ― порошок коричневого или черного цвета либо тонкие пластинки, напоминающие чешуйки. В древности он использовался в качестве противовоспалительного средства и везикулянта. В некоторых странах, где популярна традиционная медицина, его до сих используют для удаления бородавок. Его компоненты входят в состав мазей для лечения контагиозного моллюска. Сейчас кантаридин исследуют в лабораториях в качестве экспериментального противоопухолевого средства.

Но есть и другая возможность использования столь мощного лекарственного средства — изощренные жестокие убийства. Кантаридин очень токсичен, так как представляет собой нервно-паралитический яд. Его побочным эффектом у мужчин является очень сильная, даже болезненная эрекция. Хотя вряд ли это может обрадовать жертву. Наряду с ядами еще некоторых, менее смертельных насекомых, отравление кантаридином называется колептеризмом. Уже в первые минуты отравления у жертвы начинаются ощущения покалывания и жжения, краснеет кожа, через 40–60 минут появляются волдыри. Если доза кантаридина не летальна (смертельная доза 1мг/кг), то волдыри могут начать гнить, а ткани вокруг них мертвеют. Через два-три часа после отравления пузыри вздуваются на слизистой гортани, носа и полости рта. Вскоре после их появления жертва ощущает сильную головную боль, клонические и тетанические судороги, затруднение дыхания, падение сердечного ритма и понижение температуры в конечностях. Кантаридин выводится естественным путем, вызывая воспалительные процессы по всему пути выведения.

Настоящим мастером отравлений прослыл Папа Римский Александр VI — Родриго Борджиа. Семья Борджиа использовала несколько видов ядов, лидером среди них была кантарелла — разновидность яда, состав которого так и остался доподлинно неизвестным. Идеальный яд, по мнению Папы, должен быть надежным, эффективным, легко скрываемым и медленно действующим, но достаточно сильным, чтобы убить жертву. По-видимому, кантарелла представляла собой сложную смесь, содержащую мышьяк в сочетании с кантаридином и другими опасными органическими веществами, не оставляющими следов.

Итальянский врач и историк Паоло Джовио в XVI веке писал, что кантарелла представляла собой белесый порошок с приятным вкусом, напоминающим сахар, и что у современников не было никаких сомнений: в ряде громких смертей был виновен именно этот яд. По желанию заказчика кантарелла может убить за день, месяц или год. Также считалось, будто яд настолько силен, что противоядия не существует. Современники писали, что у жертв проявлялись различные симптомы: спутанность сознания, рвота, боль в животе и диарея, которые вполне походили на достаточно распространенные заболевания того времени, например, дизентерию. Более того, похоже, что папа Александр VI и его сын Чезаре и сами стали жертвами отравления кантареллой.

Бразильские странствующие пауки — самые ядовитые пауки на планете. Они принадлежат к роду Phoneutria, который состоит из нескольких видов пауков. Эти пауки печально известны своей агрессивностью и токсичностью их укуса. Такое поведение на самом деле является защитным механизмом. Когда им угрожают или они подвергаются нападению, они поднимают передние пары ног, показывая своим хищникам, что они готовы атаковать. Поэтому их укусы фактически являются актом самообороны, и они делают это только тогда, когда их провоцируют, случайно или намеренно.

Яды природного происхождения — механизм защиты живых существ от угроз, встающих перед ними. Такие токсины не предназначены для того, чтобы убивать, хотя люди и научились их умело использовать для этих целей. Но как показывают исследования некоторых вышеупомянутых ядов, они или их компоненты могут помогать лечить, значительно облегчать различные заболевания или выступать в качестве верного помощника для изучения работы той или иной системы организма. В дикой природе от людей не требуется ничего сверхъестественного — просто не трогать, не вдыхать и не глотать ядовитые растения и животных. Это не так сложно, как кажется.

Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным. Парацельс

Революционная идея Парацельса отражает связь дозы с реакцией: в большинстве случаев чем выше доза, тем сильнее негативная (токсическая) реакция. Эта очевидная концепция создала тематическую платформу, на которой строится современная регуляторная токсикология. К тому же упомянутая связь куда интереснее, чем кажется на первый взгляд, так как и в дозировке, и в реакциях существует множество нюансов.

Когда химическое вещество, токсичное или безвредное, контактирует с организмом, оно оказывает на него определенное воздействие. Дозой воздействия, или экспозиционной дозой, называется количество вещества, которое подействовало на организм. Это количество можно измерить различными прямыми или косвенными методами. Для стандартных химикатов, которые человек принимает намеренно (например, лекарств), существует прямой путь воздействия — чаще всего оральный или инъекционный. Для такого типа воздействия доза обычно определяется через массу (в граммах или миллиграммах) вещества, назначаемого для приема. Например, обычная таблетка аспирина, одного из самых распространенных лекарственных средств, содержит 325 мг активного ингредиента — ацетилсалициловой кислоты. В этой таблетке также содержится ряд инертных химических веществ (наполнителей), но дозировка определяется именно количеством активного ингредиента. Точно так же выражается дозировка и для инъекционных препаратов. Например, эпинефриновый инъектор, широко используемый людьми, страдающими от различных пищевых аллергий, позволяет ввести дозу в 0,3 мг эпинефрина, несмотря на то, что в растворе содержатся и другие вещества.

В приведенных примерах путь воздействия прямой и доза легко определяема, но что делать в тех случаях, когда воздействие оказывается непрямым и непреднамеренным? Это может происходить, если человек, к примеру, съел рыбу, которая прокачивала через свои жабры загрязненную воду, или же он является пассивным курильщиком. В таких случаях количество потребленного вещества сложно точно измерить. Поэтому проще определить не экспозиционную дозу, а концентрацию вещества в среде (в воде, которая проходит через жабры рыбы, или в воздухе, которым дышит животное или человек).

Что интересно, ни способ получения дозы воздействия — прямой или косвенный, — ни метод измерения реакции — дискретной или непрерывной, — не влияет на общий принцип связи между дозировкой и реакцией. В подавляющем большинстве случаев форма кривой этого взаимодействия остается неизменной вне зависимости от того, как представлены данные о дозе и реакции.

Количественная оценка зависимости реакции от дозы

Зависимость реакции от дозы — очень полезный показатель, часто используемый регуляторными организациями. Стандартный подход к тестированию новых веществ или веществ, используемых в новом качестве, начинается именно с выяснения этого соотношения. Обычно на первой стадии определения токсичности проводится оценка способности вещества давать дискретный результат — а именно смерть — в популяции лабораторных животных, к примеру мышей.

Кривая зависимости реакции от дозы на самом деле описывает не смерть, а смертность. Смерть — это реакция отдельного организма, и здесь очевидно, что организм может находиться лишь в одном из двух состояний: он может быть либо жив, либо мертв. Смертность же — реакция популяции организмов. Уровень смертности — показатель, отражающий, какая часть популяции гибнет в результате воздействия токсина. В качестве графической иллюстрации смертности в группе животных, подвергшихся воздействию одинаковых доз токсичного вещества, мы используем дискретную кривую зависимости. В одной крайней точке токсикологической кривой все животные, подвергшиеся воздействию малых доз, выживают (уровень смертности равен нулю), а в противоположной — все животные, подвергшиеся воздействию высоких доз, гибнут (уровень смертности 100%).

Между этими крайностями полной выживаемости и полной смертности зависимость реакции от дозы становится более интересной. В подавляющем большинстве случаев она описывается характерной S-образной, или сигмоидальной, кривой. При низких дозировках токсичного вещества постепенное повышение его концентрации не приводит к сильному увеличению смертности. При средних дозировках смертность начинает резко возрастать с повышением концентрации, а при высоких дозах разница в уровне смертности при увеличении дозы снова становится минимальной.

Важный параметр, который помогает прояснить зависимость — это точка перегиба кривой. В нижней части кривой повышение дозировки ведет не только к увеличению общего числа умерших животных, но и к увеличению количества животных, умерших с каждой новой дозой. Иными словами, угол наклона кривой при переходе от одной концентрации вещества к следующей продолжает увеличиваться, пока не достигнет максимума в точке перегиба. Дальнейшее повышение дозы действующего вещества продолжает приводить к усилению биологического ответа, но скорость, с которой ответ растет, начинает уменьшаться с каждым последующим повышением дозы. Точка перегиба всегда находится в средней части кривой, там, где при тесте на летальную токсичность наблюдается 50%-ная смертность, и, как мы увидим далее, эта точка имеет большое значение при токсикологическом тестировании веществ. Переход от экспериментальных данных к применимой на практике зависимости реакции от дозы (которая позволяла бы количественно определить интересующие точки на кривой) оказывается сложнее, чем кажется на первый взгляд. Для того чтобы заполнить пробелы между относительно немногочисленными экспериментально определенными точками и получить непрерывную кривую, необходимо найти математическое уравнение, описывающее эту зависимость. Когда такое уравнение найдено, с его помощью можно определить значения для любой точки кривой, а не только для тех, где имеются экспериментальные данные.

Важно, что эти дозировки не помогут выстроить кривую зависимости. После исключения их из анализа количество оставшихся точек, которые можно использовать для построения S-образной кривой, может оказаться слишком маленьким, и достоверность результатов тем самым серьезно снизится.

К счастью, существуют математические методы, которые позволяют обойти ряд сложностей. Пробит-анализ, к примеру, позволяет производить такие математические преобразования, в результате которых можно превратить сигмоидальную кривую в прямую линию.

Как известно всем, кто изучал евклидову геометрию, кратчайшее расстояние между двумя точками — это прямая, и, наоборот, любую прямую можно построить по двум точкам. Поэтому с помощью пробит-анализа можно точно оценить всю кривую зависимости реакции от дозы, имея данные всего лишь в двух точках, лежащих где-то между нулевой и 100%-ной смертностью. Более того, если зависимость описывается линейным уравнением (y = угол наклона × x + свободный член), можно легко определить значение любой точки, подставив несколько цифр в это простое уравнение.

Танцы вдоль кривой

Прелесть линейной зависимости реакции от дозы заключается в том, что она дает много предварительной информации о взаимодействии животного с химическим веществом. Например, угол наклона прямой сообщает нам об эффективности токсичного вещества, то есть его способности вызывать биологическую реакцию.

С увеличением угла наклона эффективность также растет. Более того, если эффективности двух веществ оказываются сходными, то на основании зависимости реакции от дозы можно определить некоторые полезные точки, дающие при сокращении одно число, с помощью которого можно проводить сравнение токсичности различных веществ.

А теперь вернемся к точке перегиба. Эта точка в токсикологии и фармакологии известна как ЛД₅₀, доза, при воздействии которой гибнет 50% популяции животных. Эту точку можно определить и в тех случаях, когда животные подвергаются косвенному воздействию вещества (при содержании токсичного компонента в воздухе для животных, дышащих легкими, или в воде для тех, кто дышит жабрами), но тогда она обозначается, как ЛК₅₀ (концентрация вещества в среде, при которой 50% организмов погибают). Эти точки перегиба дают ученым практический числовой индекс, с помощью которого можно сравнивать токсичность различных веществ.

Вторая точка, которую можно выявить из зависимости реакции от дозы, — это пороговая концентрация. Пороговая концентрация — та, при которой вероятность негативного воздействия (например, один случай заболевания на миллион человек) достаточна низка и считается допустимой. Интересно то, что, хотя пороговую дозу легко определить по зависимости реакции от дозы при условии наличия соглашения о приемлемом уровне негативного воздействия, допустимая вероятность этого негативного воздействия устанавливается не наукой, а на общественно-политическом уровне.

Третья важная деталь, касающаяся пороговой дозы, состоит в том, что эта доза является не столько эмпирической, сколько математической. Иными словами, пороговая доза не ограничивается решениями ученого, проводящего тестирование. Если он, к примеру, вводил крысам какое-то вещество в пяти различных концентрациях (0,01, 0,1, 1, 10 и 100 мг на кг массы тела), то пороговая доза вовсе не обязательно будет одной из них. Прямая линия, которую мы получаем при пробит-анализе зависимости реакции от дозы, описывает взаимоотношения не просто нескольких точек на линии, а всех составляющих ее точек. Однако с двумя другими показателями, NOEC и LOEC, дело обстоит иначе. Эти показатели ранее часто использовались для описания химической безопасности продукта, но в настоящее время впали в некоторую немилость. NOEC — это максимальная из измеренных концентраций на кривой, при которой не наблюдается видимого положительного воздействия на организмы, а LOEC — минимальная из измеренных концентраций, при которой выявляется негативное биологическое воздействие химического вещества. Проблема в том, что эти показатели по своей сути необъективны. В то время как пороговая доза — это величина, выведенная математически с использованием всех точек кривой зависимости реакции от дозы, значения NOEC и LOEC связаны только с теми точками кривой, для которых были получены эмпирические данные. Поэтому общее число возможных значений для этих точек лимитируется количеством вариантов дозировок, выбранных экспериментатором. Например, если ученый вводил крысам вещество в пяти различных концентрациях (0,01, 0,1, 1, 10 и 100 мг на кг массы тела), то значения NOEC и LOEC могут соответствовать лишь каким-либо из этих пяти вариантов. Поэтому результаты очень сильно зависят от прихоти экспериментатора и весьма ограничены, тогда как при математическом вычислении они куда более точны и теоретически могут быть абсолютно любыми.

Когда какая-либо правительственная структура разрабатывает стандарты химической безопасности, считающаяся безопасной дозировка практически всегда оказывается ниже, чем реальная пороговая концентрация, рассчитанная на основании уравнения зависимости реакции от дозы. Это делается по чисто практическим причинам, так как токсикологическое тестирование обычно проводится на лабораторных грызунах (мышах и крысах), и его результаты экстраполируются на человека. Грызуны могут быть более чувствительны или менее чувствительны, чем люди, к тем или иным химическим веществам, поэтому максимально допустимый уровень загрязнения из соображений безопасности уменьшается на порядок по сравнению с экспериментальным. Кроме фактора возможных различий в реакции между биологическими видами, во внимание принимается также повышенный риск воздействия того или иного вещества на особо чувствительные группы людей (дети, пожилые и лица с нарушениями иммунной системы).

Исключения

Но во всех ли случаях применима S-образная кривая? Возьмем, к примеру, витамин А. Это вещество представляет собой смесь компонентов, в том числе ретинола, ретиналя и других сходных по структуре каротиноидов. Недостаток витамина А в рационе может вызывать нарушения зрения, особенно при недостатке освещения. Однако витамин А — жирорастворимое вещество, которое не так быстро выводится из организма, как водорастворимые витамины, например витамин С. Поэтому, если употребить слишком много витамина А, возникает риск отравления. Постоянно повышенный уровень витамина А вреден для организма, особенно для развития органов плода.

В случае с этим веществом кривая зависимости реакции от дозы будет не сигмоидальной. Она, скорее, напоминает чашу, где негативный эффект наблюдается как при низких, так и при высоких дозировках.

В данном случае влияние дозировки будет двояким: при высоких концентрациях витамина А преобладает негативное воздействие, и чем ниже будет его концентрация, тем лучше. Однако в низких концентрациях витамин А действует как микроэлемент, дефицит которого также наносит организму вред, и в этом случае его концентрацию нужно увеличить.

На самом деле подобный дефицит нельзя считать истинно токсическим воздействием, но есть примеры и других веществ, которые оказывают на организм негативное воздействие как в низких, так и в высоких концентрациях. Прекрасный пример такого вещества — это 17-бета-эстрадиол. При высоких концентрациях это вещество обладает канцерогенным эффектом и очень токсично. Но при уменьшении дозы зависимость начинает приближаться к классической сигмоидальной кривой. Дозы ниже пороговых не увеличивают риск развития рака. Однако в концентрации намного ниже пороговой этот половой гормон действует так же, как клеточный сигнал, влияющий в том числе и на эмбрио нальное развитие у позвоночных животных.

Хотя эстрадиол необходим для развития как мужских, так и женских особей, слишком высокий его уровень в определенные моменты может быть токсичным, в том числе приводить к развитию у плода мужского пола ряда женских признаков. Именно это является причиной необычной морфологии репродуктивных органов у некоторых животных, например развития женских фолликулов в ткани мужских семенников. (В последующих главах мы еще вернемся к влиянию различных химических веществ на внутриутробное развитие.)

Наш взгляд на токсичные вещества определяется идеями Парацельса. Вероятно, для подавляющего большинства токсинов все действительно зависит от дозы. Этот первый закон токсикологии породил огромное количество исследований и правовых актов, касающихся безопасности. В мире современных ядов многие виды взаимодействий между молекулой и организмом определяются именно этим простым, но элегантным принципом.