Токси́ни (від — «отрута для використання на стрілах») — отруйні речовини, які виробляються живими клітинами або організмами. Індивідуальні сполуки, які спричинюють отруєння.
Цей термін вперше був використаний хіміком-органіком Людвігом Брігером (, 1849—1919)Endotoxin in Health and Disease. Helmut Brade, 1999, p.6, який походить від слова «токсичний»Harper, Douglas. «toxin». Online Etymology Dictionary..
Токсини часто мають білкову природу, яка дає можливість проходити через клітинний бар'єр та призводити до виникнення хворобливих станів при контакті або абсорбції токсинів через тканини тіла. Зазвичай, вступають у взаємодію з біологічними макромолекулами (наприклад, ферментами або рецепторами). Токсини значно різняться силою дії — від незначних (як токсин бджолиного укусу) до майже негайно смертельних (отрута деяких змій). Токсини також відрізняються механізмом дії, і можуть бути надзвичайно складними (отрута морського текстильного равлика з групи конічних равликів містить десятки маленьких білків, кожен з яких націлений на специфічний нервовий канал або рецептор), або відносно простими маленькими білками.
Біологічні функції токсинів У живій природі синтез токсинів є результатом тривалої спрямованої еволюції (коеволюції системи «хижак — жертва») і виконує дві ключові адаптивні функції: Агресивна (екзогенна трофічна функція) використовується хижаками для швидкої іммобілізації, умертвіння або первинного перетравлення здобичі. Цей механізм притаманний активним мисливцям, які мають спеціалізований отруйний апарат (молюски роду , павуки та скорпіони, активні хижі хордові, як-от аспідові чи гадюкові змії).
Захисна (пасивна або активна дефензивна функція) спрямована на відлякування потенційних хижаків чи фітофагів, або на конкурентне витіснення інших видів з екологічної ніші. Пасивний захист базується на накопиченні токсинів у тканинах (наприклад, батрахотоксин у шкірі жаб-дереволазів або серцеві глікозиди у рослинах роду беладонна). Активний захист поєднує виділення токсинів із механічним механізмом ураження (жалкі клітини кубомедуз, отруйні залози бджіл та ос).
Класифікація токсинів за механізмом патогенезу Залежно від специфіки взаємодії з клітинними рецепторами, мембранами та внутрішньоклітинними мішенями макроорганізму, біологічні токсини класифікують за кількома основними патогенетичними типами.
Нейротоксини Нейротоксини () — біологічні отрути, хімічна дія яких спрямована на дезорганізацію функцій нервової системи. Вони блокують потенціалзалежні іонні канали нейронів або перешкоджають нормальному виділенню нейромедіаторів. Найвідомішими джерелами нейротоксинів у природі є павуки роду «Чорна вдова», зокрема каракурт, чия отрута містить альфа-латротоксин, скорпіони, кубомедузи, змії родини аспідових (: кобри, мамби, тайпани), отрута яких містить альфа-нейротоксини, що блокують нікотинові ацетилхолінові рецептори, черевоногі молюски родини Conidae, які виробляють пептидні конотоксини.
Некротоксини Некротоксини () — речовини, що спричиняють некроз (загибель) клітин у місці контакту або поширюються кровотоком, руйнуючи тканини макроорганізму. У людини до дії цих токсинів найчутливішими є шкіра та м'язи. Прикладами організмів, що виділяють некротоксини, є коричневий павук-відлюдник, отрута якого містить сфінгомієліназу D, що руйнує клітинні мембрани, патогенні бактерії, які викликають некротизуючий фасціїт, зокрема, деякі штами Streptococcus pyogenes.
Гематологічні токсини Токсичні сполуки, які вибірково уражають судинну систему та клітини крові: Гемотоксини (, геморагічні токсини) — речовини, що пошкоджують стінки кровоносних судин і порушують зсідання крові, викликаючи внутрішні та зовнішні кровотечі. Гемолітичні токсини () — токсини, що руйнують оболонки еритроцитів. Гемо- та гемолітичні аналоги є основою отрути ямкоголових змій, наприклад, гримучих змій).
Органоспецифічні токсини Група токсичних речовин, яка має виражену вибіркову дію на конкретні органи чи системи: Міотоксини () — токсини, що цілеспрямовано руйнують м'язову тканину. Нефротоксини () — речовини, що уражають нирки та порушують їхню фільтраційну функцію. Кардіотоксини () — отрути, які порушують роботу серцевого м'яза та провідної системи серця.
Вплив токсинів на людину
Інтермітний вплив токсинів Отрути — речовини, здатні при дії на живий організм спричинити різке порушення нормальної його життєдіяльності аж до смерті. Віднесення тих або інших речовин до отрут є умовним, оскільки токсичність багатьох з них визначається обставинами або способом введення в організм.
Використання хімічних речовин як отрути відомо за давніх часів. Як зброя ураження отрути застосовувались під час полювання на диких тварин та у боротьбі між племенами.
З розвитком хімії та хімічних технологій формувалася наука про отруту — токсикологія. Отрути стали грізною зброєю, засобом масового знищення людей, бойовими отруйними речовинами, котрі в широких масштабах застосовані в Першу світову війну, а потім і в інших військових конфліктах (Ефіопія, Китай, В'єтнам, Іран).
Хімічну зброю за масштабами її уражальної дії можна порівняти з ядерною зброєю середнього калібру.
На рівні з бойовими отруйними речовинами, військові токсикологи приділяють велику увагу і хімічним речовинам, які при руйнуванні хімічно-небезпечних підприємств можуть спричинити масові ураження особового складу військ та населення.
Широке використання токсичних речовин у народному господарстві, великі викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище спричинює «екологічну» небезпеку для населення окремих регіонів, а також небезпеку розвитку генетичних захворювань, пов'язаних з порушенням апарату спадковості людини внаслідок їхнього впливу на організм.
Тому головне призначення токсикології як науки — розкриття суті впливу отрути на організм та створення на цій основі ефективних засобів запобігання і лікування отруєнь.
Токсикологія як наука про отрути
Сучасна токсикологія — це наука, яка розглядає отрути та отруєння з різних позицій.
Отруйні речовини з давніх часів привертали до себе особливу увагу. З ними пов'язана безліч легенд і переказів. Так, білий арсен (As2O3) протягом багатьох століть мав славу «порошку для спадкоємців», а у Венеції при дворі дожів тримали фахівців-отруйників. Агата Крісті у своїх детективних творах часто використовувала як спосіб убивства персонажів арсен. Разом із тим давно відомо, що сполуки, отруйні у великих дозах, можуть бути цілющими в малих, про що зауважував ще в першій половині XVI ст. Парацельс. Наприклад, традиційне знаряддя убивць — оксид арсену у невеликих дозах (до 5 мг) корисний: його призначають усередину як загальнозміцнювальний й тонізуючий засіб. Недарма алхімічний символ арсену — змія — зображений на гербі медицини.
Для характеристики токсичності тієї або іншої сполуки найчастіше використовують поняття летальної дози — LD50, яка призводить до загибелі 50 % піддослідних тварин. Як правило, дозу вимірюють масою отрути, яка припадає на 1 кг маси тварини. Однак використання поняття летальної дози має свої обмеження. По-перше, величину LD50, визначену, наприклад, для мишей, дуже рідко можна переносити на інших тварин. Отруйність нікотину для людини приблизно така ж, як і ціанистого калію (50—100 мг або 1—2 краплі), тоді як кози й козулі взагалі мало сприйнятливі до нікотину. По-друге, експериментально визначена, скажімо, на мишах, доза LD50 залежить від того, введена отрута підшкірно, внутрішньовенно, внутрішньом'язово або перорально (через харчовий тракт). Нарешті, навіть нелетальна доза може призвести до серйозного ураження того або іншого органа, особливо в довгостроковій перспективі, спричинити смерть організму. Проте величину LD50 широко використовують на практиці, у тому числі для порівняння токсичності різних класів хімічних сполук.
Згідно з класифікацією катастрофних отрут Інституту фармакології та токсикології АМН України, отрути, які несуть ризик масових отруєнь, поділяються залежно від їхнього походження на два типи — антропогенні (техногенні) та природні.
Антропогенні (технічні) отрути
Антропогенні отрути з точки зору медицини катастроф найкраще вивчені. Це пояснюється зацікавленістю спеціалістів промислової, сільськогосподарської, воєнної токсикології, фахівців в області медицини катастроф тощо. Розповсюдженість, потенціальна можливість утворюватися в різних середовищах довкілля в природних умовах у великих кількостях, висока токсичність, здатність забруднювати ряд об'єктів довкілля у значних концентраціях та невідворотність контакту людини з цими токсикантами з наступним проникненням в організм різними шляхами (пероральний, аерогенний, черезшкірний) обумовлюють високий ризик масових гострих та хронічних отруєнь.
До антропогенних отрут належать: сильнодіючі отруйні речовини (СДОР); токсичні речовини; пестициди; мінеральні добрива; отрути військової хімії; засоби побутової хімії; отрути, які породжують токсикоманію; фармакологічні препарати та диверсійні отрути.
До сильнодійних отруйних речовин (СДОР) належать головним чином зріджені та стиснені гази й низькокиплячі рідини, які при певних умовах (розгерметизація) можуть за короткі терміни забруднити значні об'єми повітря і стати причиною масових інгаляційних уражень. При воєнних конфліктах застосування найновітнішої зброї (наприклад, високоточні авіабомби нового покоління) виникнення вторинних хімічних катастроф, спричинених СДОР, буде скоріше правилом, а не винятком.
Такі СДОР як хлор, аміак, фосген, діоксид та триоксид сірки, оксиди азоту, метилізоціанат мають задушливу дію. При цьому переважній більшості їх притаманна також виразна подразнювальна дія. Фосген такою дією не володіє і має виразний прихований період (4—12 годин). Загалом динаміка формування втрат, породжених ними, уповільнена. На відміну від них ціаністий водень — швидкодійна гістотоксична отрута. У схемах фармакологічного захисту від отрут задушливої дії необхідні препарати, які усувають подразнення та біль, ще препарати, які зменшують запалення бронхо-легеневого апарату, а також проникність альвеолярно-капілярних мембран. Останні дані дають підставу рекомендувати також застосування препаратів, які зменшують кисневий запит організму (транквілізатори, антигістамінні засоби).
Гострі отруєння ціанистім воднем вимагають екстреного застосування антидотних засобів та патогенетичних ліків (фенотіазинові похідні: метиленовий синій, толуїдиновий синій, тіонін; хромосмон, метгемоглобіноутворювачі: диметил-амінофенол, диетиламінофенол, амілнітрит, пропілнітрит; вітаміни: ціанкобаламін, аскорбінова кислота, піридоксин; натрію тіосульфат та інші сірковмісні препарати). Необхідно зазначити, що частина цих препаратів виявляє також антидотно-профілактичну дію, що обумовлює доцільність їхнього використання й з профілактичною метою (особовий склад рятувальних команд, контингенти населення, при загрозі його попадання у заражену зону та інші ситуації).