Klasyfikacja i właściwości chemiczne tlenków azotu
Tlenki azotu klasyfikuje się na podstawie stopnia utlenienia:
· Podtlenek azotu / N2O/
· Tlenek azotu /NO/
· Dwutlenek azotu / NO2/
· Trójtlenek azotu /N2O3/
· Czterotlenek azotu /N2O4/
· Pięciotlenek azotu /N2O5/
· Bezbarwny „gaz rozweselający” stosowany w lecznictwie do wywoływania krótkiej narkozy. Związek ten nie występuje w atmosferze w znaczniejszych ilościach, nie wywiera działania drażniącego. Gaz ma przyjemny słodkawy posmak, jest niepalny, słabo rozpuszcza się w wodzie.
· Gaz niepalny, silnie toksyczny, nie tworzy mieszaniny wybuchowej z powietrzem. Jest silnie utleniający, gwałtownie reaguje z wodorem i amoniakiem, a z węglowodorami nienasyconymi już w temperaturze pokojowej tworzy związki nitrowe.
· Zapach – ostry, duszący, przenikliwy. Dwutlenek azotu jest jest jednym z głównych składników zanieczyszczeń powietrza.
· Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne nie jest spotykany w stanie wolnym, nie ma znaczenia w toksykologii. Jest to bezbarwny bezwodnik kwasowy.
· Gaz bezbarwny, nie wywołuje znacznych objawów toksycznych
· Związek bezbarwny, łatwo krystalizujący. Jako bezwodnik, ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne , w stanie wolnym nie występuje.
- Istotne znaczenie toksykologiczne mają dwutlenek i tlenek azotu. Występują najczęściej razem .
- zarówno tlenek jak i dwutlenek azotu występują przede wszystkim w środowisku miejskim i są to związki powstające na skutek działalności człowieka. Źródłem ich emisji są wymagające wysokich temperatur procesy spalania z dostępem powietrza. Oba te związki występują w gazach spalinowych.
- Dwutlenek azotu uważa się za bardziej toksyczny, jego toksyczność jest czterokrotnie większa niż tlenku azotu.
Objawy zatrucia ostrego:
· Pierwszy okres zatrucia – okres podrażnienia- charakteryzuje się objawami:
- nieżytu spojówek, nosa i gardła, towarzyszyć im może kaszel, nudności i uczucie znużenia
- są to mało typowe objawy, przypominające infekcję grypową
- dolegliwości te występują w okresie 2-3 tygodni
· Drugi okres – okres utajenia, bezobjawowy, może trwać od kilku do kilkunastu godzin, zwykle nie przekracza 24. ponieważ w tym okresie pacjent czuje się zupełnie dobrze, zwykle podejmuje ponownie pracę fizyczną. Fakt ten ma duże znaczenie rokownicze, gdyż wykonywanie wysiłków fizycznych w tym okresie bezobjawowym często powoduje nagłe pogorszenie stanu zdrowia.
· Okres ciężkich objawów klinicznych charakteryzuje się nagłym pojawieniem się złego samopoczucia, niepokojem, męczącym kaszlem z nastającą bardzo ciężką dusznością i obfitym odpluwaniem pienistej plwociny.
Rozwija się toksyczny obrzęk płuc
· Akcja serca jest przyspieszona. W wyniku anoksji i zagęszczenia krwi występuje spadek ciśnienia tętniczego. Dołączają się następnie zaburzenia świadomości i wysoka temperatura ciała. W ciągu kilku godzin od wystąpienia objawów obrzęku płuc, na skutek asfiksji spowodowanej zablokowaniem wymiany gazowej w płucach następuje śmierć.
Zawody narażone na kontakt z tlenkami azotu:
- spawacze elektryczni i gazowi
- pracownicy laboratoriów, wytwórni nawozów, barwników, leków
- jubilerzy
- wydmuchiwacze szkła
- hutnicy
- rolnicy
- górnicy
- pracownicy w tunelach
Ekspozycja zawodowa sprzyja prawdopodobnie rozwojowi przewlekłych zapaleń oskrzeli i rozedmy płuc. Ponadto sugeruje się zwiększoną podatność na infekcje dróg oddechowych w grupie narażonych.
NO2 działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe, jest przyczyną zaburzeń oddychania, powoduje choroby alergiczne, astmę – szczególnie u dzieci mieszkających w miastach narażonych na smog.
Właściwości i źródła narażenia:
- występują w przyrodzie, jako produkty rozkładu organicznych substancji azotowych
Głównym źródłem są nawozy sztuczne, ale także:
- nawozy naturalne
- naturalne pokłady soli mineralnych
- środki przemysłowe
Narażenie populacji generalnej:
- woda do picia – przede wszystkim woda studzienna
- żywność pochodzenia roślinnego – przede wszystkim nowalijki
ok. 90% azotanów i azotynów dostających się do organizmu pochodzi z wyżej wymienionych źródeł
Obecność azotanów i azotynów w warzywach jest niezamierzonym zanieczyszczeniem związanym z nieracjonalnym nawożeniem gleby
Do roślin jadalnych gromadzących szczególnie duże ilości azotanów należą - salata, rzodkiewka, burak, kalarepa
Zawartość azotanów może zmieniać się w zależności od odmiany warzywa nawet kilkakrotnie
Ilość azotanów i azotynów dostających się do organizmu może zależeć od nawyków żywieniowych (wegetarianie więcej), pory roku (więcej w okresie wiosenno- letnim)
Źródłem narażenia są też :
leki np. rozszerzające naczynia krwionośne i obniżające ciśnienie krwi / nitrogliceryna, azotyn sorbitolu, Azotyn amylu:
- rozszerza naczynia krwionośne obniżając w ten sposób ciśnienie krwi,
- zastosowanie w lecznictwie jako środek stosowany w chorobie niedokrwiennej
- stosowany jest także jako odtrutka w zatruciach cyjankami
- powoduje tworzenie methemoglobiny, która wiąże cyjanki do nietoksycznej cyjanmethemoglobiny
Wchłanianie:
- dobrze wchłaniają się z przewodu pokarmowego – żołądek, jelito (odcinek dwunastniczy) do krwi
- przenikanie odbywa się na zasadzie transportu aktywnego
- z krwi przenoszone są do wszystkich tkanek
- w zależności od pH soku żołądkowego, mikroflory, substancji pokarmowych azotany mogą przechodzić w azotyny – związki o działaniu methemoglobinotwórczym
- przemianom takim sprzyja obniżona kwasowość soków żołądkowych – pH > 4, co powoduje występowanie w górnym odcinku przewodu pokarmowego nadmiernego rozwoju bakterii redukujących azotany do azotynów
Wydalanie:
- azotany wydalają się z moczem – w ciągu godziny ok. 90% dawki
- w przypadku infekcji bakteryjnej pęcherza moczowego azotany redukowane są do azotynów i w tej postaci wydalane z moczem
Mechanizm działania toksycznego:
- toksyczność azotynów jest ok. 10 x większa niż azotanów, a związane jest to z ich silnymi właściwościami utleniającymi
- przejawem tego działania jest utlenianie Fe2+ hemoglobiny do Fe3+, w efekcie powstaje methemoglobina, która nie ma zdolności odwracalnego wiązania tlenu
- w konsekwencji dochodzi do niedotlenienia OUN
- obraz zatrucia ostrego zależy od stężenia methemoglobiny we krwi
Obraz zatrucia ostrego w zależności od stężenia MetHb we krwi:
- < 2% - stan fizjologiczny
- > 10% - pierwsze objawy sinicy
- 20 – 50% - sinica, niedotlenienie krwi, trudności w oddychaniu, zawroty i bóle głowy, znaczne osłabienie, tachykardia, przy narastających cechach niedotlenienia utrata przytomności
- 50 – 60% - zaburzenia świadomości, niedotlenienie OUN, zaburzenia oddechu, ciśnienie tętnicze niskie z tendencja do wystąpienia wstrząsu
- > 60% - zgon
Oznaczanie
Test bibułkowy
- MetHb – krew koloru czekoladowego, kolor nie zmienia się w czasie
- DeoxyHb – kolor ciemnoczerwony, ale jaśnieje pod wpływem powietrza
Azotany i azotyny są szczególnie niebezpieczne dla niemowląt do 3 m.ż. ze względu na:
- niedostateczna kwasowość soku żołądkowego, w następstwie, czego w wyższych odcinkach przewodu pokarmowego dochodzi do rozwoju drobnoustrojów redukujących azotany do azotynów
- niedostateczne wykształcenie układu enzymatycznego (reduktaza MetHb) katalizującego przejście methemoglobiny do hemoglobiny
- przyjmowanie stosunkowo dużej ilości płynów – ok. 10 x więcej w porównaniu ze starszymi niemowlętami w przeliczeniu na masę ciała
- wysoki udział hemoglobiny płodowej (60 – 80%), której żelazo dwukrotnie szybciej przechodzi w formę trójwartościowa niż w hemoglobinie osób dorosłych
Mechanizmy służące utrzymaniu równowagi pomiędzy zredukowana a utleniona forma hemoglobiny:
W erytrocycie istnieją następujące układy:
1. ½ cząsteczki Glukozy + NAD pirogronian + NADH
NADH + HbFe3+ reduktaza MetHb NAD + HbFe2+
2. G-6-P + NADP G-6-PD 6-PG + NADPH
(I etap szlaku pentozowego, niedobór G-6-PDH - fawizm)
NADPH + Hb(+3) redukcja MetHb przy udziale CoA NADP +Hb(+2)
Odtrutka – błękit metylowy – znacznie zwiększa szybkość tej przemiany
- 1% roztwór błękitu metylenowego w ampułkach do podania dożylnego, wit. C w ampułkach po 500 mg
- podajemy, gdy stężenie MetHb > 30%
Trzeci mechanizm służący utrzymaniu Hb w stanie zredukowanym polega na udziale GSH
3. NADPH + GSSG GR NADP + GSH
GSH + H2O2 GPx GSSG + H2O
(Nadtlenek wodoru może być przyczyna utleniania Hb)
- osobniki z deficytem G-6-PD nie mogą jeść fasoli – fava (glikozydy purynowe)
- na fowizm cierpiał np. Pitagoras
- następuje liza erytrocytów, wydalanie ciemnego lub czarnego moczu
- u tych osób nie jest możliwy wzrost zarodźca malarii
- osoby z deficytem G6PD nie mogą produkować dostatecznej ilości GSH do ochrony przed RTF
- wskutek tego powstaje w ich czerwonych krwinkach niekontrolowane usieciowanie białek,
prowadzące do powstania ciałek Heinza / strątów białkowych/
- anemia hemolityczna
- nosiciele defektywnych genów nie mają zwykle niedokrwistości i innych objawów chorobowych do czasu, gdy ich czerwone ciałka nie są narażone na utleniacze.
- leki, które mogą wywoływać reakcje chorobowe:
- środki przecimalaryczne
- sulfonamidy
- NLPZ
- nitrofurantoina
- Chinidyna, chinina
U kobiet w okresie ciąży:
- azotyny mogą przenikać przez barierę krew – łożysko, co może być przyczyna methemogobinemii u niemowląt
- przy poziomie methemoglobiny u matki 6, 39% u noworodka poziom ten wynosi 5, 87% i w ciągu kilku tygodni spada do wartości prawidłowej
- objawem toksycznego działania azotynów może być niedokrwistość u dzieci wskutek uszkodzenia erytrocytów i utkania erytroblastycznego szpiku. Może wynikać to z wpływu azotynów na zaburzenia enzymatyczne erytrocytów, zmniejszenie czasu ich przeżycia, nasilonej hemolizy czy destrukcji witamin z grupy B, miedzy innymi Wit B6
Azotany i azotyny mogą powodować również (narażenia przewlekle):
· niedokrwistość wywołaną poprzez uszkadzające działanie tych związków na erytrocyty i utkanie erytroblastyczne szpiku
· niszczenie witaminy, B6, której niedobór jest pierwotna przyczyna niedokrwistości
· zahamowanie przyrostu masy ciała spowodowanej spadkiem łaknienia, jak tez działaniem tych związków na wit. A (utlenianie), której obecność niezbędna jest do budowy struktur komórkowych i syntezy białka
· rozpad wit. A i karotenu zachodzi w przewodzie pokarmowym, a obniżenie jej stężenia szczególnie w wątrobie wpływa niekorzystnie na przemiany białkowe i powoduje wzrost aktywności ASPAT i ALAT w surowicy (wzrost przepuszczalności błon komórkowych)
· obniżenie wartości odżywczych pożywienia, w wyniku upośledzenia wykorzystania tłuszczów, białek, węglowodanów, wit. z grupy B, w wyniku hamowania ich trawienia
· niekorzystne oddziaływanie na wątrobę, obrzmienie mitochondriów, zaburzenia w rozkładzie glikogenu oraz zaburzenia w przemianach tłuszczów, wzrost zawartości wolnych kwasów tłuszczowych w surowicy wskutek zaburzenia ich pobierania przez wątrobę
· modyfikacja funkcji immunologicznej przewodu pokarmowego
Składniki biogeniczne
/węgiel, azot, fosfor/ Eutrofizacja – proces przyspieszony
/ nadmierne wzbogacanie wód w
składniki pokarmowe N, P/
Zakwit wody Deficyt tlenu
Rozwój bakterii i glonów
Masowe śnięcie ryb
Obecność azotanów i azotynów w środowisku, a zatem i w żywności jest niebezpieczne także z tego powodu, iż mogą być prekursorami nitrozoamin – związków uważanych za rakotwórcze, jak tez wykazujących działanie mutagenne.
Azotany i azotyny (endogenne i ksenobiotyki) mogą być przyczyna powstawania w organizmie karcinogennych nitrozoamin.
Tworzenie nitrozoamin polega na elektrofilowym podstawieniu NO+ do wolnej pary azotu aminowego występującego w II i III -rzędowych aminach i amidach, IV rzędowych zasadach amonowych lub związkach chemicznych zawierających azot w pierścieniach heterocyklicznych.
Nitrozowaniu najłatwiej ulegają aminy III rzędowe.
Na kinetykę tych redukcji ma wpływ:
- pH środowiska – największa szybkość w pH 3 – 3,4
- temperatura
- zasadowość aminy – szybkość zwiększa się wraz ze spadkiem zasadowości
- katalizatorem reakcji są jony halogenowe i tiocyjaniany
Znanym i skutecznym inhibitorem tworzenia nitrozoamin jest kwas askorbinowy, który redukuje azotyny do tlenku azotu w środowisku słabo kwasowym i utleniający się jednocześnie do kwasu dehydroaskorbinowego.
Związki te, chociaż znane od dawna, wyizolowano z maczki rybnej dodawanej do paszy przeznaczonej do karmienia bydła dopiero w 1927 roku. Stwierdzono, ze powstały one z białka będącego w stanie rozkładu (nieświeża ryba) i dodanego azotynu sodu (konserwant). Związki te mogą występować w konserwowanym mięsie i rybach – przede wszystkim wędzonych, dojrzewających serach. Pewne śladowe ilości stwierdzono także w mleku w proszku.
W ostrym zatruciu powodują:
- uszkodzenie wątroby – martwica środkowej części zrazików wątrobowych połączona z krwawieniem,
...
aminka