Введение
Яд – это любое химическое вещество, вредное или смертельное для живых организмов. Этот термин используется в широком спектре научных областей и отраслей, где он часто имеет конкретное определение. Он также может употребляться в обиходе или в переносном смысле, в широком значении. То, считается ли что-либо ядом, может зависеть от дозы, обстоятельств и вида живых организмов. Отравление может быть случайным или преднамеренным, и при установлении причины могут существовать способы нейтрализовать его действие или уменьшить симптомы. В биологии яд – это химическое вещество, вызывающее смерть, повреждение или вред организмам или их частям. В медицине яды представляют собой разновидность токсинов, которые поступают пассивно, а не активно. В промышленности этот термин может иметь негативный оттенок – как нечто, что необходимо удалить для обеспечения безопасности, или положительный – как средство для борьбы с нежелательными вредителями. С экологической точки зрения, яды, попадающие в окружающую среду, впоследствии могут вызывать нежелательные эффекты в других местах или на других уровнях пищевой цепи.
A poison is any chemical substance that is harmful or lethal to living organisms. The term is used in a wide range of scientific fields and industries, where it is often specifically defined. It may also be applied colloquially or figuratively, with a broad sense. Whether something is considered a poison or not may depend on the amount, the circumstances, and what living things are present. Poisoning could be accidental or deliberate, and if the cause can be identified there may be ways to neutralise the effects or minimise the symptoms. In biology, a poison is a chemical substance causing death, injury or harm to organisms or their parts. In medicine, poisons are a kind of toxin that are delivered passively, not actively. In industry the term may be negative, something to be removed to make a thing safe, or positive, an agent to limit unwanted pests. In ecological terms, poisons introduced into the environment can later cause unwanted effects elsewhere, or in other parts of the food chain.
Современные определения
В широком метафорическом (разговорном) употреблении термин "яд" может относиться ко всему, что считается вредным. В биологии ядами называют вещества, способные вызывать смерть, повреждения или нарушение функций органов, тканей, клеток и ДНК, как правило, посредством химических реакций или иной активности на молекулярном уровне при воздействии на организм в достаточном количестве. В медицине (особенно в ветеринарии) и зоологии яды часто различают от токсинов и веномов. И яды, и веномы являются токсинами – токсичными веществами, производимыми организмами в природе. Различие между веномом и ядом заключается в способе доставки токсина: яды – это токсины, которые пассивно попадают в организм при проглатывании, вдыхании или абсорбции через кожу. Примеры ядов включают бытовые химикаты (например, отбеливатель, аммиак), растворители (например, изопропиловый спирт, скипидар), чистящие средства, покрытия (например, обои с мышьяком) и так далее. Многие яды являются важным сырьем для производства. Сама токсичность иногда представляет экономическую ценность, например, при использовании в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками и вредителями. Большинство ядовитых промышленных соединений сопровождаются паспортами безопасности (SDS) и классифицируются как опасные вещества. Опасные вещества подлежат строгому регулированию в отношении производства, закупки и использования в различных областях, включая охрану труда и промышленную безопасность, общественное здравоохранение, стандарты качества питьевой воды, загрязнение воздуха и охрану окружающей среды. Благодаря механизмам молекулярной диффузии многие ядовитые соединения быстро распространяются в биологических тканях, воздухе, воде или почве на молекулярном уровне. В соответствии с принципом энтропии, химическое загрязнение, как правило, дорогостоящее или невозможно обратить вспять без использования специфических хелатирующих агентов или процессов микрофильтрации. Хелатирующие агенты часто обладают более широким спектром действия, чем конкретная цель, поэтому их применение требует тщательного медицинского или ветеринарного контроля. Пестициды – это группа веществ, основное назначение которых – токсичность для различных насекомых и других животных, считающихся вредителями (например, крыс и тараканов). Природные пестициды используются для этих целей на протяжении тысячелетий (например, концентрированный поваренный соль токсичен для многих слизней и улиток). Биоаккумуляция химически синтезированных сельскохозяйственных инсектицидов вызывает опасения у многих видов, особенно у птиц, потребляющих насекомых в качестве основного источника пищи. Селективная токсичность, контролируемое применение и контролируемая биодеградация являются основными задачами при разработке гербицидов и пестицидов, а также в химической инженерии в целом, поскольку все формы жизни на Земле имеют общую биохимическую основу. Организмы, обладающие исключительной устойчивостью к экстремальным условиям окружающей среды, классифицируются как экстремофилы и, как правило, демонстрируют радикально отличающуюся восприимчивость.
Экологический срок службы
Яд, попадающий в пищевую цепь – будь то промышленного, сельскохозяйственного или природного происхождения – может не быть немедленно токсичным для первого организма, поглотившего токсин, но может далее концентрироваться в организмах-хищниках, находящихся выше по пищевой цепи, особенно в плотоядных и всеядных, в особенности в отношении жирорастворимых ядов, которые склонны накапливаться в биологических тканях, а не выводиться с мочой или другими водными выделениями. Помимо пищи, многие яды легко проникают в организм через кожу и легкие. Фтористоводородная кислота – известный контактный яд, помимо своего коррозионного действия. Естественный кислый газ – быстродействующий атмосферный яд, который может выделяться при вулканической активности или при бурении. Растительные контактные раздражители, такие как ядовитый плющ, часто классифицируются как аллергены, а не яды; эффект аллергена заключается не в отравлении как таковом, а в обращении естественной защиты организма против самого себя. Яд также может попасть в организм через неисправные медицинские имплантаты или путем инъекции (что лежит в основе смертельной инъекции в контексте смертной казни). В 2013 году произошло 3,3 миллиона случаев случайного отравления людей. Это привело к 98 000 смертей во всем мире, по сравнению со 120 000 смертями в 1990 году. В современном обществе случаи подозрительной смерти привлекают внимание коронера и судебно-медицинских экспертов. Все большая обеспокоенность, начиная с выделения естественного радия Марией и Пьером Кюри в 1898 году и последующего развития ядерной физики и ядерных технологий, связана с радиологическими ядами. Они связаны с ионизирующим излучением, механизмом токсичности, существенно отличающимся от химически активных ядов. У млекопитающих химические яды часто передаются от матери потомству через плаценту во время беременности или с грудным молоком во время кормления. В отличие от этого, радиологическое поражение может передаваться от матери или отца потомству через генетическую мутацию, которая – если не является смертельной при выкидыше или в детстве, или прямой причиной бесплодия – может быть передана следующему поколению. Атмосферный радон – естественный радиологический яд, влияние которого возрастает по мере того, как люди переходят от образа жизни охотников-собирателей и проживания в пещерах к все более закрытым сооружениям, способным удерживать радон в опасных концентрациях. Отравление Александра Литвиненко в 2006 году стало заметным примером радиологического убийства, предположительно, с целью избежать обычного расследования химических ядов. Яды, широко распространенные в окружающей среде, известны как загрязнение. Они часто имеют антропогенное происхождение, но загрязнение может включать и нежелательные биологические процессы, такие как токсичный красный прилив, или резкие изменения в естественной химической среде, вызванные инвазивными видами, которые токсичны или вредны для прежней экологии (особенно если прежняя экология была связана с экономической ценностью для человека или устоявшейся отраслью, такой как добыча моллюсков). Научные дисциплины экология и управление природными ресурсами изучают жизненный цикл токсичных соединений в окружающей среде и их сложные, диффузные и тесно взаимосвязанные эффекты.
Этимология
Слово "яд" впервые использовалось в 1200 году в значении "смертельный напиток или вещество"; английский термин происходит от старофранцузского *poison, puison* (XII в., современное французское *poison*) – "напиток", особенно медицинский, позднее – "(магический) зелье, ядовитый напиток" (XIV в.), от латинского *potionem* (именительный падеж *potio*) – "питьё, напиток", также "ядовитый напиток" (Цицерон), от *potare* – "пить". Использование "яда" в качестве прилагательного ("ядовитый") датируется 1520-ми годами. Использование слова "яд" в сочетании с названиями растений стало распространено в XVIII веке. Например, термин "ядовитый плющ" впервые был использован в 1784 году, а термин "ядовитый дуб" – в 1743 году. Термин "ядовитый газ" впервые был использован в 1915 году (см. медианную летальную дозу). Слово "яд" также употребляется в переносном смысле: "Присутствие его брата отравило атмосферу на вечеринке". Закон определяет понятие "яд" более строго. Вещества, не требующие по закону маркировки "яд", также могут вызвать состояние отравления. Некоторые яды также являются токсинами – любыми ядами, производимыми организмами, например, бактериальными белками, вызывающими столбняк и ботулизм. Различие между этими двумя терминами не всегда соблюдается, даже среди учёных. Производные формы "токсичный" и "ядовитый" являются синонимами. Животные яды, вводимые под кожу (например, при укусе или жалении), также называются ядом (в оригинале - venom). В обычном понимании, ядовитый организм – это организм, вредный при употреблении в пищу, а ядовитый организм (venomous) использует яд для убийства добычи или защиты, будучи живым. Один и тот же организм может быть и ядовитым, и ядовитым, но это редкость. Все живые существа производят вещества для защиты от поедания, поэтому термин "яд" обычно применяется только к веществам, ядовитым для человека, в то время как вещества, в основном ядовитые для распространённых патогенов организма и человека, считаются антибиотиками. Бактерии, например, являются общими противниками плесени *Penicillium chrysogenum* и человека, и поскольку яд плесени поражает только бактерии, люди используют его для борьбы с ними в своём организме. Антимикробные пептиды человека, токсичные для вирусов, грибков, бактерий и раковых клеток, рассматриваются как часть иммунной системы. В ядерной физике "яд" – это вещество, препятствующее или замедляющее ядерную реакцию. Вещества, опасные для окружающей среды, не обязательно являются ядами, и наоборот. Например, сточные воды пищевой промышленности, содержащие картофельный сок или молоко, могут быть опасны для экосистем ручьёв и рек, потребляя кислород и вызывая эвтрофикацию, но безвредны для человека и не классифицируются как яд. С биологической точки зрения, любое вещество в достаточно большой дозе является ядовитым и может вызвать смерть. Например, несколько килограммов воды могут составить смертельную дозу. Многие вещества, используемые в качестве лекарств, такие как фентанил, имеют летальную дозу лишь в один порядок величины выше, чем ED50. Альтернативная классификация различает летальные вещества, обладающие терапевтической ценностью, и те, которые её не имеют.
Отравление
Отравление может быть острым или хроническим и вызвано разнообразными природными или синтетическими веществами. Вещества, разрушающие ткани, но не всасывающиеся, такие как щёлочь, классифицируются как коррозионные вещества, а не яды.
Острый
Острое отравление – это воздействие яда однократно или в течение короткого периода времени. Симптомы развиваются в тесной связи с моментом воздействия. Для развития системного отравления необходимо всасывание яда. Кроме того, многие распространенные домашние лекарственные препараты не маркируются символом «череп и кости», хотя они могут вызывать серьезные заболевания или даже смерть. Отравление может быть вызвано чрезмерным потреблением веществ, обычно считающихся безопасными, как, например, при водной интоксикации. Вещества, воздействующие на нервную систему, способны парализовать за секунды или меньше, и включают в себя как нейротоксины биологического происхождения, так и так называемые нервно-паралитические газы, которые могут быть синтезированы для военных или промышленных целей. Цианид, вдыхаемый или проглатываемый, используемый в качестве метода казни в газовых камерах или для самоубийства, почти мгновенно лишает организм энергии, ингибируя ферменты в митохондриях, участвующие в синтезе АТФ. Внутривенное введение неестественно высокой концентрации хлорида калия, как это практиковалось при исполнении смертных приговоров в некоторых штатах США, быстро останавливает сердце, устраняя мембранный потенциал, необходимый для сокращения мышц. Большинство биоцидов, включая пестициды, создаются для избирательного воздействия в качестве острых ядов на целевые организмы, однако острое или менее заметное хроническое отравление может возникать и у нецелевых организмов (вторичное отравление), включая людей, применяющих биоциды, и другие полезные организмы. Например, гербицид 2,4-D имитирует действие растительного гормона, что делает его смертельную токсичность специфичной для растений. Фактически, 2,4-D не является ядом, а классифицируется как «вредное вещество» (ЕС). Многие вещества, считающиеся ядами, токсичны лишь косвенно, посредством токсикации. Примером является «древесный спирт» или метанол, который сам по себе не ядовит, но в печени химически превращается в токсичный формальдегид и муравьиную кислоту. Многие лекарственные молекулы становятся токсичными в печени, а генетическая изменчивость определенных печеночных ферментов обуславливает различия в токсичности многих соединений у разных людей. Воздействие радиоактивных веществ может вызвать лучевую болезнь – несвязанное с отравлением явление. Два распространенных случая острого естественного отравления – это отравление теобромином у собак и кошек и отравление грибами у людей. Собаки и кошки не являются естественными травоядными, однако химическая защита, выработанная Theobroma cacao, может оказаться случайно смертельной. Многие всеядные, включая человека, охотно употребляют в пищу съедобные грибы, поэтому многие грибы эволюционировали, чтобы стать решительно несъедобными, в данном случае как средство прямой защиты.
Хроническая
Хроническое отравление – это длительное, повторяющееся или непрерывное воздействие ядовитого вещества, при котором симптомы не проявляются сразу или после каждого отдельного воздействия. Человек заболевает постепенно или после длительного скрытого периода. Чаще всего хроническое отравление возникает при воздействии ядов, склонных к биоаккумуляции или биомагнификации, таких как ртуть, гадолиний и свинец.
Управление
Первоначальное лечение при любом отравлении включает обеспечение адекватной сердечно-легочной функции и купирование симптомов, таких как судороги, шок и боль. При отравлении ядами, введенными инъекционным путем (например, при укусах животных), пораженную область тела можно обработать, наложив давящую повязку и погрузив ее в горячую воду (температурой 50 °C). Давящая повязка замедляет распространение яда по организму, а горячая вода способствует его разрушению. Однако этот метод эффективен только для ядов, состоящих из белковых молекул. В большинстве случаев отравлений основной целью лечения является поддерживающая терапия, то есть купирование симптомов, а не самого яда.
Дезактивация
Лечение свежего отравления может включать деконтаминацию желудочно-кишечного тракта для снижения всасывания. Деконтаминация может включать активированный уголь, промывание желудка, очищение кишечника или аспирацию через назогастральный зонд. Рутинное применение рвотных средств (сиропа Ипекака), слабительных или катартических средств больше не рекомендуется. Активированный уголь является средством выбора для предотвращения всасывания яда. Обычно его применяют в отделении неотложной помощи или обученный специалист по оказанию экстренной медицинской помощи, например, фельдшер или EMT. Однако уголь неэффективен против таких металлов, как натрий, калий и литий, а также против спиртов и гликолей; он также не рекомендуется при проглатывании коррозионных веществ, таких как кислоты и щелочи. Считалось, что слабительные средства уменьшают всасывание, увеличивая выведение яда из желудочно-кишечного тракта. Существует два типа слабительных средств, используемых у отравленных пациентов: солевые слабительные (сульфат натрия, цитрат магния, сульфат магния) и сахаридные слабительные (сорбитол). Они не улучшают исход для пациента и больше не рекомендуются. Вызывание рвоты (например, с помощью ипекака) больше не рекомендуется при отравлениях, поскольку рвота неэффективна для удаления ядов. Промывание желудка, также известное как "желудочный насос", заключается во введении зонда в желудок с последующим введением воды или солевого раствора через зонд. Затем жидкость удаляется вместе с содержимым желудка. Промывание желудка на протяжении многих лет широко использовалось для лечения отравленных пациентов. Однако недавний анализ эффективности процедуры при отравлениях не выявил преимуществ. Его все еще иногда применяют, если его можно провести в течение 1 часа после приема внутрь, и воздействие потенциально угрожает жизни. Аспирация через назогастральный зонд включает введение зонда через нос в желудок, после чего содержимое желудка удаляется с помощью отсоса. Эта процедура в основном используется при приеме жидкостей, когда активированный уголь неэффективен, например, при отравлении этиленгликолем. Очищение кишечника очищает толстую кишку. Это достигается путем введения пациенту большого количества раствора полиэтиленгликоля. Осмотически сбалансированный раствор полиэтиленгликоля не всасывается в организм, что приводит к промыванию всего желудочно-кишечного тракта. Основные области применения – лечение отравлений лекарственными препаратами с замедленным высвобождением, токсинов, не всасываемых активированным углем (например, литий, железо), а также удаление проглоченных пакетов с наркотиками (замещение/контрабанда).
Усиленная экскреция
В некоторых ситуациях выведение яда может быть усилено с помощью диуреза, гемодиализа, гемоперфузии, гипербарической оксигенации, перитонеального диализа, обменного переливания крови или хелатотерапии. Однако в некоторых случаях это может ухудшить состояние при отравлении, поэтому всегда необходимо учитывать природу отравляющего вещества.
Эпидемиология
В 2010 году отравления стали причиной примерно 180 000 смертей, по сравнению с 200 000 в 1990 году. В Соединенных Штатах было зарегистрировано около 727 500 обращений в отделения неотложной помощи по поводу отравлений, что составляет 3,3% от общего числа обращений, связанных с травмами.
Приложения
Ядовитые соединения могут быть полезны либо из-за их токсичности, либо, чаще всего, из-за другого химического свойства, такого как специфическая химическая реактивность. Яды широко используются в промышленности и сельском хозяйстве в качестве химических реагентов, растворителей или комплексообразующих реагентов, например, окись углерода, метанол и цианид натрия соответственно. Они менее распространены в быту, за редкими исключениями, такими как аммиак и метанол. Например, фосген является высокореактивным акцептором нуклеофилов, что делает его отличным реагентом для полимеризации диолов и диаминов с целью получения поликарбонатного и полиуретанового пластика. Для этих целей ежегодно производятся миллионы тонн. Однако эта же реактивность делает его также высокореактивным по отношению к белкам в тканях человека и, следовательно, высокотоксичным. Фактически, фосген использовался в качестве химического оружия. Его можно сравнить с ипритом, который производится исключительно для военных целей, поскольку не имеет значительного промышленного применения. Биоциды не обязательно должны быть ядовитыми для человека, поскольку они могут воздействовать на метаболические пути, отсутствующие у людей, вызывая лишь побочную токсичность. Например, гербицид 2,4-дихлорофеноксиуксусная кислота является аналогом гормона роста растений, который вызывает неконтролируемый рост, приводящий к гибели растения. Люди и животные, не имеющие этого гормона и его рецептора, не подвержены его воздействию и должны получить относительно большие дозы, чтобы проявилась токсичность. Однако избежать токсичности для человека сложно при использовании пестицидов, направленных на млекопитающих, таких как родентициды. Риск, связанный с токсичностью, отличается от самой токсичности. Например, консервант тиомерсал, используемый в вакцинах, токсичен, но количество, вводимое при однократной инъекции, пренебрежимо мало.
История
На протяжении всей истории человечества яд преднамеренно использовался как средство убийства, борьбы с вредителями, самоубийства и казни. В качестве метода казни яд принимали внутрь, как это делали древние афиняне (например, Сократ), вдыхали, как угарный газ или цианистый водород (например, в газовой камере), вводили (например, смертельную инъекцию) или даже в виде клизмы. Смертельный эффект яда мог сочетаться с приписываемыми ему магическими свойствами; примером является китайский яд гу. Яд также применялся в пороховой войне. Например, в китайском тексте «Хуолунцзин» XIV века, написанном Цзяо Ю, описывается использование ядовитой пороховой смеси для наполнения чугунных гранат. Хотя мышьяк является природным экологическим ядом, его искусственный концентрат когда-то прозвали «наследственным порошком». В средневековой Европе монархи часто нанимали личных дегустаторов, чтобы предотвратить покушения на свою жизнь, в эпоху становления аптекарского дела.
Образное значение
Термин "яд" также используется в переносном смысле. Сленговое значение алкогольного напитка впервые зафиксировано в 1805 году в американском английском (например, бармен может спросить клиента: "Что будете пить?" или "Что выберете?"). Употребление слова "яд" по отношению к людям в переносном смысле датируется 1910 годом. Выражение "письмо от ядовитого пера" получило широкую известность в 1913 году благодаря громкому уголовному делу в Пенсильвании (США); сама фраза появилась в 1898 году.