Токсическое воздействие ионов металлов на живые клетки

Введение

Токсическое воздействие ионов металлов на живые клетки

Олигодинамический эффект (от греческого oligos, "немного", и dynamis, "сила") – это биоцидное действие металлов, особенно тяжелых металлов, проявляющееся даже в низких концентрациях. Этот эффект обусловлен антибактериальными свойствами ионов металлов, которые поглощаются бактериями при контакте и повреждают их клеточные мембраны. В современное время этот эффект был впервые отмечен Карлом Негели, хотя он и не установил его причину. В определенной степени этот эффект проявляют латунные дверные ручки и серебряные столовые приборы.

Механизм

Металлы реагируют с тиольными (SH) или аминогруппами (NH(1,2,3)) белков, что является механизмом действия, к которому микроорганизмы могут развить устойчивость. Такая устойчивость может передаваться плазмидами.

Алюминий

Было обнаружено, что алюминий конкурирует с железом и магнием и связывается с ДНК, мембранами или клеточными стенками, что обуславливает его токсическое воздействие на микроорганизмы, такие как цианобактерии, почвенные бактерии и микоризные грибы. Алюминия триацетат (раствор Бурова) используется как вяжущее мягкое антисептическое средство.

Антимон

Ортоэстеры диарилстибиновых кислот являются фунгицидами и бактерицидами, применяемыми в красках, пластмассах и волокнах. Трехвалентный органический сурьма использовался в терапии шистосомоза.

Арсен

В течение многих десятилетий мышьяк использовался в медицине для лечения сифилиса. Он до сих пор применяется в растворах для обработки овец от паразитов, крысином яде, средствах для консервации древесины, гербицидах и других пестицидах. Мышьяк ядовит при попадании в организм человека.

Барий

Полисульфид бария — фунгицид и акарицид, применяемый в садоводстве и виноградарстве.

Бисмут

Соединения висмута использовались благодаря их вяжущему, противовоспалительному, бактериостатическому и дезинфицирующему действию. В дерматологии субгаллат висмута до сих пор применяется в ранозаживляющих мазях и порошках, а также в противогрибковых средствах. В прошлом висмут также использовался для лечения сифилиса и малярии.

Бор

Эфиры борной кислоты, полученные из гликолей (например, органоборатная композиция, Biobor JF), применяются для подавления роста микроорганизмов в топливных системах, содержащих воду.

Медь

В медных сосудах в воду выделяется небольшое количество ионов меди, что приводит к уничтожению фекальных бактерий в концентрации до 1 миллиона бактерий на миллилитр. Сульфат меди главным образом используется для уничтожения зелёных водорослей (в качестве алгицида), которые разрастаются в водохранилищах, прудах, бассейнах и аквариумах. 8-гидроксихинолинат меди иногда добавляют в краску для предотвращения образования плесени.

Золото

Золото используется в зубных вкладках и подавляет рост бактерий.

Свинец

Врачи прописывали различные формы свинца для лечения заболеваний, от запоров до инфекционных болезней, таких как чума. Свинец также использовался для консервирования или подслащивания вина. Арсенат свинца применяется в инсектицидах и гербицидах. Некоторые органические соединения свинца используются как промышленные биоциды: тиометилтрифенилсвинец – как противогрибковое средство, консервант для хлопка и добавка к смазочным материалам; тиопропилтрифенилсвинец – как отпугивающее средство для грызунов; ацетат трибутилсвинца – как консервант для древесины и хлопка; имидазол трибутилсвинца – как добавка к смазочным материалам и консервант для хлопка.

Ртуть

Борат фенилртути и ацетат использовались для дезинфекции слизистых оболочек в эффективной концентрации 0,07% в водных растворах. В связи с токсикологическими и экотоксикологическими причинами соли фенилртути больше не применяются. Однако некоторые хирурги продолжают использовать меркурохром, несмотря на токсикологические возражения. Органические соединения ртути использовались в качестве местных дезинфицирующих средств (тимеросал, нитромерсол и мербромин) и консервантов в медицинских препаратах (тимеросал) и зерновых продуктах (как метил- так и этилртуть). Ртуть применялась для лечения сифилиса. Каломель широко использовалась в детских порошках для прорезывания зубов в 1930-х и 1940-х годах. Ртутные соединения также используются в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов и фунгицидов.

Никель

Токсичность никеля для бактерий, дрожжей и грибов существенно различается.

Серебряный

Метаболизм бактерий негативно подвергается воздействию ионов серебра при концентрациях 0,01–0,1 мг/л. Поэтому даже менее растворимые соединения серебра, такие как хлорид серебра, также действуют как бактерициды или гермициды, но не гораздо менее растворимый сульфид серебра. В присутствии атмосферного кислорода металлическое серебро также оказывает бактерицидное действие из-за образования оксида серебра, который достаточно растворим для этого. Даже предметы с цельной серебряной поверхностью (например, столовое серебро, серебряные монеты или серебряная фольга) обладают бактерицидным эффектом. Военные командиры брали с собой серебряные сосуды для питья в экспедиции для защиты от болезней. Ранее из тех же соображений на раны часто накладывали серебряную фольгу или даже серебряные монеты. Серебряный сульфадиазин используется как антисептическая мазь при обширных ожогах. Равновесная дисперсия коллоидного серебра с растворенными ионами серебра может быть использована для очистки питьевой воды в море. Сульфат таллия использовался как депилятор и в лечении венерических заболеваний, грибковых инфекций кожи и туберкулеза.

Олово

Тетрабутилолово используется как противообрастающая краска для судов, для предотвращения образования слизи в промышленных системах рециркуляции воды, для борьбы с пресноводными улитками, вызывающими шистосомоз, в качестве консерванта для древесины и текстиля, а также в качестве дезинфицирующего средства. Гидроксид трициклогексилтина используется в качестве акарицида. Гидроксид трифенилтина и ацетат трифенилтина используются в качестве фунгицидов.

Цинк

Оксид цинка используется в качестве слабого антисептика и в красках как белый пигмент и ингибитор роста плесени. Хлорид цинка – распространенный ингредиент в ополаскивателях для полости рта и дезодорантах, а пиритион цинка – в шампунях против перхоти. Оцинкованные (покрытые цинком) элементы кровли препятствуют росту водорослей. Доступна черепица, обработанная медью и цинком.

Безопасность

Помимо индивидуальных токсических эффектов каждого металла, широкий спектр металлов оказывает нефротоксическое действие на человека и/или животных. Некоторые металлы и их соединения канцерогенны для человека. Ряд металлов, таких как свинец и ртуть, способны проникать через плацентарный барьер и негативно влиять на развитие плода. Некоторые из них (кадмий, цинк, медь и ртуть) могут индуцировать специальные белковые комплексы, называемые металлотионеинами.