Halogeny a jejich anorganické sloučeniny

Fluor Poleptání HF Elementární fluor (F2) a fluorovodík (HF) Stádium 1 Stádium 3 Fluor Elementární fluor (F2) a fluorovodík (HF) fluor - žlutozelený plyn těžší než vzduch fluorovodík - bezbarvá dýmající kapalina, nebo plyn vysoká rozpustnost ve vodě za vzniku kyseliny fluorovodíkové oba plyny vykazují silné dráždivé účinky - dýchací cesty a plíce, kůže, oko další systémové toxické účinky jako kyselina fluorovodíková Kyselina fluorovodíková (HF . x H2O) poměrně slabá kyselina, její účinky dány zejména tox. fluoridového iontu při kontaktu s kůží závisí účinek na koncentraci 14,5 % - symptomy se projeví okamžitě 7% - několikahodinová doba latence - velmi hluboký průnik nedisociované HF do tkání Symptomy hluboká pulzující a pálivá bolest lokalizovaná i mimo zasažené místo hluboké popáleniny, bílé fleky na kůži, puchýře - pomalé hojení systémové účinky fluoridového iontu

Fluor Specifické systémové účinky fluoridového iontu (F-) 1) Syntéza HF 50 % NaF přejde v žaludku na HF - průchod HF přes žaludeční stěnu 106 krát větší než F-, více v překyseleném žaludku F- cirkulující v krvi se vrací do úst přes slinné žlázy vzniklá HF má sině dráždivé a leptavé účinky 2) Inhibice enzymů intracelulárního metabolismu inhibice metabolismu glukózy - hypoglykémie inhibice Na+ / K+ ATP-ázy - hyperkalemie vlivem uvolňování K+ do extracelulárního prostoru inhibice acetylcholinesterázy - slinění, zvracení, průjem

Fluor Specifické systémové účinky fluoridového iontu (F-) 3) Vliv na metabolizmus Ca, Mg a Mn velká afinita F- k Ca, Mg a Mn, ve sloučeninách s F- malá biologická dostupnost vznik nerozpustných sloučenin vápníku v extracelulárním prostoru Ca5(PO4)3F ukládání F- v kostech a zubech - léčba a prevence osteoporózy a zubního kazu? porušení metabolizmu Ca - vliv na přenos nervového vzruchu, na srdeční činnost 4) Vliv na metabolismus Al při současném příjmu Al a F- (např. úprava vody) vzniká v těle AlF3 AlF3 - lehký přestup z krve do mozku - neurodegenerativní onemocnění

Fluor Fluoridový aniont (F-) Akutní účinky moderate severe mild pitting Fluor Fluoridový aniont (F-) Akutní účinky GI symptomy - nadměrné slinění, zvracení, průjem, vnitřní krvácení Neurologické symptomy - deprese CNS Kardiovaskulární symptomy - srdeční arytmie, zástava srdce Chronické účinky zubní a kosterní „fluorosis“ - zesílení a zkřehnutí kostní tkáně dále hemolýza, ledvinové kameny, neurologické poruchy

Chlor Elementární chlor (Cl2) Chlorečnany (ClO3-) Chlorovodík (HCl) při inhalaci kašel, bolesti na prsou, zvracení a bolest hlavy následkem je edém nebo zánět plic chronická expozice - bronchitidy Chlorečnany (ClO3-) podráždění kůže, edém plic při podání p.o. - cyanosa, poškození ledvin a křeče, hemolysa, methemoglobinémie Chlorovodík (HCl) dráždí dýchací cesty, edém plic chronická intoxikace - poškození zubní skloviny, perforace nosní přepážky, lámavost nehtů a vypadávání vlasů

Brom Elementární brom (Br2) Bromidy (Br -) Bromičnany (BrO3 -) intenzívní dráždivé účinky kapalný leptá sliznice i kůži Bromidy (Br -) působí tlumivě na CNS, vyvolávají ospalost Bromičnany (BrO3 -) hemolysa, tvorba methemoglobinu, poškození ledvin a jater, útlum CNS, žloutenka, smrt na selhání ledvin

Jod Elementární jod (I2) Jodičnany (IO3 -) intenzívní dráždivé účinky - edém plic leptá sliznice i kůži - těžce hojitelné vředy po intoxikaci závratě, poruchy vidění Jodičnany (IO3 -) jedovatější než chlorečnany a bromičnany

Toxikologie anorganických sloučenin C,N,S,P a O

Oxid uhelnatý (CO) Zdroje Mechanismus toxického účinku nedokonalé spalování organické hmoty významný podíl svítiplynu a generátorového plynu surovina pro vybrané organické syntézy produkt biotransformace některých xenobiotik - CH2Cl2 , CH2Br2 , CH2I2 Mechanismus toxického účinku vznik karboxyhemoglobinu - snížená kapacita přenosu O2, změna disociačních charakteristik Hb pro O2 po navázání CO na jednu ze čtyř podjednotek Hb na ostatních podjednotkách zvýšená afinita k O2  neuvolňuje se do tkání vazba CO na cytochrom a3 - blokáda tkáňového dýchání vazba CO na myoglobin - nedostatek O2 pro srdeční činnost peroxidace lipidů v mozkové tkáni

Oxid uhelnatý (CO) Dávka - účinek C ve vzduchu % CO-Hb Symptomy [ppm] 70 10 dušnost, tlak v hlavě, dilatace kožních cév 120 20 bolest hlavy, návaly krve do hlavy 220 30 silná bolest hlavy, malátnost, zvracení, poruchy vidění a úsudku 350 - 560 40 - 50 silná bolest hlavy, zv. frekvence dechu a tepu, křeče a mdloby 800 - 1220 60 - 70 koma, křeče, slabý dech, smrt během několika hodin 1950 80 smrt během několika minut

Symptomy - karboxyhemoglobin (COHb) poškození mozku, smrt koma, poškození mozku kolaps, bezvědomí zvracení netečnost, ospalost bolest hlavy, nevolnost bolest hlavy mírná bolest hlavy bez příznaků Symptomy - karboxyhemoglobin (COHb)

Kuřáci cigaret Kuřáci dýmky Kuřáci doutníků Nekuřáci Koncentrace COHb (% saturace Hb) Kumulativní % sledovaných jedinců podle Wald at all, 1981

Oxid uhelnatý (CO) Akutní účinky Následky akutní otravy cílovými orgány jsou zejména mozek a srdce srdce - snížená tolerance k fyzické námaze, arytmie mozek - akutní otrava mívá často trvalé následky, které se s časem horší jasně červená barva kůže (2%), častěji cyanósa, často krvácení sítnice úmrtnost v rozmezí 1 - 35 % Následky akutní otravy demence, psychóza, poruchy paměti, Parkinsonismus, paralýza, chorea změny osobnosti, poruchy chůze, slepota (korová), apraxie, .....

Oxid uhelnatý (CO) Chronická otrava Teratogení účinky První pomoc poruchy paměti a učení, zvýšené riziko úmrtí na kardiovaskulární onemocnění Teratogení účinky pokud je koncentrace COHb u matky 30%, u plodu to může být až 60% Hb plodu má mnohonásobně větší afinitu k CO než Hb matky u plodu delší bilogický T1/2 hypoxie plodu dále zhoršena posunem disociační charakteristiky mateřského Hb První pomoc přemístění postiženého z místa s vysokou koncentrací CO na čerstvý vzduch umělé dýchání, inhalace kyslíku, hyperbarické komory

Kyanovodík (HCN), kyanidy (CN-) Amygdalin Hydrolýza amygdalinu Vitamín B12 (cyanocobalamine) význam pro krvetvorbu, tvorbu buněčných membrán, důležitý pro správnou funkci nervové soustavy Kyanovodík (HCN), kyanidy (CN-) Výskyt, výroba a použití galvanické pokovování, výroba plastů, extrakce zlata a stříbra z rud, koželužny, metalurgie, rodenticidy..... vznik při nedokonalém spalování kyanidy produkovány některými bakteriemi, plísněmi a řasami hořké mandle, pecky z meruněk, kasava - glykosidy metabolizované v na CN- (amygdalin, linamarin) CN- skupina i součástí některých nutričně významných látek - vit. B12

Kyanovodík (HCN) Kyanidy (CN-) bezbarvá kapalina s charakteristickým zápachem po hořkých mandlích slabá kyselina s pKa = 9,2, t.v. = 26,5 °C dobře se vstřebává v GI, dobře se vstřebává i plícemi (55 - 77 %) přechází i přes neporušenou pokožku Kyanidy (CN-) KCN, NaCN vstřebávají se hůře než HCN úroveň vstřebání závislá na dávce pokus na psech - z dávky 20 mg/kg se vstřebalo 72 %, z dávky 50 mg/kg se vstřebalo 24 % a z dávky 100 mg/kg se vstřebalo 17 % KCN - korosivní účinek na kůži

Kyanovodík (HCN), kyanidy (CN-) C6H12O6 + 6O2 ----> 6CO2 + 6H2O + Energie Buněčné dýchání Buněčné dýchání Cytochrom a3 Kyanovodík (HCN), kyanidy (CN-) Distribuce, Metabolismus rychlá distribuce krví do celého těla prostup placentou i hematoencefalickou bariérou hlavní metabolická cesta vedoucí k detoxikaci - přeměna CN- na SCN- (enzym thiosulfát sulfotransferáza) - lze urychlit donory síry (Na2S2O3) v krvi kuřáků (v pupečníkové krvi matek kuřaček !!!) statisticky vyšší koncentrace SCN- Mechanismus toxického účinku CN- vazba na Fe3+ v enzymech buněčného metabolismu (cytochrom aa3) - blokáda buněčného dýchání - jasně červená žilní krev (tkáně nedokáží využít O2) vasokonstrikce - šok

Kyanidový iont (CN-) Akutní účinky cílovým orgánem je zejména mozek - vysoká potřeba kyslíku, dále pak srdce a cévy požití 50 - 100 mg okamžitý kolaps a zástava dechu při inhalaci HCN je koncentrace 270 ppm smrtelná okamžitě, 110 - 135 ppm smrtelná během 1/2h - 1h akutní otrava při potřísnění 5 % vodným roztokem HCN a 10 % vodným roztokem KCN menší dávky - nevolnost, zvracení, křeče, slabost, bolest hlavy, cyanosa.... specifický symptom - jasně červená žilní krev

Kyanidový iont (CN-) Kasava - Maniok Chronické účinky rostlina původem z Brazílie, před mnoha staletími introdukovaná do Afriky po rýži a kukuřici třetí nejdůležitější zdroj potravy v tropech glykosidy - linamarin a lotaustalin přepočtený obsah CN- na kg hmoty z kořene 1- 1600 mg/kg Kyanidový iont (CN-) Chronické účinky potravinové otravy v Jižní Africe (kasava) - ataxie, tupozrakost, struma průběh onemocnění horší při deficitu vit. B12, riboflavinu a proteinů ve výživě tupozrakost a poruchy očního nervu v důsledku kouření související s intoxikací kyanidy spojenou s nedostatkem vitamínu B12 zvýšený příjem CN- z cigaretového dýmu v těhotenství - nižší porodní váha dítěte, předčasný porod, mentální retardace, potrat

Kyanovodík (HCN), kyanidy (CN-) Antidota 1) dusitany - vznik methemoglobinu, afinita CN- k MetHb Fe3+ mnohem vyšší než k cytochr. Fe3+ (CH3)2CHCH2CH2NO2 Amylnitrit 2) Thiosírany - zvýšení dostupnosti S při metabolizaci CN- na SCN- 3) Kobaltnaté soli - afinita CN- k Co vyšší než k Fe 4) Vitamín B12a - váže kyanidy přímo bez tvorby MetHb 5) Karboxylové a karbonylové sloučeniny - vznik oximů

Sirouhlík (CS2) Mechanismus toxického účinku CS2 bezbarvá až nažloutlá kapalina s nasládlým éterickým zápachem , nebo zapáchající po nečistotách (H2S), silně hořlavý, teplota varu 46,5 °C, teplota samovznícení 90 °C používá se při výrobě vyskózových vláken, regenerované celulózy, při výrobě celofánu meziprodukt při výrobě pesticidů, gumy, součást fotografických vývojek rozpouštění a ředění organických látek, extrakční činidlo Mechanismus toxického účinku CS2 metabolity mají chelatační efekt na celou řadu stopových prvků - Zn, Cu porucha metabolismu katecholaminů (neurotransmitery), vit. B6 a tuků porucha činosti cyt P 450 - hepatotoxicita

Sirouhlík (CS2) Akutní otrava Chronická otrava při inhalaci podráždění očí, kůže a sliznic, dráždí dýchací cesty kontakt kapalného CS2 s kůží - popáleniny 2-3 stupně následkem akutní otravy psychiatrické a neurologické symptomy sebevražedné sklony, halucinace, paranoia, návaly vzteku apod. ztráta chuti k jídlu, impotence, poruchy paměti Chronická otrava poškození CNS - maniodepresivní psychóza poškození autonomního nervového systému poškození zrakových nervů - zúžení zorného pole, změny barevného vidění poškození jater

První použití fosgenu jako BOL Ypres - 19. prosince 1915 Fosgen COCl2 bezbarvý plyn 4- krát těžší než vzduch zápach hnijícího ovoce, čerstvě pokosené trávy nebo sena čichový práh 1,5 ppm, silné podráždění dýchacích cest 3 ppm Výskyt, výroba a použití meziprodukt při výrobě isokyanátů, karbamátů, výroba různých typů herbicidů a pesticidů použití při výrobě polyuretanu a anilinových barev vzniká při fotolýze a hoření halogenovaných uhlovodíků bojový plyn

Fosgen COCl2 Mechanismus toxického účinku COCl2 Akutní účinky velmi pomalu se rozpouští ve vodě - v plicích vzniká CO2 a HCl důsledkem zvýšení permeability plicních kapilár - edém nevstřebává se - nevykazuje systémové účinky Akutní účinky 3 - 4 ppm - podráždění očí, nosu, hrdla 150 ppm/min - plicní edém během okamžitě 30 ppm/min - asymtomatická fáze 24 - 48 h, pak plicní edém LC50 člověk 25 ppm/ 0,5 h, PEL - 0,1 ppm v rámci první pomoci neaplikovat umělé dýchání

Sirovodík (H2S) Výskyt, výroba a využití Výskyt v přírodě bezbarvý plyn dobře rozpustný v tucích zapáchající po shnilých vajíčkách Výskyt, výroba a využití příprava elementární síry a kys. sírové a dalších sloučenin výroba těžké vody, metalurgie analytické činidlo aditiva do olejů pro vysoké tlaky Výskyt v přírodě sirné prameny a jezera, solné bažiny, vulkanické činnosti - asi 830 kt ložiska zemního plynu a ropy výroba koksu, viskózy, celulózy, ropné rafinérie, koželužny, ČOV - 10 % emisí chov dobytka, fekálie, nebezpečí při okyselení odpadních vod

Sirovodík (H2S) Mechanismy toxického účinku Akutní účinky vazba na Fe3+ v mitochondriálním cytochromu a3 vazba na Zn2+ inhibice acetylcholinesterásy a Na+/K+ ATPázy poškození funkce leukocytů Akutní účinky cílovými orgány CNS a dýchací systém nižší koncentrace - podráždění, vyšší koncentrace - poškození CNS 800 - 1 000 ppm - okamžitá smrt (poškození mozkového centra dýchání) Chronické účinky neurodegenerativní onemocnění - poruchy paměti, spánku, rovnováhy, ztráta čichu

Sirovodík (H2S) Koncentrace Účinky mg/m3 ppm 15 - 30 10 - 20 podráždění očí 70 - 140 50 - 100 vážné poškození očí 210 - 350 150 - 250 ztráta čichového vjemu 450 - 750 320 - 530 silná stimulace CNS, zrychlené dýchání končící zástavou dech 1400 - 2800 1000 - 2000 okamžitý kolaps s paralýzou dýchání

Oxid siřičitý (SO2) Ozón (O3) bezbarvý plyn štiplavého zápachu plicní kožní a oční iritant dobře rozpustný ve vodě - dráždí horní cesty dýchací Ozón (O3) Výskyt, využití dezinfekce vzduchu, vody a potravin (silné oxidační účinky) bělení textilních vláken a papíru, výroba peroxidů likvidace průmyslových odpadů,organické syntézy rychlé sušení laků a tiskařských barev vzniká v okolí elektrických výbojů, působením X-ray a UV paprsků - svářeči z prekurzorů (těkavé org. látky a NO2) působením slunečního záření

Ozón (O3) Mechanismy toxického účinku 1) Oxidace nenasycených lipidů za vzniku peroxidů - změna permeability biomembrán 2) Vliv na obranou funkci organismu - atak alveolárních makrofágů 3) Oxidace hemoglobinu - po vstřebání v plicích vznik methemoglobinu cílovým orgánem dýchací ústrojí, dále škodlivé účinky na CNS a krev koncentrace 1 000 ppm zabíjí do několika minut akutní účinky - edém plic chronické účinky - bronchitidy (astmatici více ohroženi), bolest hlavy

Oxidy dusíku N2O „rajský plyn“ - N2O ve směsi se vzduchem - analgetikum, anestetikum často zneužíván - halucinace, záchvaty smíchu, vzpomínkové klamy nedochází k interakci s hemoglobinem, není metabolizován, krátký biologický poločas Akutní intoxikace udušení z nedostatku kyslíku ve vdechovaném vzduchu následkem akutní otravy poškození mozku Chronická intoxikace oxidace CoI na CoII ve vitamínu B12 - anemie, demyelinizace nervů hypoxie - poškození CNS i PNS, poruchy činnosti srdce

Oxidy dusíku NOx Mechanismus toxického účinku N2O5 NO a NO2 (souhrnně NOx) - produkt vysokoteplotních spalovacích procesů, rozklad biologického materiálu pomocí HNO3 - rezavě červená barva N2O4 - bezbarvý dimer NO rychle oxidován na NO2 UV záření napomáhá vzniku O3 z NOx - oxidační smog Mechanismus toxického účinku vznik HNO3 a HNO2 v dolních cestách dýchacích vznik volných radikálů - peroxidace lipidů buněčných membrán (edém) poškození alveolárních makrofágů - snížená obranyschopnost organismu methemoglobinémie N2O5 účinky jako fosgen

Amoniak NH3 Mechanismus toxického účinku Koncentrace [ppm] Účinky vznik silně bazického NH4OH reakce NH3 + H2O  NH4OH je silně exotermická - termické poškození tkání vysoká rozpustnost NH3 ve vodě - poleptání horních cest dýchacích těžké poleptání očí a kůže Koncentrace [ppm] Účinky 25 - 50 čichový práh 50 - 100 podráždění očí a nosu - tolerance během 14 dní 500 středně těžké poleptání horních cest dýchacích 700 okamžité závažné poškození očí 2500 smrt během hodiny 5000 okamžitá smrt

Dusičnany a dusitany (NO3- a NO2-) Cítíte se MODŘE? Methemoglobin Cyanóza (čti cyanóza) „Blue Baby“ syndrom N - nitrosoaminy zvýšené riziko vzniku rakoviny jater, jícnu, plic - závislé na dávce Dimethylnitrosamin N - nitroso - N - methylmočovina Potravinové zdroje dusitanů a dusičnanů 70 - 80 % - zelenina (květák, špenát, hlávkový salát, zelí, brokolice a kořenová zelenina) 20 % - pitná voda 6 % - uzeniny, masné výrobky 1% - léky Dusičnany a dusitany (NO3- a NO2-) největší úniky dusičnanů do ŽP z anorganických hnojiv vznikají též mikrobiální oxidací amonných sloučenin z fekálií vysoké obsahy v některých druzích zeleniny, ochrana uzenin před botulotoxinem expozice dusičnanům - zejména z vody a potravin dusitany a nitrososloučeniny vznikají zejména mikrobiální redukcí dusičnanů a nitrosloučenin v ústech a GI Mechanismy toxického účinku 1) Oxidace hemoglobinu - methemoglobinémie (problém u kojenců - snadněji oxidovatelný hemoglobin, vyšší pH žaludku a větší populace redukujících bakterií) 2) Vasodilatace 3) Vznik N-nitrosoaminů - konverze dusičnanů na dusitany a jejich následná reakce se sekundárními aminy, amidy a karbamáty, N - nitrosoaminy jsou prokázané karcinogeny

Fosfor Bílý fosfor - P4 Bílý fosfor - popáleniny „Phossy Jaw“ bezbarvá, bílá nebo nažloutlá voskovitá látka prudce reaguje s kyslíkem za vzniku P2O5 - silně exotermní reakce - jasně žlutý plamen a hustý bílý dým nevyskytuje se v přírodě, využití zejména ve zbrojním průmyslu Akutní účinky závažné popáleniny, destrukce tkání - hluboké popáleniny (vysoká lipofilita P4) zažloutlé, fluoreskující pod UV, pach česneku - špatně se hojí rozvrat metabolismu cukrů, tuků i bílkovin, brání ukládání glykogenu v játrech, hemolýza 3 stádia akutní otravy (zejména orální aplikace) GI symptomy - pálení hrdla, bolesti břicha, vrhnutí, průjem 2 - 3 dny asymptomatická fáze GI symptomy, žloutenka, poruchy srdeční činnosti a CNS smrtelná dávka 15 - 100 mg Chronické účinky lámavost kostí, nekrosa dolní čelisti - „Phossy Jaw“ (páchnoucí abscesy)