Halogeny a jejich anorganické sloučeniny

1. Halogeny a jejich anorganické sloučeniny

2. Poleptání 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

3. 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

4. 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

5. mild moderate pitting severe 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

6. Chlor Elementární chlor (Cl2) • 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

7. Brom Elementární brom (Br2) • 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

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

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

10. Oxid uhelnatý (CO) Zdroje • 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

11. 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 Oxid uhelnatý (CO) Dávka - účinek

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

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

14. Oxid uhelnatý (CO) Akutní účinky • 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, .....

15. Oxid uhelnatý (CO) Chronická otrava • 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

16. Vitamín B12 (cyanocobalamine) Amygdalin význam pro krvetvorbu, tvorbu buněčných membrán, důležitý pro správnou funkci nervové soustavy Hydrolýza amygdalinu 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

17. Kyanovodík (HCN) • 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

18. Buněčné dýchání Buněčné dýchání C6H12O6 + 6O2 ----> 6CO2 + 6H2O + Energie 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

19. 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

20. Kasava - Maniok • 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

21. 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

22. Sirouhlík (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

23. Sirouhlík (CS2) Akutní 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

24. 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

25. Fosgen COCl2 Mechanismus toxického účinku COCl2 • 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

26. Sirovodík (H2S) • 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

27. Sirovodík (H2S) Mechanismy toxického účinku • 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

28. 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

29. Oxid siřičitý (SO2) • 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

30. 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

31. 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

32. Oxidy dusíku NOx • 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

33. Amoniak NH3 Mechanismus toxického účinku • 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

34. Cítíte se MODŘE? Potravinové zdroje dusitanů a dusičnanů N - nitrosoaminy „Blue Baby“ syndrom Methemoglobin zvýšené riziko vzniku rakoviny jater, jícnu, plic - závislé na dávce 70 - 80 % - zelenina (květák, špenát, hlávkový salát, zelí, brokolice a kořenová zelenina) 20 % - pitná voda 6 % - uzeniny, masné výrobky 1% - léky Cyanóza (čti cyanóza) Dimethylnitrosamin N - nitroso - N - methylmočovina 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

35. „Phossy Jaw“ Bílý fosfor - popáleniny Bílý fosfor - P4 Bílý fosfor (P4) • bezbarvá, bílá nebo nažloutlá voskovitá látka • prudce reaguje s kyslíkem za vzniku P2O5 - silně exotermní reakce - jasně žlutý plamen a hustý bílý dým Fosfor • 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)