Принципы оценки токсичности веществ, ЭТАПЫ
Оценка токсичности действия веществ на организм необходима с целью получения информации, достаточной для предупреждения вредного влияния и последующего безопасного обращения.
Основным методическим приёмом профилактической токсикологии является проведение экспериментальных исследований на адекватных биологических моделях, а также наблюдение влияния химических элементов на здоровье человека.
Многообразие путей и форм воздействия вредных веществ на здоровье человека, необходимость их изучения и предупреждения интоксикаций привели к созданию профилактической токсикологии.
Профилактическая токсикология – это самостоятельное направление медицинской и токсикологической науки, задачей которого является всестороннее изучение взаимодействия организма человека и химических факторов среды, оценка реальной опасности веществ, обоснование их минимально действующих и безопасных количеств, а также допустимых пределов риска с целью профилактики неблагоприятного влияния на здоровье человека.
Токсикологические исследования веществ в профилактических целях состоят из следующих этапов:
1. сбор инфо. об основных свойствах вещества; возможных условиях обращения в ОС и его воздействие на организм.
2. создание экспериментальных токсикологических моделей, адекватных реальным условиям воздействия вещества на организм человека;
3. изучение патогенетической значимости изменений, происходящих в организме при воздействии вещества, и их оценка с позиции критерия вредности;
4. экстраполяция полученных данных на человека, научное обоснование степени опасности вещества и регламентирование условий его обращения.
Информация об основных свойствах вещества
и условиях его воздействия на организм
Получение информации необходимо для прогноза токсичности и опасности вещества, а также для обоснования программы экспериментальных исследований по его токсиколого-гигиеническому регламентированию. Информация о веществе должна быть исчерпывающей и достоверной. Единицы измерения, в которых представляется информация, должны соответствовать международным и российским стандартам.
Сведения о веществах, подлежащих токсикологическому исследованию в профилактических целях, определены документом «Гигиенические критерии для обоснования необходимости разработки ПДК и ОБУВ (ОДУ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, в воде водных объектов» (ГН 1.1.701–98). В зависимости от объема и характера информации решается вопрос об уровне регламентирования и программе экспериментальных исследований.
Наряду с условиями производства и применения вещества, знание которых является обязательным, необходимы сведения о его строении, то есть эмпирическая и структурная формулы, а также известные синонимы и торговые наименования.
10. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗДЕЙСТВИЙ ВЕЩ-В НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Воспроизведение в эксперименте на животных процессов взаимодействия химического вещества и организма составляет сегодня методическую основу большинства токсикологических исследований.
В качестве подопытных животных в токсикологических исследованиях используются: кролики, морские свинки, белые крысы, мыши. Значительно реже используются собаки и кошки. Наиболее массово токсикологические эксперименты проводятся на беспородных животных, белых крысах и мышах. В тех случаях, когда возникает необходимость изучения влияния химических веществ на специфические функции, преимущественно свойственные отдельным видам или породам животных, используют так называемых линейных животных, получаемых в результате близкородственного разведения.
Токсикологические исследования на биологических моделях в профилактической токсикологии занимают ведущее место и проводятся в следующих целях:
1) установление основных параметров токсичности веществ при остром, подостром и хроническом воздействии (LD50, LC50, Limас, Limсh и др.) при адекватных реальным условиям путях поступления в организм (токсикометрия);
2) выяснение преимущественно поражаемых органов и систем при различных условиях, путях и времени воздействия, изучение патогенеза интоксикаций;
3) изучение механизма действия вещества и его превращения в организме;
4) изучение способности вещества вызывать отдаленные последствия интоксикаций и воздействовать на наследственные свойства;
5) оценка полученных результатов исследований с позиции «критерия вредности», обоснование показателей опасности и допустимых количеств вредных веществ, а также пределов риска;
6) разработка методов специфической и неспецифической профилактики и терапии отравлений.
Изучение патогенетической значимости изменений в организме
и их оценка с позиции критерия вредности
При рассмотрении в динамике реакций организма на повторные воздействия обращает на себя внимание то, что она не является монотонной. Будучи направленной на поддержание уровня гомеостаза, сохранение постоянства внутренней среды организма и его способности адаптивно реагировать на действие экзогенных факторов, реакция адаптивных систем характеризуется закономерной сменой состояний. Длительность и стабильность реакции зависит от свойств вещества, количества и продолжительности действия, а также от исходного состояния организма.
Сначала поступление вещества в организм вызывает первичную реакцию, являющуюся ответом реагирующих систем на информацию от рецепторов о поступлении в организм токсичного агента. Следующий период, наступающий вслед за первичной реакцией, – первичная декомпенсация. Он связан с токсическим действием вещества и характеризуется снижением адаптационных свойств организма. Последним периодом (фазой) интоксикации является стадия декомпенсации, сопровождающаяся стабильными патологическими изменениями, характерными для действия вещества, а также снижением уровня гомеостаза.
Существенное значение имеет зависимость периодичности смены фаз интоксикации от времени и количества действующего вещества. Установлено, что каждая последующая фаза интоксикации может наступить лишь в том случае, если количество поступающего в организм вещества достаточно для «накопления эффекта» и его динамического развития, поэтому по динамике смены фаз возможно определение близости испытуемой концентрации (дозы) к пороговой.
В качестве порога вредного действия принято считать такое количество вещества, при воздействии которого в организме (при конкретных условиях поступления вещества) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.
Порог вредного действия имеет следующие признаки:
1)изменения достоверно отличаются от параллельного контроля и выходят за пределы физиологических колебаний для данного вида животного в данное время года;
2)наличие скрытых нарушений гомеостаза, выявляемых при помощи различного рода нагрузок;
3)изменение достоверно и устойчиво (более месяца) от параллельного контроля, хотя и не выходит за пределы физиологической нормы.
Установление порогов действия ядов в профилактической токсикологии производится в отношении количеств вещества, действующих в течение заданных параметров времени. Наиболее информативными величинами являются порог однократного (острого) действия Limас и порог хронического действия Limсh. Время экспозиции при установлении порогового показателя определяется задачей эксперимента и его длительностью. Устанавливаются также пороги по ряду специфических показателей (Limsp), к которым относятся пороги раздражающего действия, аллергенного, обонятельного. Степень токсичности установленной пороговой величины обусловлена точностью методов индикации, числом подопытных животных, числом испытуемых доз (концентраций), диапазоном исследуемых величин, возможностью поддержания стабильных уровней доз, выбранным математическим методом. Технически более сложно установление пороговых величин веществ, обладающих высокой токсичностью и узкой зоной токсического действия.
11.12. Пороговая концентрация и дозы. Определение ПК. Переход от ПК к ПДК. Коэффициент запаса. Кривые доза – ответ.
Оценка количеств вещества с точки зрения критерия вредности и установления пороговых количеств позволяет подойти к обоснованию величины гигиенического норматива. Важную роль в этом процессе играет установление величины коэффициента запаса (Кзап), на которую уменьшается пороговая концентрация, полученная в хроническом опыте, и которая является отношением Limсh к ПДК: Кзап = Limch / ПДК.
Расчет коэффициента запаса возможен также на основе анализа показателей потенциальной и реальной опасности, учитываемых по балльной системе в двух вариантах.
При первом варианте расчет Кзап проводится исходя из значений LC50, Limch, КВИОхр, Zb.ef (зона биологического действия), КВР (коэффициент видового различия).
По второму варианту расчет проводится для веществ, не вызывающих в силу физико-химических свойств острых смертельных ингаляционных отравлений. Кзап обосновывается исходя из значений Limac, Limch,
Zb.ef , КВИОac, КВР.
Таблица 5.2. Расчет коэффициента запаса по первому варианту
| Показатель | Критерии установления Кзап | |||
| LC50, мг/м3 | ≤ 500 | 501–5000 | 5001–50 000 | > 50 000 |
| Баллы | ||||
| Limch, мг/м3 | ≤1 | 1,1–10,0 | 11–100 | > 100 |
| Баллы | ||||
| Zb.ef | > 1000 | 1000–101 | 100–10 | < 10 |
| Баллы | ||||
| КВИОхр | > 300 | 300–30 | 29–3 | < 3 |
| Баллы | ||||
| КВР | > 9 | 9–3 | < 3 | – |
| Баллы | – |
Таблица 5.3. Расчет коэффициента запаса по второму варианту
| Показатель | Критерии установления Кзап | |||
| Limac, мг/м3 | < 10 | 10–100 | 101–1000 | > 1000 |
| Баллы | ||||
| Limch, мг/м3 | ≤ 1 | 1,1–10 | 11–1000 | > 100 |
| Баллы | ||||
| Zch | > 10 | 10–5 | 4.9–2.5 | <2.5 |
| Баллы | ||||
| КВИОac | > 10 000 | 9999–1000 | 999–100 | <100 |
| Баллы | ||||
| КВР | > 9 | 9–3 | < 3 | – |
| Баллы | – |
При переходе от величины Limсh к ПДК величина коэффициента запаса варьирует в пределах от 3 до 20.
Таблица. Величины коэффициента запаса в зависимости от суммы баллов
| Сумма баллов | 34–40 | |||||||||||
| Кзап |
Большое значение при обосновании ПДК имеет отнесение величины норматива к заданному параметру времени. При установлении величины норматива в опытах на животных продолжительность воздействия моделируется адекватно реальному времени воздействия вещества на организм человека, с учетом экстраполяции продолжительности жизни выбранного вида подопытных животных.
При установлении ПДК в воздухе рабочей зоны опыты проводятся по 4 ч в день 5 раз в неделю на протяжении 4 мес. Для атмосферного воздуха населенных мест ингаляционная затравка животных осуществляется круглосуточно в течение 4 мес. Для водоемов продолжительность эксперимента составляет от 3 до 6 и более месяцев в случае необходимости внутрижелудочного введения вещества.
Все ПДК по способу установления являются средневзвешенными, так как их величина рассчитывается путем деления суммы всех аналитических определений вещества в исследуемой среде на число определений:
Ксв = ∑Кn/n,
Ксв – средневзвешенная концентрация;
∑Кn – сумма всех измеренных концентраций;
n – число измерений.
Зависимость доза-эффект - взаимоотношение между дозой и эффектом на индивидуальном уровне. Повышенная доза может вызвать более интенсивный эффект, либо привести к более тяжелому эффекту. Кривая зависимости доза-эффект может быть построена на уровне организма в целом, клетки или молекулы-мишени.
Зависимость доза-ответ - взаимоотношение между дозой и процентным количеством индивидуумов, у которых наблюдается конкретный эффект. С увеличением дозы воздействию подвергается большее число индивидуумов среди популяции, которая в целом подверглась воздействию.
Различные воздействия в течение суток и общая продолжительность воздействия в течение жизни человека могут играть важную роль для исхода (ответной реакции) в качестве среднего, усредненного или комплексного уровня дозы. Высокий пик воздействия может причинить больше вреда, чем более равномерный уровень воздействия. Это характерно для ряда органических растворителей. С другой стороны, для рада канцерогенов было экспериментально доказано, что разбивка одной дозы на несколько воздействий при неизменной общей дозе более активно вызывает образование опухолей.
Доза часто выражается количеством ксенобиотика, поступающего в организм. Доза может быть выражена различными способами:
1) доза воздействия, которая представляет концентрацию в воздухе загрязнителя, вдыхаемого в течение определенного периода времени,
2) поглощенная или абсорбированная доза, которая означает количество вещества, присутствующего в организме в течение определенного времени в процессе или по окончании воздействия.
3) тканевая доза означает количество вещества в конкретных тканях
4) доза-мишень - это количество вещества (обычно метаболита), связанного с критической молекулой.
