Хронический эксперимент в токсикологии. Заключение о токсичности химических веществ

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 14.12.2024

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, Lim_ас, Lim_с_h 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 Lim_ас и порог хронического действия Lim_с_h. Время экспозиции при установлении порогового показателя определяется задачей эксперимента и его длительностью. Устанавливаются также пороги по ряду специфических показателей (Lim_sp), 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 (К_зап), на которую уменьшается пороговая концентрация, полученная в хроническом опыте, и которая является отношением Lim_с_h к ПДК: К_зап = Lim_ch / 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 К_зап проводится исходя из значений LC₅₀, Lim_ch, КВИО_хр, Z_b_._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. К_зап обосновывается исходя из значений Lim_ac, Lim_ch,
Z_b_._ef , КВИО_ac, КВР.

Таблица 5.2. Расчет коэффициента запаса по первому варианту

Показатель	Критерии установления К_зап
LC₅₀, мг/м 3	≤ 500	501-5000	5001-50 000	> 50 000
Баллы
Lim_ch, мг/м 3	≤1	1,1-10,0	11-100	> 100
Баллы
Z_b_._ef	> 1000	1000-101	100-10	< 10
Баллы
КВИО_хр	> 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 К_зап
Lim_ac, мг/м 3	< 10	10-100	101-1000	> 1000
Баллы
Lim_ch, мг/м 3	≤ 1	1,1-10	11-1000	> 100
Баллы
Z_ch	> 10	10-5	4.9-2.5
Баллы
КВИО_ac	> 10 000	9999-1000	999-100
Баллы
КВР	> 9	9-3	< 3	-
Баллы	-

При переходе от величины Lim_с_h 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
К_зап

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:

К_св - средневзвешенная концентрация;

∑К n - 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.

Химико-токсикологические исследования в работе клинической лаборатории

Любой предмет уясняется через определение. Общепринятого определения токсикологии в настоящее время не существует. Самым простым является определение, непосредственно вытекающее из названия науки: Токсикология (от греч. toxicon - яд, logos - учение) - наука о ядовитых веществах и вызываемых ими отравлениях.

Многие авторы, по сути, повторяют именно это определение, уточняя и оттеняя важные, как им кажется, характеристики предмета. К числу таковых, несомненно, относятся реакции биологических объектов (организма) на действие химического вещества, механизмы их развития и т.д.

Так, в "Энциклопедическом словаре медицинских терминов" (1982) читаем: "Токсикология - область медицины, изучающая физические, химические свойства ядов (вредных и отравляющих веществ), механизмы их действия на организм человека и разрабатывающая методы диагностики, лечения и профилактики отравлений".

В качестве примеров можно привести и другие определения:

"Токсикология - наука, изучающая ядовитые вещества и их влияние на растительный и животный организм" (Баженов С.В., 1964).

"Токсикология - это область медицины, изучающая законы взаимодействия живого организма и яда" (Лужников Е.А., 1994).

"Токсикология - наука, изучающая закономерности развития и течения патологического процесса (отравления), вызванного воздействием на организм человека или животного ядовитых веществ" (Голиков С.Н., 1972).

Принять эти характеристики рассматриваемой области науки и практики было бы вполне возможно при условии четкого определения самого понятия "яд". Однако, не смотря на многочисленные попытки, сделать это не удается.

Еще в начале XIX века основоположник научной токсикологии Матео Жозе Бонавентура Орфила (1814) писал: "Яд - вещество, которое в малом количестве, будучи приведенным в соприкосновение с живым организмом, разрушает здоровье или уничтожает жизнь". Также определял "яд", спустя практически сто лет, и один из пионеров отечественной токсикологии профессор Российской военно-медицинской академии Косоротов Д.П. (1907): "Ядами называются вещества, которые, будучи введены в организм в малых количествах, в силу своих химических свойств, могут причинить расстройство здоровья или самую смерть".

В этих определениях подчеркивается одна важная, по мнению авторов, характеристика ядов: малое количество, необходимое для провокации отравления. Однако, что считать малым количеством? Ответ на этот вопрос носит весьма субъективный характер. В настоящее время науке известны вещества, вызывающие смерть экспериментального животного, при введении в дозах равных нескольким нанограммам (ботулотоксин). Вместе с тем самым распространенным "ядом" современности является этанол и его суррогаты, вызывающие отравление при поступлении в организм в количестве десятков и сотен грамм.

Вот почему существуют определения, в которых "малое количество", как свойство "ядов", упускают вовсе:

"Ядом называется всякое химическое вещество, способное причинить смерть или серьезный вред здоровью своим действием на ткани или соки тела" (Пеликан Е.,1878).

"Можно определить яд как меру (единство количества и качества) действия химического вещества, в результате которого при определенных условиях возникает отравление" (Саватеев Н.В., 1978).

Из этих определений вытекает, что при тех или иных условиях любое вещество может стать ядом. Один из основоположников отечественной промышленной токсикологии, выдающийся ученый и педагог Н.В. Лазарев пишет (1936): "Яды - суть вещества, вызывающие повреждение организма немеханическим путем".

В настоящее время человечеству известно около 10 миллионов химических соединений. Из них более 60 тысяч широко используются в быту, медицине, на производстве и в сельском хозяйстве. Количество этих веществ из года в год увеличивается (по некоторым данным примерно на 1000 наименований ежегодно). Большая их часть при определенных обстоятельствах может причинить вред здоровью. Подобное обстоятельство ставит под сомнение саму возможность выделить из всей совокупности химических веществ окружающего мира, естественных или синтезированных человеком, некую группу, обозначаемую как "яд". В наиболее категоричной форме эта мысль выражена еще в ХIХ веке известным французским судебным медиком Тардье: "Ядов в научном смысле слова нет".

Накопленные человечеством знания давно привели к осознанию того факта, что практически любое химическое вещество, в зависимости от действующего количества, может быть безразличным, полезным, вредным для организма (т.е. выступать в качестве яда). Впервые на это указал еще в ХV веке выдающийся врач, химик, основоположник ятрохимии Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (Парацельс). В своей оправдательной речи, сказанной им по поводу обвинения в отравлении больных ядами (солями металлов, которые он применял в качестве лекарств), Парацельс произнес: "Все есть яд. Ничто не лишено ядовитости. И только доза отличает яд от лекарства".

Таким образом, понятие о яде никак не может быть положено в основу определения токсикологии. Не удивительно, что ученые пытаются исключить этот термин из своих определений. Так, Олдридж (1980) пишет: "Токсикология - наука о веществах, дезорганизующих биологические системы". Но мы уже знаем, что дезорганизовать биосистемы могут практически любые вещества, действуя в достаточном количестве, и в таком случае токсикология - это наука практически обо всех веществах окружающего мира.

Несмотря на общую критику приведенных выше определений, следует признать, что все они содержат, несомненно, правильные элементы. Так, токсикология действительно изучает механизмы вредного действия веществ на организм человека и животных, закономерности развивающихся при этом патологических процессов, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики отравлений и т.д. Однако все сказанное выше призвано подчеркнуть важнейшее обстоятельство - химические вещества, обладают неким свойством, в силу которого их контакт с биологическими системами может иметь пагубные последствия. Это свойство - токсичность.

2.2.Токсикологический эксперимент.

Основная задача любого токсикологического опыта - определение максимальной недействующей (или безвредной, пороговой, неэффективной) концентрации веществ, при которой не обнаруживается изменений в организмах. При проведении опытов с различными тест-объектами (рыбами, беспозвоночными и т.д.) устанавливают безвредную концентрацию вещества для наиболее чувствительного организма, которая служит отправной точкой для определения допустимой концентрации этого вещества.

Тест-организмы - это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные.

В качестве объектов исследования для данной дипломной работы были выбраны соединения - нитроароматические соединения и их производные аминоароматические соединения, поскольку эти соединения находят очень широкое применение, однако их биологическое действие еще недостаточно изучено. Поэтому изучение токсичности данных соединений является актуальной задачей. Для оценки степени токсичности выбранных соединенийи проведениятоксикологического эксперимента нами были выбраны в качестве тест-объектов рачки Ceriodaphnia affinisи смешанная культура водорослей (Chlorella vulgarisиScenedesmus quadricauda).

Гоу впо читинская государственная

Токсикология и медицинская защита. Степанов А.В., Лазарева И.Ю., Любин А.В., Перепелицын Н.И. - Чита: ИИЦ ЧГМА, 2009. - 140 с.

Учебно-методическое пособие подготовлено и составлено в соответствии с учебной программой по военной токсикологии и медицинской защите. В нем рассматриваются предмет и задачи учебной дисциплины, вопросы общей токсикологии, дается характеристика основных поражающих факторов химической природы, и мероприятий медицинской противохимической защиты.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов медицинских вузов.

Лобанов С.Л.- Зав. кафедрой факультетской хирургией, профессор, заслуженный врач РФ

Шаповалов К.Г. - Зав. кафедрой анестезиологии и реаниматологии, к.м.н.

Рекомендована ЦМК Читинской государственной медицинской академии №___ от __________

Тема 1. Предмет, цель, задачи и структура токсикологии 4

Тема № 2. Отравляющие и высокотоксичные вещества

раздражающего действия 24

Тема № 3. Отравляющие и высокотоксичные вещества

пульмонотоксического действия 33

Тема № 4. Отравляющие и высокотоксичные вещества

общеядовитого действия 54

Тема № 5. Отравляющие и высокотоксичные вещества цитотоксического

Тема № 6. Отравляющие и высокотоксичные вещества нейротоксического

ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ 116

Тема 1. Предмет, цель, задачи и структура токсикологии

Вопросы изучаемые на занятии:

Предмет токсикологии. Цели, задачи, структура токсикологии, взаимосвязь с другими медицинскими дисциплинами. Понятия о ядах, токсических химических веществах. Классификации ядов и отравлений. Токсичность и токсический процесс как основные понятия токсикологии. Определения токсичности. Количественная оценка токсичности. Основные категории токсических доз (концентраций), используемых в токсикологии: предельно допустимые, пороговые, эффективные, смертельные. Токсический процесс. Формы проявления токсического процесса у человека. Виды зависимостей « доза - эффект » при действии токсических химических веществ. Острые, подострые и хронические формы интоксикации.

Краткое изложение темы:

Предмет токсикологии

Общепринятого определения предмета токсикологии в настоящее время не существует. Самым простым является, непосредственно вытекающее из названия науки: toxicon - яд, logos - наука. Токсикология - наука о ядах и интоксикациях (отравлениях).

Предметом изучения науки токсикологии являются - токсичность химических веществ и токсический процесс, развивающийся в биосистемах. А науку токсикологию можно определить как учение о токсичности и токсическом процессе - феноменах регистрируемых при взаимодействии химических веществ с биологическими объектами.

Если объектом исследования является токсичность химических веществ для человека и человеческих популяций, говорят о медицинской токсикологии.

Цель медицинской токсикологии, как области человеческой деятельности - непрерывное совершенствование системы мероприятий, средств и методов, обеспечивающих сохранение жизни, здоровья и профессиональной работоспособности отдельного человека, коллективов и населения в целом в условиях повседневного контакта с химическими веществами и при чрезвычайных ситуациях.

Основные понятия токсикологии.

Основными понятиями токсикологии являются токсичность и токсический процесс.

Токсичность - способность веществ, действуя на биологические системы, вызывать их повреждение или гибель.

Токсический процесс - формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта, приводящее к ее повреждению (нарушению функции, жизнеспособности) или гибели.

В токсикологии используют и другие термины, характеризующие химические вещества, как потенциальную или реализовавшуюся причину повреждения биологических систем:

Токсикант - более широкое, чем яд, понятие, употребляющееся для обозначения веществ, вызывающих не только интоксикацию, но провоцирующих и другие формы токсического процесса, и не только организма, но и биологических систем (клетки, популяции).

Отравляющее вещество (ОВ) - химический агент, предназначенный для применения в качестве оружия в ходе ведения боевых действий.

Токсин - как правило, высокотоксичное вещество бактериального, животного, растительного происхождения.

Ксенобиотик - чужеродное (не участвующее в пластическом или энергетическом обмене организма со средой) вещество, попавшее во внутренние среды организма.

Токсичность.

Токсичность - свойство химических веществ нарушать дееспособность, вызывать заболевания или даже смерть, действуя на организм в определенных дозах и концентрациях, которое можно измерить.

Измерение токсичности означает определение КОЛИЧЕСТВА вещества, действуя в котором оно вызывают различные формы токсического процесса. Чем в меньшем количестве вещество инициирует токсический процесс, тем оно токсичнее.

Токсичность измеряют, определяя токсические дозы, токсические концентрации, токсодозы, действуя в которых вещества вызывают различные неблагоприятные эффекты (нарушают работоспособность, вызывают заболевание или смерть и т.д.).

Токсическая доза (D) - количество вещества, попавшее во внутренние среды организма и вызвавшее токсический эффект. Она выражается в единицах массы токсиканта на единицу массы организма (мг/кг).

Токсическая концентрация (С) - количество вещества, находящееся в единице объема (массы) некоего объекта окружающей среды (воды, воздуха, почвы), при контакте с которым развивается токсический эффект. Она выражается в единицах массы токсиканта на единицу объема среды (воздуха, воды) - (мг/л; г/м 3 ) или единицу массы среды (почвы, продовольствия) - (мг/кг).

Токсодоза (Ct) - количество вещества, находящееся в единице объема воздуха за единицу времени, при контакте с которым развивается токсический эффект.

Единица измерения токсодозы - мг мин/м3. Эта величина характеризует токсичность веществ, действующих в виде пара, газа или аэрозоля и учитывает не только содержание токсиканта в воздухе (токсическую концентрацию), но и время пребывания человека в зараженной атмосфере.

Как правило, оценивают три уровня эффектов, развивающихся при действия токсиканта на организм:

- смертельный: характеризуется величиной летальной дозы, концентрации, токсодозы - LD,LC, LCt;

- непереносимый: характеризуется величиной дозы (концентрации, токсодозы), вызывающей существенное нарушение дееспособности (транзиторную токсическую реакцию) - ID,IС,ICt;

- пороговый: характеризуется дозой (концентрацией), вызывающей начальные проявления действия токсиканта - Lim D (Lim C).

Поскольку чувствительностью к токсиканту любого живого организма неодинакова в связи с внутривидовой изменчивостью, различиями веса, пола, возраста, состояния здоровья и т.п., наиболее точной количественной характеристикой токсичности любого вещества считается средняя доза (концентрация, токсодоза), под воздействием которой эффект проявляется у 50% пораженных.

Оценка среднего уровня эффектов действия токсиканта на организм характеризуется величинами:

- среднесмертельная доза LD50, концентрация LC50, токсодоза - LCt50;

- средненепереносимая доза ID50, концентрация IC50, токсодоза ICt50;

- среднепророговая доза - LimD50, концентрация LimC50.

В основе методов определения токсичности лежит нахождение зависимости «доза - эффект», при котором используются специальные методы постановки эксперимента и оценки полученных результатов.

Токсический процесс

Токсическим процессом называется формирование и развитие реакций биосистемы на действие токсиканта, приводящих к её повреждению (т.е. нарушению её функций, жизнеспособности) или гибели называется токсическим процессом.

Механизмы формирования и развития токсического процесса, его качественные и количественные характеристики, прежде всего, определяются строением вещества и его действующей дозой (рисунок 1):

Рисунок 1. Основные характеристики токсического действия

Однако формы, в которых токсический процесс проявляется, несомненно, зависят также от вида биологического объекта, его свойств.

Проявления токсического процесса прежде определяются уровнем организации биологического объекта, на котором токсичность вещества (или последствия его токсического действия) изучается:

Если токсический эффект изучают на уровне клетки, то судят прежде всего о цитотоксичности вещества. Цитотоксичность выявляется при непосредственном действии соединения на структурные элементы клетки. На практике к изучению цитотоксичности прибегают при использовании культур клеток для оценки свойств новых веществ в опытах in vitro и исследования механизмов их токсического действия; для выявления токсикантов в объектах окружающей среды (биотестирование) и т.д.

Токсический процесс на клеточном уровне проявляется:

- обратимыми структурно-функциональными изменениями клетки (изменение формы, сродства к красителям, количества органелл и т.д.);

- преждевременной гибелью клетки (некроз, апоптоз);

Если в процессе изучения токсических свойств веществ исследуют их повреждающее действие на отдельные органы и системы, выносится суждение об органной токсичности соединений. В результате таких исследований регистрируют проявления гепатотоксичности, гематотоксичности, нефротоксичности и т.д., то есть способности вещества, действуя на организм, вызывать поражение того или иного органа (системы).

Органотоксичность оценивают и исследуют, прежде всего, в процессе изучения свойств (биологической активности, вредного действия) новых химических веществ; в процессе диагностики заболеваний, вызванных химическими веществами.

Токсический процесс со стороны органа или системы проявляется:

- функциональными реакциями (миоз, спазм гортани, одышка, кратковременное падение артериального давления, учащение сердечного ритма, нейтрофильный лейкоцитоз и т.д.);

- заболеваниями органа (как установлено, различные вещества, при соответствующих условиях, способны инициировать самые разные виды патологических процессов);

Токсическое действие веществ, регистрируемое на популяционном и биогеоценологическом уровне, может быть обозначено как экотоксическое. Экотоксичность на уровне популяции проявляется:

- ростом заболеваемости, смертности, числа врожденных дефектов развития, уменьшением рождаемости;

- нарушением демографических характеристик популяции (соотношение возрастов, полов и т.д.);

- падением средней продолжительности жизни членов популяции, их культурной деградацией.

Особый интерес для врача представляют формы токсического процесса, выявляемые на уровне целостного организма. Они также множественны, и могут быть классифицированы следующим образом:

- ИНТОКСИКАЦИИ - болезни химической этиологии;

- ТРАНЗИТОРНЫЕ ТОКСИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ - быстро проходящие, не угрожающие здоровью состояния, сопровождающиеся временным нарушением дееспособности (например, раздражение слизистых оболочек);

- АЛЛОБИОТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ - наступающее при воздействии химического фактора изменение чувствительности организма к инфекционным, химическим, лучевым, другим физическим воздействиям и психогенным нагрузкам (иммуносупрессия, аллергизация, толерантность к веществу, астения и т.д.);

- СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТОКСИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ - беспороговые, имеющие продолжительный скрытый период процессы, развивающиеся у части экспонированной популяции, при действии химических веществ, как правило, в сочетании с дополнительными факторами (например, канцерогенез).

Интоксикация (отравление)

Из всех форм проявления токсического процесса наиболее изученной и значимой для врача является интоксикация. Механизмы формирования и особенности течения интоксикаций, зависят от строения ядов, их доз, условий взаимодействия с организмом и т.д. Однако можно выделить некоторые общие характеристики этой формы токсического процесса.

1. В зависимости от продолжительности взаимодействия химического вещества и организма интоксикации могут быть острыми, подострыми и хроническими.

Острой называется интоксикация, развивающаяся в результате однократного или повторного действия веществ в течение ограниченного периода времени (как правило, до нескольких суток).

Подострой называется интоксикация, развивающаяся в результате непрерывного или прерываемого во времени (интермитирующего) действия токсиканта продолжительностью до 90 суток.

Хронической называется интоксикация, развивающаяся в результате продолжительного (иногда годы) действия токсиканта.

Не следует путать понятие острой, подострой, хронической интоксикации с острым, подострым, хроническим течением заболевания, развившегося в результате контакта с веществом. Острая интоксикация некоторыми веществами (иприты, люизит, диоксины, галогенированные бензофураны, паракват и др.) может сопровождаться развитием длительно текущего (хронического) патологического процесса.

2. Периоды интоксикации.

Как правило, в течение любой интоксикации можно выделить четыре основных периода: период контакта с веществом, скрытый период, период разгара заболевания, период выздоровления. Иногда особо выделяют период осложнений. Выраженность и продолжительность каждого из периодов зависит от вида и свойств вещества, вызвавшего интоксикацию, его дозы и условий взаимодействия с организмом.

3. В зависимости от локализации патологического процесса проявления интоксикации могут быть местными и общими.

Местными называется проявления, при которых патологический процесс развивается непосредственно на месте аппликации яда. Возможно местное поражение глаз, участков кожи, дыхательных путей и легких, различных областей желудочно-кишечного тракта. Местное действие может проявляться альтерацией тканей (формирование воспалительно-некротических изменений - действие кислот и щелочей на кожные покровы и слизистые; ипритов, люизита на глаза, кожу, слизистые желудочно-кишечного тракта, легкие и т.д.) и функциональными реакциями (сужение зрачка при действии фосфорорганических соединений на орган зрения).

Общими называются проявления, при которых в патологический процесс вовлекаются многие органы и системы организма, в том числе удаленные от места аппликации токсиканта. Причинами общей интоксикации, как правило, являются: резорбция токсиканта во внутренние среды, резорбция продуктов распада пораженных покровных тканей, рефлекторные механизмы.

Если какой-либо орган или система имеют низкий порог чувствительности к токсиканту, в сравнении с другими органами, то при определенных дозовых воздействиях возможно избирательное поражение именно этого органа или системы. Вещества, к которым порог чувствительности того или иного органа или системы значительно ниже, чем других органов, иногда обозначают как избирательно действующие. В этой связи используют такие термины как: нейротоксиканты (например, норборнан), нефротоксиканты (соли ртути), гапатотоксиканты (четыреххлористый углерод), гематотоксиканты (мышьяковистый водород), пульмонотоксиканты (фосген) и т.д. Такое действие развивается крайне редко, как правило, при отравлениях чрезвычайно токсичными веществами (например, ботулотоксином, тетродотоксином, аманитином и т.д.). Чаще общее действие ксенобиотика сопровождается развитием патологических процессов со стороны нескольких органов и систем (например, хроническое отравление мышьяком сопровождается поражением нервной системы, кожи, легких, системы крови).

В большинстве случаев отравления носят смешенный характер, и сопровождаются признаками как местного, так и общего плана.

4. В зависимости от интенсивности воздействия токсиканта (характеристика, определяющаяся дозо-временными особенностями действия) интоксикация может быть тяжелой, средней степени тяжести, и легкой.

Тяжелая интоксикация - состояние, угрожающее жизни. Крайняя форма тяжелой интоксикации - смертельное отравление.

Интоксикация средней степени тяжести - болезнь, при которой возможно длительное течение, развитие осложнений, необратимые повреждение органов и систем, приводящее к инвалидизации или обезображиванию пострадавшего.

Легкая интоксикация - заканчивается полным выздоровлением в течение нескольких суток.

Транзиторные токсические реакции наиболее часто развиваются вследствие раздражающего и седативно-гипнотического действия токсикантов.

Явления раздражения слизистой дыхательных путей, глаз, кожи отмечается при остром воздействии многими веществами - альдегидами, кетонами, галогенами и т.д. Не являясь заболеванием, это состояние, тем не менее, обращает на себя внимание, поскольку субъективно тяжело воспринимается пострадавшим, нарушает профессиональную работоспособность.

При действии наркотических средств, многих лекарств, органических растворителей, пищевых продуктов (спирт) в малых дозах проявляется их седативно-гипнотическое действие (опьянение).

Транзиторные токсические реакции

Транзиторные токсические реакции могут стать следствием только острого действия химических веществ. Увеличение действующей дозы токсиканта приводит к превращению реакции в болезнь (контакт с раздражающими веществами может привести к токсическому отеку легких, сенсибилизации покровных тканей и развитию реактивной дисфункции дыхательных путей, а простое бытовое опьянение перерастает в кому). Токсические реакции могут привести пострадавшего к гибели, не успев стать болезнью (рефлекторная смерть от остановки сердечной деятельности и дыхания при ингаляции аммиака).

К числу аллобиотических состояний можно отнести:

иммуносупрессию и, как следствие, повышение чувствительности к инфекции;

аллергизацию организма и повышение чувствительности к различным веществам;

фотосенсибилизацию покровных тканей (псораленом; аминобензойной кислотой и т.д.);

изменение чувствительности к лекарствам и наркотикам при их длительном приеме (привыкание, зависимость, толерантность);

“доклинические” формы патологии и др.

Аллобиотические состояния могут развиваться в результате острых, подострых и хронических воздействий, быть этапом на пути развития интоксикации (субклинические формы патологии различных органов и систем), последствием перенесенного отравления (остаточные явления) и, наконец, самостоятельной формой токсического процесса.

Токсикант (яд)

В качестве ядов (токсикантов) могут выступать практически любые соединения различного строения, если, действуя на биологические системы не механическим путем, они вызывают их повреждение или гибель.

В настоящее время науке известны миллионы химических веществ, многие из которых широко используются человеком в быту, медицине, на производстве, в сельском хозяйстве и т.д.

7.2 Этапы токсиколого-гигиенических исследований

На человека с воздухом, водой, почвой и продуктами питания постоянно воздействуют различные токсические вещества. Между живыми существами и химическими агентами, устанавливаются пределы переносимости или воздействия их. Для получения качественной токсикологической оценки изучают их острую, подострую и хроническую токсичность, действие на иммунитет и поведение животных, на кишечную флору и создание ее резистентных штаммов, влияние на последующие поколения, прямое и непрямое действие на экологическую систему. После проведения экспериментальных исследований необходимо обеспечить систематизацию данных и экстраполяцию их на человека. Комплекс токсикологических работ должен завершаться решением вопросов санитарного, экологического и эпидемиологического характера.

Токсиколого-гигиенические исследования целесообразно проводить по четкому плану в зависимости от этапа внедрения химического вещества в народное хозяйство.

На рисукнке 6 приведена схема этапности токсиколого-гигиеических исследований химических веществ.

Рисунок 6 - Схема этапности токсиколого-гигиенических исследований

Данные о токсичности и других свойствах вредных веществ необходимы для составления гигиенических сертификатов, токсикологических паспортов, а также для заполнения научно-технической документации (ГОСТ, ТУ, технологический регламент и т.д.).

Первый этап исследования (токсикологическая экспертиза)

На первом этапе исследования нового химического вещества необходимо провести подробный анализ литературных данных о биологическом действии изучаемого или близких по химической структуре соединений. Физические и химические свойства позволяют в определенной степени предсказать поведение вещества в окружающей среде и указать на возможные опасности, связанные с его производством и применением.

Исходя из физико-химических свойств и по имеющимся в литературе данным прогнозируются возможные параметры токсичности и проводится токсикологический эксперимент.

В токсикологических исследованиях основными лабораторными животными являются крысы, мыши, морские свинки, кролики, реже кошки и собаки. Животные разных видов неодинаково восприимчивы к любым воздействиям, в таких случаях используют в опытах животных разных видов. Так у бестимусных (бесшерстных) мышей содержится всего 3% лимфоцитов, в то время как у обычных мышей число лимфоцитов составляет 85%. У бесшерстных мышей возникают спонтанные опухоли толстой кишки.

Наряду с беспородными животными в экспериментальную практику вошли линейные животные. В результате близкородственного разведения или инбрединга любую популяцию можно расчленить на ряд чистых линий. В пределах чистой линии все особи однородны и обладают узким спектром физиологической изменчивости. Ограниченная совокупность таких животных называется чистой линией, а сами животные — линейными или инбредными.

Белые крысы широко используют при установлении токсичности химических веществ и для изучения вопросов питания. Используют белых крыс также для воспроизведения на них экспериментальных опухолей и инфекционных заболеваний. Они устойчивы к инфекционным заболеваниям и дают большой приплод. Кроме того, у них имеются существенные особенности в образовании желчи, так как у них отсутствует желчный пузырь, билирубина, процессов регенерации ткани печени.

Морские свинки являются классическим объектом для изучения аллергических реакций.

В лабораторной практике широко используют кролики для проведения физиологических, фармакологических и биологических наблюдений. В связи с особенностями овуляции крольчихи являются классическим объектом для изучения функции яичников. Эмбриогенез кроликов весьма близок к эмбриогенезу человека. Кроме того их используют для создания моделей разных заболеваний, экспериментальных опухолей.

Исследование токсичности новых химических веществ (токсикологическая экспертиза) включает следующие разделы работы:

- установление среднесмертельной концентрации при 2-часовой экспозиции для мышей или 4-часовой экспозиции для крыс.

- определение среднесмертельной дозы при введении вещества энтерально.

- регистрация картины отравления при ингаляции и энтеральной затравке животных, данных вскрытия.

- выявление действия яда при контакте со слизистыми глаза и кожей.

- определение кумуляции действия яда в трехнедельном эксперименте.

Результаты вышеуказанных исследовании позволяют составить заключение о токсичности и опасности яда, рекомендовать необходимые меры предосторожности для работающих и рассчитать ориентировочную величину ПДК для воздуха рабочей зоны, которая впоследствии будет ориентиром для разработки химического метода анализа соединения. Устанавливается класс опасности соединения. На основе этих материалов может быть выдан гигиенический сертификат.

На этом этапе можно сделать заключение по экономической целесообразности дальнейшего внедрения нового химического соединения.

Второй этап исследования (сокращенная программа)

Второй этап включает в себя проведение развернутых токсикометрических исследований в объеме токсикологического паспорта:

- определение среднесмертельных концентраций и доз на мышах и крысах при разных путях поступления яда в организм.

- установление половой и видовой чувствительности животных.

- изучение кожно-раздражающих и сенсибилизирующих свойств на разных видах животных (мыши, крысы, морские свинки).

- определение пороговых концентраций действия яда.

При наличии химического метода анализа рекомендуется ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ) для воздуха рабочей зоны. На втором этапе можно обосновать целесообразность дальнейших исследований и составить программу исследований для обоснования гигиенического норматива (ПДК или ОБУВ) для разных сред.

Результаты токсикологических исследований в объеме токсикологического паспорта позволяют определить класс опасности данного соединения и установить необходимость дальнейшего изучения химического вещества. На данном этапе исследований можно разрешить выпустить пробную партию химического вещества при условии ограниченного его использования и безопасности для человека.

Читайте также: