Параметры токсичности и опасности вредных химических веществ

Количественной оценкой токсичности и опасности ядов занимается раздел токсикологии, именуемый токсикометрией (в дословном переводе с греческого — измерение токсичности). Используя определенные качественные и количественные критерии, токсикометрия позволяет осуществлять целенаправленный отбор менее токсических и опасных веществ на стадии синтеза новых соединений и композиций для последующего внедрения их в сфере производства и быта.

Токсикометрия химических соединений включает большой диапазон исследований и оценок, обязательными среди которых являются установление смертельных и пороговых доз в остром опыте, выявление и количественная характеристика кумулятивных свойств, изучение кожно-раздражающего, кожно-резорбтивного, сенсибилизирующего действия, хронического воздействия на организм для установления пороговых концентраций. Особое значение приобретают исследования отдаленных эффектов онкогенного, мутагенного и нейротоксического воздействия на репродуктивную функцию и сердечно-сосудистую систему, а также критерии оценки токсико- кинетических и метаболических эффектов.

Токсикометрия предусматривает определение в эксперименте параметров (показателей), характеризующих токсичность химических веществ на разных уровнях воздействия и опасность возникновения отравления в тех или иных условиях воздействия вредных веществ на организм (см. табл. 6.3).

На практике установление параметров токсичности и опасности химических соединений осуществляется моделированием интоксикаций в острых, подострых и хронических экспериментах на лабораторных животных (крысах, мышах, кроликах).

Хронические эксперименты на животных являются основой гигиенического нормирования химических веществ в различных средах. В хроническом эксперименте устанавливается порог общетоксического и специфического (если оно обнаружено) действия, изучается механизм (патогенез) интоксикации.

Эксперименты по изучению отдаленных последствий воздействия химических веществ могут продолжаться в течение всей жизни лабораторных животных.

Основные токсикологические характеристики. Степень токе: ности вещества измеряется его абсолютным количеством (дозой вызывающим определенный биологический эффект, те или ин^ь патологические изменения в организме. Из двух веществ более то сическим является то, которое вызывает одинаковые патология ские проявления в меньшей дозе, или концентрации.

Неблагоприятный эффект воздействия различных доз и кон центраций может проявляться в форме гибели организма или е функциональных изменений. В первом случае говорят о летальн* (смертельных) концентрациях (ЛК, или CL) или дозах (ЛД,

DL), во втором — действующих, пороговых или недействую концентрациях (дозах).

Существуют следующие дозы (концентрации) вредных вещее' минимальная смертельная доза (концентрация) вещества ЛД^,, ЛК_т;_п — наименьшее количество (концентрация) вещества, у способное вызвать гибель отдельных животных;

максимальная (абсолютно смертельная) или стопроцентная доз* (концентрация) ЛД_тах (ДДюо), ЛК_тах (ЛК_Ш0) — наименьшее коли чество (концентрация) вещества, которое вызывает гибель все" подопытных животных.

Поскольку величины ЛДтіп и ЛД_тах изменяются в широких пре делах вследствие индивидуальной чувствительности живых организмов и различных условий, то чаще указывают величины статистически наиболее достоверные — среднесмертельные дозы и концентрации ЛД₅₀.

Доза выражается в единицах массы или объема вредного вещества на единицу массы животного (мг/кг).

Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) доза при введении в желудок ЛД50Ж — количество вредного вещества, вызывающего гибель 50 или 100 % животных соответственно при однократном введении в желудок.

Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) доза при нанесении на кожу ЛД_50к — количество вредного вещества, вызывающего гибель 50 или 100 % животных соответственно при однократном нанесении на кожу.

Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) концентрация вещества в воздухе ЛК₅₀ — концентрация вещества, вызывающая гибель 50 или 100% испытуемых животных соответственно при ингаляционном воздействии в течение 2—4 ч.

В токсикологической практике для оценки токсичности различных радионуклидов определяют летальные дозы (абсолютно летальную, минимально летальную и дозу, вызывающую гибель 50 % ЖИВОТНЫХ), отнесенные К определенному сроку, например ЛД₅₀/зо (табл. 6.4).

Доза радиоактивных веществ, вызывающая гибель 50 % животных

в течение 30 сут

Особенности обмена и депонирования радионуклидов в органах и тканях оценивают в единицах кБк/г, что отражает удельную радиоактивность массовой доли того или иного органа, подвергающегося воздействию. При этом необходимо иметь в виду различную радиочувствительность органов и тканей к облучению и разную скорость восстановительных процессов в них.

Опасность веществ устанавливается не только по показателям острой токсичности. Учитывается также степень опасности хронических отравлений по так называемым зонам острого и хронического действия. Для определения ранних функциональных изменений в биологических организмах определяют действующие дозы и концентрации, которые вызывают признаки интоксикации организма, а также пороговые и недействующие величины. Под термином пороговость понимают статистически достоверные изменения в организме, выходящие за пределы гомеостаза. Определение порогов острого и хронического действия позволяет установить зоны острого и хронического действия и подойти к обоснованию предельно допустимых концентраций. Связь между величинами, характеризующими возможность отравления, приведена на рис. 6.4.

Порог вредного действия (однократного Lim_ac и хронического Lim_cA) — это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, т. е. скрытая (временно компенсированная) патология.

Порог специфического (избирательного) действия Lim_jp — минимальная концентрация (доза), вызывающая изменения биологических функций отдельных органов и систем организма, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций.

Биологическая

Необратимые

изменения

Обратимые

изменения

реакция

организма

Возможен

смертельный

исход

Заболеваемость

Патологические

изменения

Физиологические изменения, значение которых недостаточно определено

АЛ'

K_t

Действие

загрязнителя

ПДК Гіш_сд LiLun„_c Lim DLo ОDLjoo

Доза (концентрация)

Рис. 6.4. Принципиальная схема биологической реакции организма на количество поступившего в него токсического вещества

Более полно характеризовать степень отравления живых организмов позволяют и другие показатели, приведенные в табл.

Зона острого действия Z_ac соответствует изменению биологических показателей, выходящих за рамки приспособительных физиологических реакций, на уровне целостного организма.

Z_nr =

ЛК₅₀(ЛД₅₀)

Бігти

Зона острого действия показывает диапазон концентраций (от начальных до крайних), оказывающих действие на организм при однократном поступлении. Чем меньше Z_ac и ниже порог, тем больше опасность острого отравления, тем опаснее вещество, так как даже небольшое превышение пороговой концентрации может вызвать смертельный исход.

Зона хронического действия Z_Ch показывает, насколько велик -, разрыв между концентрациями, вызывающими начальные явления интоксикации при однократном и длительном поступлении в организм.

Lim„

^Jch

Um_ch

Чем шире Z_ch, тем опаснее вещество, так как концентрации, оказывающие хроническое действие, значительно меньше концентраций, вызывающих острые отравления. Хронические отравления при действии таких веществ развиваются скрыто, незаметно.

Большое значение имеет выявление опасности веществ по показателям избирательности вызываемого эффекта: аллергенного, раздражающего и т.д. Соответствующие зоны специфического действия Z_sp определяются отношением порога острого действия по интегральным показателям к соответствующему порогу специфического действия Lirrijp

₇ Lim_gc(integ)

Lim_ip •

Зона специфического действия, превышающая единицу, свидетельствует об избирательном действии химического вещества на изучаемую функцию. Величина Z_sp позволяет определить степень опасности вещества в развитии отдаленного эффекта.

Помимо непосредственного установления указанных параметров токсичности рассчитывается такой показатель опасности развития острого отравления как коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО), который представляет собой отношение насыщающей концентрации вещества при 20 °С к среднесмертельной концентрации

КВИО = Мшах.

ЛК₅₀

Таким образом, КВИО объединяет два важнейших показателя опасности острого отравления: летучесть вещества и дозу, вызывающую наибольший биологический эффект, т. е. гибель организма. Чем больше величина КВИО и уже зона острого действия, тем опаснее вещество (см. табл. 6.3).

Порог хронического действия является базовым параметром токсикометрии, на основе которого рассчитываются коэффициенты запаса K_s и ПДК. При установлении значения ПДК необходимо уменьшить заведомо токсическую концентрацию. Это обусловлено K_s, который устанавливается для каждого вещества с учетом количественных и качественных особенностей его действия. Коэффициент запаса принимается тем больше, чем выше кумулятивные, кожно-резорбтивные, сенсибилизирующие свойства токсического вещества. Численно он обычно принимается 3 < K_s 10 >50 Высокоопасные (II) 4-10 10-50 Умеренно опасные (III) 1-3 До 10 Малоопасные (IV) 0,1-1 Обычный