Основы токсикологии
Технологический прогресс не стоит на месте, каждый год появляются новые технологии и химические соединения. Только за последние 2-3 десятилетия синтезировано более 4 млн. новых химических соединений. Очевидно, что человечеству необходимы знания о том, как может измениться окружающая среда под воздействием большого числа новых веществ и каким образом эти вещества могут влиять на организм человека. Степень опасности для человека ряда соединений, применяющихся в промышленности и сельском хозяйстве, очень различается. Прогноз последствий, которые может вызвать воздействие различных веществ на организм человека, - достаточно сложная задача, при решении которой необходимо учитывать большое количество различных факторов. Именно поэтому особое внимание при гигиеническом нормировании уделяется промышленной токсикологии.
Токсикология (от греч. toxikos – яд) – наука, изучающая законы взаимодействия вредных химических веществ (ядов) и живых организмов.
Яд (ксенобиотик – от греч. xenos – чужой, bios – жизнь) – это химическое вещество, которое при соприкосновении с живыми организмами в определённых условиях среды обитания и в определённых количествах способно оказывать повреждающее влияние на организмы, вплоть до их гибели.
Следовательно, химические вещества при воздействии на организм в определенных дозах проявляют токсичность - способность химического вещества оказывать вредное воздействие при взаимодействии с живыми организмами.
Оценка токсичности химических веществ необходима для обоснования гигиенических нормативов и определения возможности использования веществ в промышленности.
Промышленная токсикология – наука, изучающая действие на организм химических факторов (вредных веществ) с целью создания безвредных и безопасных условий на производстве.
Основные задачи промышленной токсикологии:
•гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в объектах производственной среды и биосредах;
•гигиеническая экспертиза токсических веществ;
•гигиеническая стандартизация сырья и продуктов.
Патологические процессы, развивающиеся при воздействии производственных ядов на организм, приводят к нарушению нормальной жизнедеятельности. Характер и степень выраженности нарушений в организме при действии яда обусловлены его концентрацией (дозой), временем действия и периодом выведения из организма.
Классификация ядов
Встречающиеся в промышленности и быту химические соединения в зависимости от решаемых задач могут оцениваться с помощью различных видов классификаций.
Наиболее частое применение находят следующие классификации ядов:
-по характеру воздействия на организм человека (общетоксическое, раздражающее, сенсибилизирующее, канцерогенное, мутагенное, влияющее на репродуктивную функцию);
-по пути проникновения в организм (действие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров);
-по химическим классам соединений (органические, неорганические, элементоорганические и др.);
-по степени токсичности (чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные, малотоксичные);
-по степени воздействия на организм (вещества чрезвычайно опасные, вещества высокоопасные, вещества умеренно опасные, вещества малоопасные).
Поясним некоторые термины, использующиеся при классификации ядов.
Мутагенное воздействие. По сути – это способность химических веществ вызывать изменение наследственных свойств организма, проявляющихся у его потомства. В результате таких изменений может произойти гибель эмбрионов, организмов, формируются наследственные заболевания, врожденные пороки развития, опухоли.
В настоящее время установлено мутагенное действие для многих химических веществ. Этим действием, например, обладают хлоропрен, винилхлорид, окись этилена, диметилфталат.
Канцерогенное воздействие.
Канцерогенное воздействие – это способность вещества вызывать развитие злокачественных опухолей. Как правило, между воздействием канцерогена и проявлением заболевания проходит значительное время. Например, рак легких развивается через 20-40 лет вдыхания асбестовой пыли.
В настоящее время существует перечень канцерогенных соединений, разработанный экспертами Международного агентства по изучению рака (МАИР). К канцерогенным соединениям и продуктам, производимым и используемым в промышленности, относятся асбесты, бензол, бензпирен, бериллий, винилхлорид, каменноугольная и нефтяные смолы, мышьяк и его соединения, никель, сланцы, соединения хрома и пр.
К производствам, на которых особенно высока вероятность развития рака, относят: деревообрабатывающее и мебельное производство; медеплавильное производство; производство нафтиламина, изопропилового спирта, кокса, резиновых изделий, чугуна и стали, угольных и графитовых изделий, переработка каменноугольной, нефтяной и сланцевой смол, газификация угля и пр.
Необходимо знать, что есть вещества, обладающее канцерогенным эффектом и среди лекарств. Например, к таким лекарствам относятся анальгетические смеси, содержащие фенацетин; эстрогены стероидные и нестероидные; эстрогенсодержащие контрацептивы орального применения и др.
К бытовым и природным канцерогенным факторам прежде всего стоит отнести алкоголь, радон, солнечную радиацию, табачный дым и бездымные табачные продукты.
Сенсибилизирующее воздействие.
Сенсибилизирующее действие выражается в повышении чувствительности организма человека к воздействию химических веществ, ведущее к развитию аллергических заболеваний. Реакция организма на сенсибилизирующее воздействие прежде всего будет зависеть от состояния самого организма.
Как правило, при прохождении яда через организм наиболее чувствительным к яду оказывается какой-то один орган. Например, на нервную систему преимущественное действие оказывают: сероуглерод, углеводороды предельного, непредельного и циклического ряда, соединения мышьяка, марганец и др.
Факторы, влияющие на прохождение ядов через организм
Закономерности прохождения ксенобиотиков через организм качественно и количественно изменяются в зависимости от множества условий (факторов). Основные факторы представлены в таблице
|
Группа факторов |
Факторы |
|
Биологические |
Видовые и индивидуальные особенности, время, возраст, пол, масса тела, этнический фактор |
|
Физиологические |
Физическая нагрузка, сон и положение тела, гемодинамические факторы, состояние стресса, прием пищи, беременность, роды и лактация |
|
Патологические (болезненные) состояния |
Патология печени, почек, сердца Инфекционные болезни Онкологические болезни Алкоголизм, наркомания |
|
Факторы окружающей среды |
Сезон года, температура Парциальное давление кислорода |
|
Химические структура |
Гомологи, изомеры, радикалы |
|
Факторы, связанные с поступлением в организм ксенобиотиков |
Доза, концентрация Режим и путь поступления |
|
Взаимодействие ксенобиотиков в организме |
Прием алкоголя и курение Прием лекарственных препаратов |
Биологические факторы.
1) Видовые различия и чувствительность к ядам. Чувствительность человека и животных к ядам зачастую различна, что объясняется особенностями метаболизма, различиями в продолжительности жизни, массой тела и др.
2) Влияние пола. К некоторым ядам более чувствительны женщины (например, к бензолу), к другим – мужчины (например, к бору и марганцу). Прежде всего такое различие объясняется специфическими признаками поражения (влияние на половые органы мужчин и женщин, эмбриотоксическое действие).
3) Влияние возраста. Чаще яды оказываются более токсичными для молодых и пожилых особей. Чувствительность молодых организмов связана с интенсивным обменом веществ и продолжающимся формированием всех систем и органов. Для пожилых – с ослабленным иммунитетом и наличием хронических заболеваний.
Физиологические факторы.
Влияние физиологических факторов на прохождение яда через организм вызвано тем, что усиление процессов дыхания и кровообращения способствует ускоренному поступлению химического вещества в организм. При большой физической нагрузки ускоряется кровообращение, соответственно, яд быстрее поступает в организм. Аналогичная ситуация возникает в процессе пищеварения или состоянии стресса. А вот во сне, наоборот, все процессы замедляются и яд усваивается медленнее.
Химическая структура и характер действия ядов.
Токсическое действие органических соединений в определенной степени зависит от их строения и свойств. Соединения с неразветвленной углеродной цепью оказывают более выраженный токсический эффект по сравнению со своими разветвленными изомерами. При введении в молекулу гидроксильной группы (ОН) увеличивается растворимость и ослабляется сила действия соединения: спирты менее токсичны, чем соответствующие им углеводороды.
Взаимодействие ксенобиотиков в организме
Комбинированное действие вредных веществ – это одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления.
Различают несколько видов комбинированного действия ядов:
• Аддитивное действие – феномен суммированных эффектов, индуцированных комбинированным воздействием. При этом суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов. (Например, наркотическое действие смеси углеводородов).
• Потенцированное действие (синергизм) – усиление эффекта, действие больше, чем суммация. (Например, сернистый ангидрид и хлор, алкоголь и ртуть).
• Антагонистическое действие – эффект комбинированного воздействия, менее ожидаемого при простой суммации.
• Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого яда. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. (Например, бензол и раздражающие газы, смесь взрывных газов и пылей в рудниках).
Принципы установления предельно допустимых концентраций (ПДК)
Установление предельно допустимых концентраций (ПДК) является важной мерой профилактики профессиональных интоксикаций и критерием при проектировании производства, а также при оценке условий труда.
Основные материалы для обоснования ПДК содержания токсических веществ в воздухе получают на основе широко поставленных экспериментальных токсикологических исследований. Предложенные ПДК утверждаются главным санитарным врачом Российской Федерации и в дальнейшем вносятся в государственные стандарты.
Для экспериментального обоснования ПДК проводят следующие исследования:
1. Определяют токсичность и характер действия вещества при однократном воздействии на организм.
CL50 – концентрация вещества, вызывающая гибель половины взятых в опыт животных при 2-4 часовом ингаляционном воздействии.
DL50 – доза вещества, вызывающая гибель половины взятых в опыт животных при однократном введении в желудок.
2. Исследуют кожно-резорбтивное и сенсибилизирующее действие.
Кожно-резорбтивное воздействие – это воздействие химического вещества на организм при проникновении через неповрежденный кожный покров.
3. Устанавливаются пороги острого токсического и раздражающего действия.
1. Исследования проводятся не менее чем на двух видах лабораторных животных, причем затравку мышей производят в течение 2 часов, а крыс – 4 часов.
При определении порогов токсического действия обычно используют интегральные показатели. Пороги раздражающего действия устанавливаются вначале у животных, а затем у людей-добровольцев.
Определение порогов токсического действия важно для установления зоны острого токсического действия, что существенно для оценки опасности промышленного яда.
4. Изучают характер действия вещества и способность к кумуляции (способности вещества к накоплению в организме) при повторном воздействии на организм.
5. Проводят всестороннее изучение действия вещества на организм в хроническом опыте (включая и отдалённые последствия) с ингаляционными затравками по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не менее 4-х месяцев.
1. Опыты проводят на двух видах животных при действии двух концентраций токсического вещества. Эти исследования позволяют определить пороговые концентрации в хроническом опыте.
При обосновании ПДК токсических веществ за основу принимают пороговые концентрации в хроническом опыте, которые снижают в несколько раз. На настоящий момент экспериментально установлены ПДК для порядка 2500 химических соединений.