Смолякова Т.А.
Параметры токсичности химических соединений
Изучение любого вредного вещества предусматривает установление количественных показателей токсичности и его опасности, т. е. показателей токсикометрии.
Токсикометрия– это совокупность методов и приемов исследований для количественной оценки токсичности и опасности ядов.
Токсический эффект при действии разных доз и концентраций вредных веществ может проявиться в виде нарушений отдельных или многих функций или деятельности всего организма, вплоть до его гибели.
Количественная характеристика токсичности веществ достаточно сложна и требует многостороннего подхода. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная реакция, индивидуальная вариабельность, поскольку в группе испытуемых животных всегда присутствуют более или менее восприимчивые к действию изучаемого токсина индивидуумы.
Рассмотрим некоторые параметры токсичности.
Степень токсичности вредных веществ измеряется его абсолютным количеством (дозой), вызывающим определенный биологический эффект, те или иные патологические изменения в организме. Из двух веществ более токсическим является то, которое вызывает одинаковые патологические проявления в меньшей дозе, или концентрации.
Неблагоприятный эффект воздействия различных доз концентраций может проявляться в форме гибели организма или его функциональных изменений. В первом случае говорят о летальны (смертельных) концентрациях (ЛК, СL) или дозах (ЛД, или DL), во втором – действующих, пороговых или недействующих концентрациях (дозах).
К важнейшим факторам, определяющих токсичность химических соединений, относится их доза (концентрация). Терапевтической (лечебной) называется доза вещества, вызывающая определенный лечебный эффект. Токсической называется доза вещества, вызывающая патологические изменения в организме, не приводящие к летальному исходу. Смертельной (летальной) называется такая доза вещества, которая вызывает гибель организма.
В свою очередь существует подразделение смертельной концентрации вредных веществ:
- минимальная смертельная доза (концентрация) вещества ЛДmin - ЛКmin – наименьшее количество (концентрация) вещества, уже способное вызвать гибель отдельных животных;
- максимальная (абсолютно смертельная) или стопроцентная доза (концентрация) ЛДmаn (ЛД100), ЛКmаn (ЛК100) – наименьшее количество (концентрация) вещества, которое вызывает гибель все подобных животных.
Поскольку величины ЛДmin и ЛДmаn изменяются в широких пределах вследствие индивидуальной чувствительности живых организмов и различных условий, то чаще указывают величины статистических наиболее достоверные – среднесмертельные дозы и концентрации ЛД50.
Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) доза при введении в желудок ЛД50ж – количество вредного вещества, вызывающего гибель 50 ли 100 % живых соответственно при однократном введении в желудок.
Эти показатели используются в экспериментальных исследованиях. Принята следующая классификация веществ по признаку острой токсичности (LD50 для крысы при пероральном введении, мг/кг):
• чрезвычайно токсичные <5; • высокотоксичные 5–50; • умеренно токсичные 50–500; • малотоксичные 500–5000; • практически нетоксичные 5000–15000; • практически безвредные >15000.
Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) доза при нанесении на кожу ЛД50к – количество вредного вещества, вызывающего гибель 50 ли 100 % живых соответственно при однократном нанесении на кожу.
Среднесмертельная (или абсолютно смертельная) концентрации вещества в вождухе ЛД50 – концентрация вещества, вызывающего гибель 50 ли 100 % испытуемых животных соответственно при ингаляционном воздействии в течение 2 - 4 ч.
Для сравнительной оценки токсичности ядов пользуются величиной ЛД 50. Эта величина является той средней дозой, после поступления которой (в желудок, брюшную полость, на кожу) в течение трех суток наступает гибель 50 % подопытных животных. Иногда для определения ЛД 50 подопытных животных наблюдают в течение не трех, а 14 суток. ЛД 50 выражается в миллиграммах вещества на килограмм массы животного (мг/кг).
Важнейшим параметром токсичности веществ является ПДК (предельно допустимая концентрация). Под ПДК понимают наименьшую концентрацию химических соединений, которая при ежедневном воздействии на организм человека в течение длительного времени не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования.
С целью санитарной оценки воздушной среды и воды, находящейся в открытых водоемах (реки, озера), производится определение ПДК токсических веществ в атмосферном воздухе, в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов. На основании результатов определения ПДК разрабатываются мероприятия по очистке воздуха предприятий и воды водоемов от загрязнений токсическими веществами.
В зависимости от объекта, в котором содержится то или иное вещество, его ПДК отражается в разных единицах измерения: ПДК в воде водоемов – в миллиграммах на кубический дециметр (мг/дм3); ПДК в воздухе рабочей зоны – в миллиграммах на кубический метр (мг/м3) ; ПДК в атмосферном воздухе – в миллиграммах на кубический метр (мг/м3) ; ПДК в почве – в миллиграммах на килограмм (мг/кг).
При определении ПДК должно учитываться не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но также и его воздействие на растения, микроорганизмы, животных и природные сообщества. Таким образом, высшим показателем является экологическая предельно допустимая концентрация – пороговая концентрация, превышение которой приводит к отрицательным последствиям для экосистемы в целом.
Коэффициент кумуляции - отношение величины суммарной дозы яда, вызывающей определенный эффект (чаще смертельный) у 50% подопытных животных при многократном пробном введении, к величине дозы, вызывающей тот же эффект при однократном воздействии.
Наличие и величина кумулятивного действия определяются в опытах на животных при их неоднократных обработках пестицидами в различных дозах. Показателем величины кумуляции служит коэффициент кумуляции (Ккум), определяемый отношением средней летальной дозы пестицида при многократном введении (хронический опыт) к средней летальной дозе разового применения (острый опыт).
Различают кумуляцию материальную и функциональную.
Материальная кумуляция – накопление вещества при его систематическом поступлении. Способностью к этому виду накопления характеризуются стойкие пестициды – многие препараты из группы хлорорганических соединений, а также препараты ртути.
Функциональная кумуляция – это не накопление яда, а суммирование эффекта действия (изменений функций отдельных органов и систем организма, которые происходят в результате кратковременного воздействия пестицида). Сам препарат достаточно быстро разрушается или выводится из организма с мочой или другими путями. Этот тип кумуляции характерен для нестойких пестицидов, например, фосфорорганических соединений, связывающих фермент холинэстеразу (пиримифос-метила, малатиона (карбофоса), диазинона и др.), синтетических пиретроидов (дельтаметрина, альфа-циперметрина, циперметрина и др.) и других химических групп.
Степень кумулятивных свойств вредного вещества характеризует реальную опасность развития хронической интоксикации, и поэтому коэффициент кумуляции должен учитываться при гигиенической регламентации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Другим показателем реальной опасности развития хронической интоксикации является величина зоны хронического действия и величина зоны биологического действия.
Опасность вещества - это вероятность возникновения вредных для здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических веществ.
Различают две группы количественных показателей опасности:
- потенциальной возможности поступления вредных веществ в организм (критерии потенциальной опасности);
- компенсаторных свойств организма по отношению к данному яду (критерии реальной опасности).
К потенциальным показателям опасности относятся, например, коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО).
КВИО - отношение максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 200С (С20) к среднесмертельной концентрации.
О реальной опасности развития острого отравления можно судить по величине зоны острого действия.
Зона острого действия (Zас)- это отношение средней концентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при однократном воздействии. Она является интегральным показателем компенсаторных свойств организма, его способности к обезвреживанию и выведению яда из организма и компенсации поврежденных функций. ВеличинаZас обратно пропорциональна опасности ядов при однократном воздействии, т. е. чем меньше её количественная характеристика, тем больше возможность развития острого отравления.
3она хронического действия (Zch) - отношение пороговой концентрации (дозы) при однократном воздействии к пороговой концентрации (дозе) при хроническом воздействии.
Величина зоны хронического действия используется для характеристики опасности яда при хроническом воздействии. Опасность хронического отравления прямо пропорциональна величине зоны хронического действия, т. е. чем зона хронического действия шире, тем больше опасность хронической интоксикации, и наоборот.
Установление порога хронического действия осуществляется в хронических опытах на животных (в течение 4 месяцев) при разных условиях воздействия вредного вещества. Во время эксперимента проводится всестороннее изучение действия вещества на организм, выявление наиболее чувствительных к нему органов и систем, функциональных и морфологических изменений в них.
Если известны механизмы токсического действия вредного вещества, то устанавливают порог специфического действия. Для этого в эксперименте на лабораторных животных используют специфические показатели токсичного действия вещества, например определение активности фермента холинэстеразы при действии фосфорорганических веществ.
3она биологического действия (Zbef) – отношение средней смертельной кондентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при хроническом воздействии.
Порог специфического действия (избирательного) - это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления вещества и стандартной статистической группе животных) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология(Limsp).
Для установления порога однократного действия проводится серия острых опытов на лабораторных животных с применением разных доз и концентраций изучаемого вещества. При этом устанавливают ту минимальную дозу (концентрацию), при воздействии которой в организме опытной группы животных возникают изменения приспособительных реакций или скрытая патология (общее состояние, масса, температура тела).
Порог однократного действия обозначается Limac, порог хронического действия - Limch.
Безусловно, все параметры токсичности химических веществ, так или иначе - связаны между собой. Очень важно знать классификации параметров, уметь правильно определять их показатели и понимать зависимость друг от друга. В профессии химика данные знания не только будут полезны по жизни и на работе, но и давать значительные преимущества при трудоустройстве.
Список использованных источников
[https://studfile.net/preview/2899674/page:3/] - Студопедия. Параметры токсичности и опасности вредных химических веществ;
[https://studopedia.ru/10_305721_parametri-toksikometrii-LDi-LD-doza-udarnaya-letalnaya-doza-edinitsi-izmereniya-toksichnosti.html] - Студопедия. Параметры токсикометрии ;
Электронная библиотека ТГПУ им.Л.Н.Толстого moodle, лекция «Токсикодинамика и токсикокинетика;
[https://www.pesticidy.ru/dictionary/Maximum_permissible_concentration] - Пестициды.ru (Стирманов А.В., Галлямова О.В., Черкасова С.А.);
[https://studwood.ru/1675222/matematika_himiya_fizika/profilaktika] - studwood.ru, профилактика – отравление соединениями тяжелых металлов.
.png)
