Токсичность и гербициды

1.

Определение токсичности

Токсичность - способность вещества вызывать нарушения физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях - его гибель.

Токсичность - интегральный показатель реакции организма на действие вещества, который во многом определяется механизмом его токсического действия. Важное значение в проявлении токсичность вещества играют: скорость поступления вещества в кровь, скорость метаболических превращений вещества в крови и тканях внутренних органов, скорость проникновения его через гистогематические барьеры и взаимодействие вещества с биомишенями, а также некоторые другие факторы, определяющие величины токсодоз и особенности характера токсического действия на организм. Под характером токсического действия вещества на организм обычно подразумевают особенности механизмов токсического действия, особенности патофизиологических процессов и симптомов интоксикации, динамику развития их во времени, а также другой стороны токсического действия веществ. Эти особенности положены в основу токсикологической (физиологической) классификации веществ. 
Исследование токсичности веществ имеет важное значение в решении вопросов охраны здоровья человека.

Череп и скрещенные кости  является общим символом для токсичности, а также опасности.  
В основу суждения о токсичности вещества для человека (при отсутствии точных клинических сведений) положены результаты опытов на животных. 
Показатели токсичности

Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсической  дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы  животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект Чем  меньше токсическая доза, тем выше токсичность

Различают среднесмертельные дозы (медианносмертельные, сокращенно ЛД50 или LD50), абсолютно смертельные (ЛД90-100, LD90-100), минимально смертельные (ЛД0-10, LD0-10), среднеэффективные (медианноэффективные, ED50) - вызывающие определенные токсические эффекты, пороговые (ПД50, РD50) и другие (цифры в индексе - вероятность в % появления определенного токсического эффекта - смерти, порогового действия и др.).

Токсичность веществ оценивается  с помощью экспериментальных  или ретроспективных сведений. Нередко для оценки токсичности используют показатель LD50.

Основным показателем  токсичности вещества для животных является ЛД50 – доза, вызывающая в  эксперименте смерть 50% подопытных животных. Ее обычно выражают в миллиграммах вещества на 1 кг массы тела. Конечно, не всегда имеется полная корреляция между чувствительностью к яду  животных и человека. Тем не менее вещества, высокотоксичные для животных, как правило, токсичны и для людей. 
По токсичности для теплокровных животных яды делятся на 4 группы: чрезвычайно токсичные — ЛД50 менее 15 мг/кг; высокотоксичные— 15—150; умеренно-токсичные—151—1500 и малотоксичные—более 1500 мг/кг.

К чрезвычайно токсичным  и высокотоксичным химическим веществам  относят:

- некоторые соединения  тяжелых металлов: ртути, свинца, кадмия, селена, никеля, цинка и др. ;   
- соединения, содержащие цианистую группу: синильная кислота и ее соли;

- соединения фосфора и  фосфор-органические соединения;

- галогены: хлор, бур; 

К сильно токсичным химическим веществам относят:

- минеральные и органические кислоты (серная, азотная, уксусная, фосфорная и др.);

- щелочи (аммиак, едкое калли и др.);  
- соединения серы;

- хлористый и бромистый  метил;

- некоторые спирты и  альдегиды кислот;

- хлористый и бормистый метил;

- органические и неорганические  аминосоединения: анилин, тробензол, нитротоуол, фенолы и их производные.   
Наиболее часто используют величины ЛД50, ПД50 и ED50, которые статистически более достоверны по сравнению с другими.

Степень токсичности вещества характеризуется также предельно  допустимой концентрацией (ПДК) - максимальным количеством вещества в единице  объема воздуха или воды, которое  при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени  не вызывает в нем патологических изменений, а также не нарушает нормальной жизнедеятельности человека. 
Величины токсических доз (концентраций) характеризуют степень опасности веществ при определенных путях поступления его в организм. Существуют различные классификации веществ, учитывающие степень их опасности. В промышленной токсикологии наибольшее распространение получила классификация, предусматривающая 4 класса вредных веществ 

При определении токсической  дозы исследуют (экспериментально) зависимость  эффект-доза, которую затем анализируют  с помощью статистических методов (пробит-анализ и др.). Величина токсической дозы зависит от способа введения вещества или путей его поступления в организм, от вида животных, возрастных, половых и индивидуальных различий, а также от конкретных условий воздействия вещества.

При внутривенном, внутримышечном, подкожном и пероральном (через рот) введении, а также при накожной аппликации токсические дозы имеют размерности: мг/кг, мкг/кг, моль/кг и т.д. Часто используют также токсические дозы, отнесенные к единице поверхности тела, имеющие размерности: мг/м2, г/м2 и т.п. Это связано с тем, что подобные дозы некоторых веществ для разных лабораторных животных и человека различаются в меньшей степени, чем дозы, отнесенные к единице массы. Этим пользуются в ряде случаев для анализа видовой чувствительности и переноса сведений с лабораторных животных на человека. 
Пересчет доз из размерности мг/м2 в мг/кг проводят с использованием специальных таблиц и номограмм или по формуле, например:

ED50 (мг/м2) = K•ED50 (мг/кг),

где К-коэффициент пересчета, который для стандартных лабораторных животных, как правило, связан с их массой (М): К = М0,309.

Для характеристики токсичности  при ингаляции обычно указывают  концентрации паров или аэрозолей  веществ в воздухе (мг/л, мг/M3 и др.) и время их воздействия. В некоторых случаях используют объемные концентрации: части на миллион, или миллионные доли (м.д., или р.р.Токсичность-parts per million), что соответствует количеству см3 газа в 1 M3 воздуха. Пересчет объемных концентраций в массовые (и наоборот) проводится с использованием специальных таблиц или с некоторым приближением по формуле:

1 мг/л = К•Т/ММ•p (м.д.),

где К- пересчетный коэффициент, равный 62360, 
T-абсолютная температура,

ММ-молекулярная масса вещества,

р-атм. давление в мм рт. ст. (т. е. при нормальных условиях 1 мг/л = 24451,7/MМ(м.д.).

Количественной характеристикой  токсичности при ингаляционном  действии вещества является также произведение концентрации на время экспозиции (Ct) с размерностями: мг•мин/л, мг•мин/M3 и т.д. Строго говоря, величину Ct можно называть токсической дозой, характерной для данного организма, только при постоянстве объема легочной вентиляции и массы животных (человека). Для облегчения расчетов концентрации токсичных веществ в воздухе их летучесть часто выражают в виде концентрации насыщенных паров (обычно в мг/мл). 
Постоянство величины Ct при различных экспозициях свидетельствует о кумулятивном действии вещества. Различают материальную кумуляцию (в организме происходит накопление вещества), функциональную (в организме происходит суммирование токсических эффектов) и смешанного типа (сочетание материальной и функциональной кумуляции). При парэнтеральном введении веществ для оценки их кумулятивного действия определяют коэффициент кумуляции. 
Факторы, влияющие на токсичность

Токсичность химических соединений обусловлена взаимодействием организма, токсического вещества и окружающей внешней среды. Токсичность ядовитых веществ зависит от таких факторов: дозы или концентрации, физических и химических свойств, путей и скорости проникновения ядов в организм, возраста и пола, индивидуальной предрасположенности к яду и т. д.

Доза и концентрация. Одним  из важнейших факторов, определяющих токсичность химических соединений, является их доза (концентрация). Подробная  классификация доз и их описание приводятся в ряде источников литературы. Мы же остановимся только на краткой  характеристике терапевтической, токсической  и смертельной доз.

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.

Дозы лекарственных и  ядовитых веществ выражают по массе (в граммах, миллиграммах, микрограммах), объему (миллилитрах, каплях) и в  единицах биологической активности (ME — международная единица).

Действие поступившего в  организм вещества зависит не только от его дозы, но и от времени пребывания в организме. С этой точки зрения срок пребывания яда в организме  можно выражать промежутком времени  от начала его резорбции до момента  полной элиминации. Период резорбции продолжается от момента поступления яда в организм до момента достижения максимальной его концентрации в крови. Период элиминации начинается от момента достижения максимальной концентрации вещества в крови до полного исчезновения его из крови.

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). 
Лицам старше 60 лет рекомендуются несколько меньшие дозы лекарственных препаратов, чем лицам более молодого возраста, поскольку у более пожилых людей процессы метаболизма и скорость выведения из организма лекарственных препаратов, ядов и их метаболитов несколько замедленны. У этих лиц эффективная концентрация лекарственных препаратов достигается после введения в организм меньших доз.  

Дети имеют меньшую  массу тела, чем взрослые. Поэтому  для достижения терапевтического эффекта  детям назначают относительно меньшие  дозы лекарственных препаратов, чем  взрослым. Кроме этого, для детей  характерны возрастные особенности  чувствительности к лекарственным  препаратам и ядам.   
Токсичность газообразных веществ характеризуется не дозой, выраженной в единицах массы или объема, а концентрацией. Важнейшим параметром токсичности газообразных 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.

В настоящее время химическая промышленность вырабатывает значительное число ядохимикатов (для нужд сельского хозяйства) и других веществ, применяемых в различных областях народного хозяйства. Многие из этих веществ являются токсичными и могут быть причиной отравлений непосредственно на предприятиях, производящих эти вещества, или в местах их применения. Кроме этого, ядохимикаты, применяемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и животных, могут попадать в почву, а из нее — в водоемы. Загрязнение водоемов токсическими веществами происходит и за счет сточных вод из предприятий химической промышленности. В связи с этим проблема борьбы с загрязнениями внешней среды в настоящее время приобретает особое значение.   
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.

Для газообразных токсических  веществ ПДК выражается в миллиграммах на кубический метр (мг/M3), а для токсических  веществ в воде — в миллиграммах на литр (мг/л). На основании результатов  определения ПДК разрабатываются  мероприятия по очистке воздуха предприятий и воды водоемов от загрязнений токсическими веществами.

Физические и химические свойства токсических веществ. На токсичность  химических соединений влияет их агрегатное состояние, растворимость в воде и жирах, диссоциация на ионы и  т. д.

Газообразные вещества и  пары летучих жидкостей, поступившие  в организм через дыхательные  пути, проявляют токсическое действие значительно быстрее, чем жидкие или твердые вещества, попавшие на кожу или поступившие в пищевой канал.

Токсичность твердых веществ  зависит от размера их частиц. Тщательно  размельченные твердые вещества являются более токсичными, чем те же вещества, имеющие более крупные  частицы. Это объясняется различной  растворимостью мелких и крупных  частиц вещества, а следовательно, и неодинаковой скоростью поступления их в кровь. Токсичность химических соединений зависит от растворимости их в жирах и воде. Жирорастворимые вещества легко проникают в организм через кожу и легко проникают из крови в клетки через мембраны. Токсичность водорастворимых веществ зависит от их диссоциации. Так, например, хлорид и нитрат бария хорошо диссоциируют в воде и обладают высокой токсичностью, а сульфат бария не растворяется в воде и не оказывает токсического действия на организм. Аналогичные свойства характерны и для некоторых соединений мышьяка. Высокотоксичными являются хорошо диссоциируемые в воде арсениты и арсенаты. Слабо растворимый в воде оксид мышьяка (III) значительно менее токсичен, чем арсенаты и арсениты щелочных металлов. Растворимые в воде соли тяжелыхметаллов также более токсичны, чем их оксиды. Нерастворимый в воде хлорид ртути (I) менее токсичный, чем растворимый в воде хлорид ртути (II), а металлическая ртуть, поступившая в пищевой канал, вообще не оказывает токсического действия на организм. Однако под влиянием содержимого желудка определенная часть металлической ртути подвергается химическим превращениям и может растворяться, всасываться и проявлять токсические свойства.   
Видовая чувствительность к ядам. Одни и те же вещества могут действовать на людей и на различные виды животных неодинаково. Это можно показать на примерах действия красавки, наперстянки пурпуровой и шерстистой на людей и на некоторых животных. Красавка содержит алкалоиды тропанового ряда, а наперстянка — сердечные гликозиды. Травоядные животные могут поедать эти растения без проявления признаков отравления. После приема людьми завышенных доз препаратов, полученных из красавки или наперстянки, возникают тяжелые отравления. 
Для некоторых птиц, поедающих «шпанские мушки», содержащие кантаридин, они являются безвредными. Настойка «шпанских мушек» для людей является токсичной.