Токсикологические методы исследования в гигиенической практике

Токсикологические методы исследования в гигиенической практике. Оценка токсичности и опасности промышленных ядов. 

Основные понятия токсикологии

Изучение токсичности применяемых на производстве и в быту химических веществ, механизм их воздействия на организм человека, разработка противоядий, мер профилактики с целью предупреждения отравлений и входит в задачу науки токсикологии.

Предмет и задачи токсикологии

Токсикология (от греческого toxicon – яд и logos – учение) – это наука, изучающая законы взаимодействия живого организма и яда. В роли последнего может оказаться практически любое химическое соединение, попавшее в организм в количестве, способном вызвать нарушения жизненно важных функций и создать опасность для жизни.

Основная задача токсикологии – обнаружение и характеристика токсических свойств химических веществ, которые способны вызвать в организме патологические изменения, а также изучение условий, при которых эти свойства возникают, ярко проявляются и исчезают.

Второй важной задачей токсикологии является определение зоны токсического действия изучаемого химического вещества.

Третья задача токсикологии предусматривает изучение химических и патоморфологических признаков отравления при различных путях поступления ядов в организм.

Показатели токсичности зависят не только от свойств яда, но и от вида, пола, возраста, индивидуальной чувствительности к нему организма. Отсюда вытекает еще одна важная задача токсикологии – разработка основ экстраполяции на человека данных, изученных в эксперименте на животных.

Основные разделы токсикологии

В настоящее время в токсикологии определяются три основных направления; теоретическое (экспериментальное), профилактическое (гигиеническое) и клиническое.

Теоретическая токсикология решает проблемы выявления основных законов взаимодействия организмов и ядов. Она включает два основных раздела:

1) токсикодинамику, которая рассматривает  действие яда на организм;

2) токсикокинетику, которая изучает  ответную реакцию организма на  яд. Это происходит во времени, с разной скоростью.

Профилактическая токсикология изучает проблемы определения степени опасности и разработку мер и способов предотвращения и защиты от токсического воздействия химических веществ в окружающей человека среде. Поэтому она имеет экологический характер и включает следующие основные разделы: промышленный, сельскохозяйственный, коммунальный, пищевой, бытовой и др.

Клиническая токсикология исследует заболевания химической этиологии, т.е. болезни человека, возникающие вследствие токсического влияния химических соединений окружающей его среды.

Кроме того, выделяются специальные виды токсикологии, которые изучают отравление людей в любых условиях или обстоятельствах при воздействии определенного типа токсических веществ. Это военная, авиационная, космическая, судебная и прочие виды токсикологии, которые обычно включают в себя элементы всех основных направлений – теоретического, гигиенического и клинического.

Наибольший интерес представляет промышленная токсикология, задачами которой являются:

- гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в объектах производственной среды и биосредах;

- гигиеническая экспертиза токсичных  веществ;

- гигиеническая стандартизация  сырья и продуктов.

Гигиеническое нормирование ограничивает содержание вредных веществ путем установления предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны и на коже.

Гигиеническая экспертиза представляет собой наиболее массовый вид токсикологической оценки вредных веществ, предусматривающий определение смертельных доз и концентраций при различных путях введения, адекватным путям поступления ядов в производственных условиях.

Гигиеническая стандартизация сырья и продуктов предполагает ограниченное содержание токсичных примесей в промышленном сырье и готовых продуктах с учетом их вредности и опасности.

Основные понятия токсикологии

Токсикант – вещество антропогенного происхождения, способное при попадании в организм вызывать заболевание или гибель.

Токсичность – способность вещества вызывать в организме нарушение физиологических функций или его гибель.

Толерантность – способность организма переносить воздействие яда без развития токсического эффекта.

Вредное вещество – вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Опасное вещество – потенциально вредное вещество, т.е. вещество, которое может проявить свои вредные свойства в определенных условиях.

Классификация промышленных ядов

К промышленным ядам относится большая группа химических веществ и соединений, которые в виде сырья, промежуточных или готовых продуктов встречаются на производстве.

Наиболее частое применение находят классификации промышленных ядов по классам химических соединений, по характеру воздействия на организм, по степени воздействия на организм.

По характеру воздействия на организм вещества подразделяются:

- на общетоксические – вызывающие отравления всего организма или поражающие отдельные системы, а также вызывающие патологические изменения печени и почек (угарный газ, свинец, ртуть, бензол);

- раздражающие – вызывающие раздражения слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, легких, кожных покровов (хлор, аммиак, оксиды серы и азота, озон);

- сенсибилизирующие – действующие как аллергены (формальдегид, растворители, нитролаки);

- мутагенные – приводящие к нарушению генетического кода, изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные изотопы);

- канцерогенные – вызывающие злокачественные новообразования (ароматические углеводороды, хром, никель, асбест);

- влияющие на репродуктивную  функцию (ртуть, свинец, стирол);

Параметры и основные закономерности токсикометрии

Экспериментальные параметры токсикометрии

Изучение любых вредных веществ предусматривает установление количественных показателей токсичности и опасности его, т.е. параметров токсикометрии.

Токсикометрия – совокупность методов и приемов исследований для количественной оценки токсичности и опасности ядов.

Опасность вещества – это вероятность возникновения неприятных для здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических соединений.

Первичные (экспериментальные) и вторичные (производные) параметры токсикометрии.

Параметры токсикометрии, которые определяются непосредственно в эксперименте, называются экспериментальными.

В качестве экспериментальных параметров используются следующие:

СL50 – концентрация средняя смертельная – вызывает гибель 50 % подопытных животных (мыши, крысы) при ингаляционном воздействии в течение двух и четырех часов и последующем 14-дневном сроке наблюдения (мг/кг).

DL50 – доза средняя  смертельная – вызывает гибель 50% подопытных животных при однократном введении в желудок, брюшную полость с последующим 14-дневным сроком наблюдения (мг/кг).

DL0 (CL0) – доза максимально  переносимая – наибольшее количество вредного вещества, введение которого в организм не вызывает гибели животных.

DL100 (CL100) – доза абсолютно смертельная – наименьшее количество вредного вещества, вызывающее гибель 100 % подопытных животных.

Наиболее статически значимыми в характеристике токсичности ядов по смертельному эффекту являются параметры CL50 и DL50.

Пороговая концентрация яда в крови – это параметр, который можно оценить при первых симптомах отравления.

Критическая концентрация – это параметр клинической токсикометрии, соответствующий развернутой клинической картине отравления.

Методы определения параметров токсикометрии

Исследование токсичности веществ начинается с изучения смертельных эффектов в острых опытах. Проникновение веществ в организм осуществляется при вдыхании, введении в желудок, нанесении на кожные покровы и слизистые оболочки.

Каждый путь поступления соединений в организм требует определенных условий.

При оценке степени токсичности при энтеральном пути поступления наиболее часто вещество вводится непосредственно в желудок с помощью металлических или пластмассовых зондов.

Поступление вредных химических веществ через дыхательные пути в производственных условиях играет ведущую роль в возникновении профессиональных заболеваний (отравлений). В лабораторных условиях используются два способа ингаляционного воздействия на лабораторных животных химическими веществами:

1. Статистический способ используется для ориентированных оценок степени токсичности летучих веществ при создании постоянной концентрации в замкнутом пространстве (специальных камерах и эксикаторах).

2. Динамический способ позволяет  обеспечивать непрерывную подачу вещества в камеру, что создает условия для поддержания концентрации соединения в относительно постоянном уровне и обеспечивает необходимый воздухообмен.

Оценка функционального состояния экспериментальных животных проводится через 4 часа после затравки, а затем на 2-й, 4-й и 8-й дни опыта. При этом учитываются максимальные отклонения величины исследуемого показателя.

Исследование местного раздражающего действия при аппликации на кожу проводится на двух видах экспериментальных животных.

Исследование местного действия вещества на слизистую оболочку глаза проводится при закапывании в конъюнктивный мешок одной капли соединения.

Для переноса результатов экспериментальных токсических опытов с животных на человека существуют правило экстраполяции: если смертельная доза для четырех типов животных (мыши, крысы, морские свинки, кролики) различаются незначительно (менее чем в три раза), то существует высокая вероятность (свыше 70 %), что для человека они будут такими же.

Санитарно-гигиеническое нормирование вредных веществ

Санитарно-гигиеническое нормирование – это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с экономическими, культурными и другими интересами человека и вносящая изменения в природную среду.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) – это уровень физического воздействия (шум, тепловое, световое, радиоактивное и т.д. излучение), которое при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм не вызывает патологических изменений или заболеваний, а также не нарушает нормальной деятельности человека.

Предельная допустимая концентрация (ПДК) – это максимальная концентрация вещества, которая, воздействуя на человека, не вызывает у него и его потомства биологических изменений, даже скрытых и временно компенсированных, в т.ч. изменений реактивности, адаптационно-компенсаторных возможностей, иммунологических реакций, нарушений физиологических циклов, а также других нарушений.

ПДК и ПДУ устанавливают для производств и окружающей среды. При их принятии руководствуются следующими принципами:

– приоритет медицинских и биологических показаний к установлению санитарных регламентов перед прочими подходами;

– пороговость действия неблагоприятных факторов (в том числе химических соединений с мутагенным или канцерогенным эффектом действия ионизирующего излучения);

– опережение разработки и внедрение профилактических мероприятий по сравнению с появлением опасного и вредного фактора.

В связи с тем, что требование полного отсутствия промышленных ядов в зоне дыхания работающих часто невыполнимо, особую значимость приобретает гигиеническая регламентация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Такая регламентация осуществляется в три этапа:

1. обоснование ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ);

2. обоснование ПДК;

3. корректировка ПДК с учетом  условий труда работающих и  состояния их здоровья.

ОБУВ устанавливается временно – на период, предшествующий проектированию производства. Значение ОБУВ определяется путем расчета по физическим или химическим свойствам или путем гентерполяций и экстраполяции в гомологических рядах соединений, либо по показателям острой токсичности. ОБУВ должны пересматриваться через два года после их утверждения. ОБУВ не устанавливаются:

- для веществ, опасных в плане  развития отдаленных и необратимых  эффектов;

- для веществ, подлежащих широкому  внедрению в практику.

Для санитарной оценки воздушной среды используются следующие показатели:

ПДКр.з. – ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

До недавнего времени ПДК химических веществ оценивали как максимально разовые. Превышение их даже в течение короткого времени запрещалось. В последнее время для веществ, обладающих кумулятивными свойствами, введена вторая величина – среднесменная концентрация. Это средняя концентрация, полученная путем непрерывного или прерывного отбора проб воздуха при суммарном времени не менее 75 % продолжительности рабочей смены.

Содержание вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов также регламентируется ПДК, при этом нормируется среднесуточная и максимально разовая величина.

ПДК вредных веществ в воздухе населенных мест – это максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду осреднения (30 мин, 24 часа, 1 месяц, 1 год) и не оказывающие ни регламентированной вероятности их проявления, ни прямого, ни косвенно вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для настоящего и последующего поколений, не снижающие работоспособность человека и не ухудшающие его самочувствия.