Методы оценки эффекта действия - токсикология полимерных материалов
Видео: Газопроницаемость через полимеры и керамику
Методы оценки эффекта комбинированного, комплексного и сочетанного действия. Аналитический обзор подходов к оценке комбинированного действия химических веществ приведен в работах Э. Н. Левиной (1963), А. А. Голубева и соавторов (1973), В. В. Кустова и соавторов (1975), Ю. С. Кагана (1981).
В профилактической токсикологии важна количественная характеристика эффекта (особенно случаев его усиления), что необходимо учитывать при оценке качества окружающей (в широком смысле) среды, а также гигиеническом нормировании. В основе принятой в токсикологии системы оценки лежит понятие аддитивного действия или суммации эффектов отдельных ядов (А) и (В) при их совместном воздействии (А + В):
(А + В) = (А) + (В) (3.)
Эффект может быть меньше суммационного (антагонизм или ингибирование) и больше суммационного (потенцирование или синергизм). При этом графическая или количественная оценка основывается на непосредственном численном сравнении эмпирических эффектов комбинации и изолированного действия ядов. Наряду с указанными тремя вариантами выделяется четвертый — независимое действие, когда вещества вызывают различный эффект или обладают разным механизмом действия.
Введение варианта «независимое действие», характеризующего механизм совместного действия, приводит к сохранению терминологической путаницы, так как остальные три варианты подчинены только количественному принципу оценки. Кроме того, если термин «потенцирование» (лат. potentia — сила, мощь) отражает усиление взаимного эффекта, то термин «синергизм» (греч. syn — вместе, ergo — работа) свидетельствует только об однонаправленности действия веществ и может быть с тем же правом применен в случае эффекта суммации. Сведение всех эффектов (менее, чем суммационных) к антагонизму отражает, на наш взгляд, ранний период развития промышленной токсикологии, когда основной целью изучения комбинированного действия было предупреждение потенцирующего влияния смесей ядов и связанных с ним острых профессиональных отравлений (Н. С. Правдин, 1929).
В настоящее время, когда ежегодно в сферу производства внедряются тысячи ПМ, основную опасность представляет не контакт с токсическими веществами в условиях производства, а хроническое воздействие на здоровье населения сравнительно низких концентраций химических веществ, поступающих различными путями (с продуктами питания, водой и вдыхаемым воздухом). Разрабатываются новые подходы к оценке эффекта комбинированного, комплексного и сочетанного действия (Г. И. Сидоренко и соавт., 1981).
Методы статистического анализа позволяют оценить результаты опытов количественно, как единой совокупности, что существенно повышает объективность оценки, уменьшает ее ошибку и в то же время дают возможность вычленить из общего эффекта его составляющие: силу влияния или вклад отдельных факторов, а также их взаимодействий.
При планировании факторных экспериментов с последующим дисперсионным анализом (Н. А. Плохинский, 1980- Ч. Хикс,
- общее влияние Су на изучаемый признак представляется выражением:
Видео: Как хорошо учиться в ШКОЛЕ? BACK TO SCHOOL
Су = Сх + Cz, (4.)
где Сх — сила влияния организованных в опыте факторов- Cz — то же случайных, не учитываемых факторов. В случае воздействия двух факторов Сх, в свою очередь, подразделяется на следующие компоненты:
Сх = Сд + Св + Сав, (5.)
где СА и Св — сила влияния факторов А и В- Сдв — сила влияния их взаимодействия.
При регрессионном анализе материалов двухфакторного эксперимента получаем уравнение (Ю. П. Адлер и соавт., 1976):
(6.)
где знак и величина коэффициентов регрессии В1 отражают направление в силу влияния соответствующих факторов Xj и их взаимодействия. В случае, когда план эксперимента обладает свойством ортогональности-—факторные эксперименты типа 2П, их дробные реплики, величины коэффициентов регрессии прямо соответствуют вкладу факторов (В. В. Налимов, 1971). Для максимальных значений всех факторов в их кодированном обозначении справедливы выражения:
(7.)
Отсюда вытекает целесообразность сравнительного анализа эффекта факторов на максимальном уровне, заданном экспериментатором и испытанном в данной серии опытов, поскольку знак и величина коэффициентов, стоящих перед соответствующими факторами и их взаимодействиями, непосредственно свидетельствуют о направленности и силе данных эффектов.
Характер и степень выраженности совместного действия факторов интерпретируется по уравнению 7 следующим образом: коэффициент в0 соответствует величине изучаемого показателя при среднем уровне воздействия обоих факторов. Следовательно, по увеличению или уменьшению величины в0, по сравнению с контролем, можно судить об общей направленности совместного действия (повышение или понижение активности фермента и т. д.), а также о степени чувствительности конкретного показателя к данному воздействию.
Линейные коэффициенты b1 (b1 и 2 в случае двух факторов) характеризуют эффект фактора на величину у при изменении фактора на интервал варьирования. Чем больше абсолютная величина коэффициента, тем большее влияние оказывает данный фактор, независимо от уровня другого. Коэффициенты bj характеризуют изменение влияния одного фактора в зависимости от уровня другого, т. е. эффект взаимодействия факторов. Знаки при коэффициентах указывают на направленность сдвига показателя при независимом действии факторов. Знак « + » при линейных коэффициентах обозначает усиление эффекта на верхнем уровне воздействия, по сравнению с таковым на среднем уровне "фактора, и снижение на нижнем уровне, знак «—» характеризует противоположное действие. Более сложна оценка направленности эффекта взаимодействия. В случае двух факторов знак « + » при коэффициенте в12 означает увеличение показателя у при одноименных знаках факторов, знак «—» свидетельствует об уменьшении эффекта при одноименных знаках факторов и об его увеличении при разноименных.
При изучении совместного воздействия трех факторов значения Х1Х2Х3 характеризуют их взаимодействие. Если эффект взаимодействия трех факторов в123 оказался значимым, то его интерпретируют следующим образом. Знак « + » обозначает, что отрицательные знаки имеются у четного числа факторов (ноль или любые два).
Рис. 2. Характеристика механизма, направленности и степени выраженности эффекта совместного действия факторов
Знак «—» свидетельствует о том, что нечетное число факторов имеет знак минус (все три или любой один). Произведение любых двух факторов можно условно принять за фактор, тогда трехфакторное взаимодействие сводится к двухфакторному.
Результаты математического анализа позволяют судить о достоверности организованных в опыте влияний, а также о степени воздействия случайных, не учитываемых факторов. На основе анализа выражений 5 или 6 возможно дифференцированно определить различные стороны эффекта, а также можно высказать определенное суждение о механизме действия факторов — независимое или взаимозависимое действие (рис. 2). Вопрос о возможности независимых реакций при совместном воздействии факторов остается до настоящего времени дискуссионным. Термин «независимое действие» вошел в принятую классификацию видов комбинированного эффекта. В то же время В. В. Кустов и соавторы (1975) подчеркивают, что «независимое действие» — малоудачный термин, характеризующий одну из разновидностей антагонизма или менее чем аддитивное действие, поскольку в целостном организме нельзя представить независимое воздействие нескольких токсических веществ.
Решение вопроса о возможности независимых реакций является, по сути, теоретической задачей, сопряженной с проблемой целостности в биологии. Эта проблема достаточно полно рассмотрена в трудах академика И. И. Шмальгаузена (1938). Автор подчеркивает, что наряду с дифференциацией и автономией различных функций организма имеется ряд морфофизиологических связей, обеспечивающих объединение частей в единое целое — организм.
При этом необходимо учитывать, что автономизация выражается лишь в обособлении специфической функции, в то время как жизнь любой части обеспечивается целым рядом общих функций, в особенности функций обмена. Таким образом, уже с общетеоретических позиций можно предполагать существование независимых и взаимозависимых реакций организма. Более того, независимыми будут в первую очередь нарушения специфичных, автономных функций отдельных органов и систем. Необходимо учитывать также временной характер протекания реакций, т. е. возможность отдаленного проявления зависимостей.
Для решения этого вопроса наряду с теоретическими исследованиями необходимо накопление эмпирического материала о характере реакций на комбинированное и сочетанное воздействие различных химических и физических факторов. При этом должно выполняться условие достоверности и сравнимости полученных данных, что может обеспечиваться единой методической базой исследований. Мы считаем, что такой базой на современном этапе может быть математические планирование эксперимента. В этом случае заключение выносится на основании наличия или отсутствия достоверного влияния взаимодействия факторов САв (дисперсионный анализ) или коэффициента б12 (регрессионный анализ). Под независимым понимается такое действие факторов, когда степень выраженности эффекта одного из них не зависит от уровня влияния другого. При взаимозависимости действия статистический анализ показывает достоверность силы влияния взаимодействия факторов Сав или коэффициента b12. Направленность совместного действия оценивается по результатам отдельных опытов и результатам статистического анализа (знаки при коэффициентах регрессии). Она подразделяется на разнонаправленное действие — антагонизм (греч. anti — против, gon — борьба) или однонаправленное— синергизм. При этом антагонизм регистрируется только в случае разнонаправленного эффекта, т. е. когда эффект одного, ведущего, фактора ослабляется эффектом другого или взаимодействием с ним. Синергизм подразделяется на эффект менее аддитивного, аддитивный и более аддитивного (потенцирование) .
На практике иногда регистрируются случаи, когда изолированное воздействие обоих факторов повышает активность какого-либо фермента, а их совместное действие тормозит активность. Такие явления, с одной стороны, могут рассматриваться как резко выраженный антагонизм, а с другой — быть и результатом потенцирования.
Возможно также появление качественно новых эффектов, т. е. изменение в случае совместного воздействия такого показателя, который не реагирует на изолированное действие каждого из факторов. Такой коалитивный эффект (определение Pozzani) должен присутствовать в любой терминологической системе. Он выявляется путем качественного анализа, затем применяется один из методов количественного анализа.
Оценка эффектов комплексного и сочетанного воздействия имеет свою специфику.
