Оценка кумулятивных свойств химических веществ - токсикология полимерных материалов
Количественная оценка кумулятивных свойств вещества заключается в определении коэффициента кумуляции (показатель функциональной кумуляции).
Кумулятивные свойства веществ при нанесении на кожу определяют при ежедневной аппликации их в дозе, равной 1/10 от ЛД50 в течение 10 и 20 дней соответственно. За это время животные получают в сумме одну ЛД50. В случае гибели животных можно рассчитать Ккум. Критерием кожнорезорбтивного действия может служить любой токсический эффект, вызываемый изучаемым веществом или материалом. Если при однократном воздействии эффект не зарегистрирован, повторные аппликации проводят в течение 7—10 дней. Если признаки интоксикации не обнаруживаются, делают вывод о том, что вещество не проникает через кожу и не оказывает кожнорезорбтивное действие. В ином случае исследование продолжают, нанося вещество на участок кожи определенной площади (2X2 см у крыс, 4X6 см у кроликов).
Существует несколько способов оценки кумулятивных свойств химических веществ. Мы рассмотрим основные приемы установления коэффициента функциональной кумуляции (Ккум), принятые в СССР.
Метод Ю. С. Кагана и В. В. Станкевича (1964) предусматривает ежедневное введение вещества в организм лабораторных животных (двух видов) в количестве, равном 1/10, 1/20 и 1/50 от ЛД50 в течение 2—4 мес. Коэффициент кумуляции представляет собой отношение
или в более общем виде:
где ЕД50 — доза, вызывающая какой-нибудь эффект у 50% животных или изменение выбранного показателя на 50 % (при градированной оценке эффекта). Вычисление коэффициента кумуляции по приведенной формуле позволяет установить его доверительные границы и придает ему вероятностный смысл (Ю. С. Каган, 1964). Данный метод предполагает возможность расчета коэффициента кумуляции на пороговом уровне, но их оценка не может даваться на основе тех же критериев, что и при смертельных исходах.
Согласно классификации Л. И. Медведя и соавторов (1968), Ккум меньше 1 свидетельствует о сверхкумуляции, Ккум = 3—5 — умеренная кумуляция. При Ккум более 5 кумулятивные свойства вещества слабо выражены. Тест субхронической токсичности (Lim и соавт., 1961) чаше используется в промышленной токсикологии. Он позволяет выявить кумуляцию и привыкание. Режим затравки способствует обнаружению адаптивных свойств организма.
Метод С. Н. Черкинского и соавторов (1964) применяют в исследованиях по нормированию содержания вредных веществ в воде водных объектов.
Метод характеризуется малой трудоемкостью, количественное выражение Ккум можно получить при гибели хотя бы одного животного. Но коэффициент не имеет вероятностного значения. Ккум определяют на 10 животных, которым ежедневно в течение 20 дней вводят Vs от ЛД50:
где Дк — суммарная доза для павших и выживших животных- п — число животных- а — процент животных, погибших в течение 20-дневного опыта. Если Ккум меньше 5, наблюдается выраженная кумуляция, если более 20 — отсутствие кумулятивных свойств.
Каждый из трех методов имеет свои преимущества и недостатки. Сравнение Ккум возможно только в пределах одного метода. Общим недостатком их является то обстоятельство, что более выраженной кумуляции соответствует меньший в числовом выражении коэффициент.
Хроническая токсичность определяется токсическим эффектом, полученным в результате непрерывного длительного воздействия сравнительно (с острым или подострым отравлением) небольших доз или концентраций химических веществ.
Хронический опыт позволяет установить пороговую дозу, ниже которой на определенном уровне устанавливают гигиенический норматив. Комитет экспертов ВОЗ (1978 г.) в задачу хронического эксперимента включает также установление зависимости доза- эффект и изучение механизма действия вещества.
В практике гигиенического нормирования содержания вредных веществ в объектах окружающей среды хронический эксперимент долгое время был единственным способом обоснования норматива (до появления и признания расчетных методов). За рубежом к изучению токсичности в хронических опытах (long-term toxicity) прибегают в тех случаях, когда предварительные данные по химической структуре вызывают подозрения, что вещество может оказаться канцерогенным или вызывать другие эффекты, связанные с поступлением его в организм в течение большей части жизни. Цель хронических опытов — выявление природы патогенного эффекта и установление подпороговой дозы.
Хронические опыты занимают также ведущее место в токсикологии полимерных материалов, где часто именно они, а не острые или подострые являются адекватной моделью интоксикации.
Хронические опыты почти никогда не повторяются и не проверяются. Поэтому неизвестно, с какой точностью устанавливают пороговые дозы, насколько они воспроизводимы. Н. В. Лазарев (1938) писал: «дозы или концентрации яда, которые могут вызвать тот или иной эффект, разумеется, не являются строго постоянными величинами. Поэтому всякие цифровые данные об этих дозах или концентрациях практически не могут претендовать на что-либо большее, чем указание на порядок величин».
Для хронического эксперимента могут использоваться водные и масляные (растительное масло) вытяжки. Вытяжки готовят с учетом экспозиции, температуры, удельной поверхности, адекватных условиям реальной эксплуатации изделий из полимерных материалов. Водные вытяжки животные получают в режиме свободного спаивания вместо воды ежедневно. Причем следует фиксировать количество выпитой жидкости в контроле и опыте. Для этой цели в поилках применяют градуированные бутылки. Масляные вытяжки вводят в рацион питания животных вместо растительного масла, исходя из существующих норм.
Хронические опыты проводят на 2 видах лабораторных животных. Испытывают, как правило, от 2 (в опытах с ингаляционной затравкой) до 4 и более доз или концентраций, отличающихся друг от друга в 5—10 раз. Оптимальные сроки обследования животных в хроническом эксперименте следующие: тщательное наблюдение до начала затравки со снятием фоновых показателей- обследование через 1 и 2 нед после начала затравки с целью уловить изменения, характеризующие стадию первичной декомпенсации- исследование 1 раз в месяц в течение всего хронического эксперимента- срок наблюдения после окончания затравки — 1 мес (при наличии специальных задач и дольше, вплоть до естественной гибели животного).
В течение эксперимента тщательно фиксируют изменения в организме подопытных животных, наступающие в результате воздействия химического агента. Показатели предполагаемого токсического действия химических веществ на функциональное состояние организма, а также на морфологические показатели выбирают с учетом химической структуры, данных о токсичности аналогов, предполагаемого механизма действия и клинической картины интоксикации. «Хвостовую» затравку животных (белых мышей или крыс) производят при помощи специальных «домиков». Длительность затравки — 1,5—3 мес по 2 ч ежедневно. После окончания эксперимента остатки изучаемого вещества удаляют с тела с помощью фильтровальной бумаги.
При исследовании необходимо обращать внимание на реакцию кожи подопытных животных, фиксируя начало ее появления, и продолжительность, наличие раздражения в виде гиперемии, сухость кожи, шелушение, образование сухих корочек, папулезных элементов, пятнистых высыпаний, появление трофических язв, либо некротических явлений. Если в ходе эксперимента на хвосте подопытного животного появляется язва или явление некроза, затравку прекращают, не дожидаясь намеченного срока окончания опыта. С целью сокращения срока эксперимента и для выявления скрытой (компенсированной) патологии используют различные функциональные нагрузки.
Полученная в результате эксперимента токсикологическая характеристика ПМ и их компонентов позволяет исключить наиболее вредные из них из полимерной композиции, состава пропиток, аппретов, используемых для синтеза материалов и отделки одежды и обуви. При исследовании изучаются различные показатели состояния организма в соответствии с общими принципами постановки и проведения санитарно-токсикологического эксперимента.
В основе методологии гигиенической регламентации выделения вредных веществ из полимерных материалов лежит выбор и научное обоснование показателей вредного действия на организм, обладающих высокой чувствительностью, универсальностью, и позволяющих интерпретировать отмеченные изменения с позиций критерия вредности.
