Возрастная чувствительность - токсикология полимерных материалов
Молодые и старые особи, как правило, менее резистентны к воздействию ядов, что согласуется с общебиологическими воззрениями на развитие и старение регуляторных и защитных механизмов гомеостаза (симпато-адреналовая система, метаболические детоксикационные системы, формирования центральной и периферической нервной системы). В молодом возрасте происходит активация И формирование ферментативных процессов в организме, биохимическое и функциональное созревание мозговых структур. У старых животных процессы клеточной репарации могут протекать менее активно, чем у молодых.
С возрастом повышается чувствительность ко многим химическим веществам. По-видимому, это связано с уменьшением функциональной способности органов и систем, а также со значительным снижением надежности механизмов адаптации. Экспериментально доказано, что у старых животных функциональные сдвиги развиваются под влиянием меньшего количества введенного вещества (В. В. Фролькис, 1965). В глубокой старости повышенная чувствительность к ряду веществ, сменяется пониженной.
Данные о возрастной чувствительности к химическим веществам немногочисленные и получены главным образом при использовании среднесмертельных доз (по срокам гибели животных). В то же время известно, что при массовых свинцовых отравлениях водного происхождения молодые животные страдали в 2—10 раз меньше, чем взрослые. По-видимому, к одним веществам более чувствительны молодые животные, к другим — взрослые, к третьим — старые. Более убедительные материалы по этому вопросу могут быть получены в хронических экспериментах с использованием минимальных Уровней воздействия.
Наблюдаемые возрастные различия в чувствительности к ядам связаны со степенью созревания ЦНС, различиями в величине относительной массы внутренних органов у животных разного возраста. У молодых особей отмечается большая проницаемость клеточных мембран и более низкая активность ферментных систем печени.
Согласно рекомендациям ВОЗ (1972), токсическое пероральное воздействие яда на молодые организмы следует выявлять в период от рождения до окончания питания животного молоком матери. В это время механизмы детоксикации у них отсутствуют или недостаточно сформировались. Этим объясняется возможность накопления в их организме ксенобиотиков до необычайно высоких концентраций. Поэтому контакт их организма с вредными веществами может быть особенно опасен.
Исследованиями И. И. Красниковой (1975) подтверждены различия в возрастной реактивности белых крыс на действие ряда компонентов полимерных материалов. Наибольшая чувствительность отмечается у лабораторных животных в возрасте 9 и 21 день. Установлена повышенная чувствительность белых крыс ранних возрастных групп (до 30-дневного возраста) к мономерам — стиролу и формальдегиду.
Известно, что относительное потребление воды, пищи и воздуха на единицу массы тела у детей в 2—3 раза больше, чем у взрослых. В связи с этим при одинаковом уровне загрязнения окружающей среды детский организм может поглотить в 2—3 раза больше токсических веществ, чем организм взрослых людей. Если добавить сюда и большую чувствительность детей к вредным веществам, то безопасность существующих нормативов для детского населения будет вызывать еще больше сомнения. Некоторые авторы считают целесообразным снижать ПДК для подростков в 3—5 раз.
Л. П. Аксенова (1984) исследовала влияние строительных полимерных материалов па организм животных различных возрастных групп. Установлено, что старые животные наряду с молодыми являются наиболее чувствительными к воздействию токсических веществ, в связи с чем, по мнению автора, они могут использоваться в качестве адекватной экспериментальной модели, имитирующей особо чувствительные группы населения при изучении строительных полимерных материалов.
Вопрос о сроках воздействия при моделировании интоксикаций относится к наименее изученным аспектам токсикологического эксперимента. Несмотря на отсутствие научных обоснований, в исследованиях придерживаются однотипных подходов к выбору сроков воздействия (табл. 2).
Имеются существенные различия в длительности токсикологических экспериментов при обосновании гигиенических нормативов, проводимых в нашей стране и зарубежом. Согласно принципам гигиенической регламентации, принятым за рубежом, объем и сроки экспериментов зависят от условий возможного загрязнения. При установлении допустимых уровней содержания ксенобиотиков в пищевых продуктах придерживаются следующих требований.
- Для оценки примесей достаточно проведения острых опытов, если нет указаний на возможность появления отдаленных эффектов.
Таблица 2. Сроки воздействия веществ при моделировании интоксикаций в токсиколого-гигиенических исследованиях
Этап исследования | Длительность | Определяемые эффекты и параметры токсичности |
Острый опыт | Однократно | Смертельные дозы, среднее время гибели животных |
Подострый опыт | 2—8 нед | Коэффициент кумуляции Видео: Фотохромные линзы HOYA |
Субхронический | 13—16 нед | |
Хронический | 6—12 мес | Пороговая доза по общетоксическому действию при установлении МДУ и ПДК в продуктах питания и воде |
Пожизненный | От 2 лет до | Пороговая доза по общетоксическому действию, |
опыт | конца жизни | канцерогенное действие |
- Для определения «непредусмотренных добавок к пище» (сюда входят и мигрирующие из полимерных материалов вещества) проводят 90-дневное скармливание одного вида животных (в большинстве случаев крыс). В США изучается токсичность еще на одном виде животных (не грызуны).
- Токсикологическая оценка «предусмотренных или прямых добавок к пище» включает хронические или пожизненные опыты, изучение влияния вещества на репродуктивную функцию и возможного его канцерогенного действия.
Субхронический эксперимент проводится не только для установления допустимых уровней воздействия, но и для определения приемлемых суточных доз (ADI), выбора доз в хроническом опыте.
Хотя трудно согласиться с указанным выше подходом к оценке примесей без учета их природы и химического состава, следует отметить, что регламентация содержания химических веществ на основании результатов острого опыта допускается советским санитарным законодательством в отношении веществ IV класса опасности при установлении ПДК в воде водоемов. Что касается пороговых доз в подострых или 90-дневных экспериментах, то, по-видимому, необходимо более широко использовать этот параметр токсикометрии при токсиколого-гигиенической регламентации вредных веществ, поступающих пероральным путем. Речь идет в первую очередь о веществах, которые в силу условий их применения создают эпизодическое кратковременное или убывающее по интенсивности загрязнение окружающей среды (например, использование синтетических материалов в водоснабжении или гербицидов). В этих случаях нужны гигиенические нормативы, учитывающие реальные, т. е. более короткие сроки воздействия, основой для разработки которых может стать установление пороговой дозы в подостром или субхроническом опыте.
Пороговая доза является существенной характеристикой биологической активности вещества, хотя ее величина может зависеть от условий ее определения и чувствительности метода. Это конкретная величина для определенных условий опыта. Установление пороговых доз при различных экспозициях — основной способ обоснования гигиенических нормативов, учитывающих различную длительность воздействия вредных агентов на организм.
Поскольку пороговые дозы в подострых опытах обычно не устанавливаются, целесообразно рассмотреть вопрос о том, можно ли получить необходимую информацию с учетом уже накопленных данных о токсичности вещества, включая и проведение хронического опыта. Кажется очевидным, что различия между ПД3мес (пороговая доза в 3-месячном эксперименте) и ПД6мес должны быть особенно выраженными для веществ, обладающих кумулятивными свойствами. При введении крысам пороговой дозы сульфида дибутилолова В. Т. Мазаев и Т. Г. Шлепнина (1973) наблюдали изменения только во второй половине эксперимента. При изучений других оловоорганических стабилизаторов-диизобутилмалеатдиоктилолова (ДИБМДО) и этиленбистиогликолятдиоктилолова (ЭБТГДО) снижение двигательной активности и мышечного тонуса, а также реакций на болевые и тактильные раздражители при введении «действующих» доз обнаруживались у животных только на 4-й месяц эксперимента. Уменьшение количества гемоглобина отмечалось на 6-й месяц (ДИБМДО). Н. Н. Беляева и соавторы (1976) при введении ЭБТТДО в дозе 0,1 мг/кг наблюдали снижение содержания эритроцитов и гемоглобина только с 5-го месяца затравки, а при введении обоих веществ на 6-й месяц эксперимента фиксировали изменения СПП. В приведенных случаях ПД3мес и ПД 6мес, изученных веществ, должны различаться между собой как минимум на порядок.
На различных этапах токсиколого-гигиенических исследований используют разное по длительности воздействие химического агента на организм — от однократного введения до пожизненной затравки. Вопрос о соотношении токсичности одних и тех же веществ в острых, краткосрочных и длительных экспериментах изучен в настоящее время еще недостаточно полно.
Опубликованы регрессионные и корреляционные математические модели, описывающие связь между величиной смертельных доз в острых опытах и порогом хронического воздействия, однако точность предложенных уравнений по известным причинам весьма мала.
С. М. Новиков (1984) показал, что сила связей между ПД в хронических опытах и ЛД50 в различных группах вредных веществ колеблется в широких пределах. Причем в ряде групп соединений связь между проанализированными параметрами статистически недостоверна (карбаматы, нитриты, спирты, кислоты, фенолы, гетероциклические соединения, сложные эфиры, ароматические углеводороды и их хлорпроизводные).
С. S. Weil, D. D. Me Collicter (1963) исследовали корреляцию между минимально действующими дозами за период 7 дней, 3 мес и 2 года. Корреляции указанных доз с ЛД50 оказались неудовлетворительными. Однако авторы обнаружили тесную связь минимально действующих доз при 2-летней длительности скармливания с такими же дозами при 7 и 90 днях опыта.
Woutersen и соавторы (1984) сравнивали токсичность 82 веществ по результатам подострых (2—4 нед) и субхронических (13—18 нед) опытов. Среди изученных веществ было 23 пестицида, 24 компонента пластмасс и другие загрязнители окружающей среды. Сравнение проводили по сопоставимым критериям, включающим прирост массы тела, поглощение пищи, биохимический и клинический анализ крови и мочи, массу органов, детальное патогистологическое исследование. Кумулятивные свойства веществ авторы не учитывали, а наименования веществ в статье не приведены. Полученные данные не подтвердили высказанную ранее -точку зрения о том, что большинство неблагоприятных эффектов, наблюдаемых через 13 нед, проявляются уже через 4 нед, хотя для 56 % изученных соединений максимально неэффективная доза в подостром опыте равнялась таковой в субхроническом эксперименте. Деление МНДПОДостр. на 10 позволило авторам предложить «вычисленную» МНДсубхР., которая равна или ниже экспериментально установленной МНДсубхр для 96 % тестированных соединений. Авторы считают, что такой подход базируется на «факторе экстрабезопасности», так как для половины веществ вычисленная МНДсубхр. будет заведомо слишком низкой.
Продление срока воздействия на организм химических веществ на пороговом уровне может сопровождаться усилением токсического эффекта, либо ослаблением его, либо не оказывать существенного влияния. Усиление эффекта наступает в том случае, когда происходит срыв адаптации или если количество введенного вещества превышает содержание выведенного и обезвреженного. В остальных случаях усиление эффекта может отсутствовать. Именно эту ситуацию наблюдали Woutersen и соавторы более чем в половине экспериментов. Если бы авторы не ограничились абстрактно-статистическим подходом, то, очевидно, им удалось бы показать, что характер зависимости пороговых доз для одного и того же вещества, установленных при различных сроках воздействия, во многом определяется структурой и механизмом влияния химических веществ, особенностями их хемобиокинетики.
Теория и практика расчетного нормирования свидетельствует о том, что поиск количественных зависимостей между различными параметрами токсикометрии необходимо проводить не для случайных выборок химических соединений, а только для веществ, близких по строению и свойствам.
Использование принятых в токсикологии критериев вредности только облегчает, но не решает задачу оценки значимости сдвигов, наблюдаемых в организме подопытных животных под воздействием вредных веществ, выделяющихся из полимерных материалов, как, впрочем, и других вредных факторов среды. В связи с этим остановимся на некоторых важных моментах, которые необходимо учитывать при оценке значимости наблюдаемых сдвигов.
- Наличие количественной зависимости доза — эффект и время — эффект.
- Статистическая достоверность изменения показателя по сравнению с контролем и фоном.
- Выход за границы физиологической нормы и пределы колебаний в контроле и фоне.
- Направленность и стойкость изменений.
- Параллелизм в изменении сопряженных показателей в зависимости от дозы и времени воздействия.
- Реакция на функциональные нагрузки. Это позволит выявить ситуации, когда статистически достоверные изменения не имеют биологического значения или являются следствием случайной или систематической ошибки- выделить важные в биологическом отношении тенденции, даже при отсутствии статистически значимых различий с контролем. Определенную помощь в этом вопросе окажет некоторая формализация процедуры, принятия решений с помощью статистических выкладок.
В настоящее время установлено, что существует своеобразный фон спонтанных изменений в состоянии лабораторных животных, который может существенно исказить результаты эксперимента. Это еще раз подчеркивает необходимость системного подхода к оценке состояния подопытных и контрольных животных, а также важность учета стойких (жестких) интегральных показателей, характеризующих состояние организма в целом или отдельных его систем. Основатель современной теории эксперимента Р. Фишер считает, что экспериментатор может проявить большую или меньшую требовательность, решая для себя, при сколь малой вероятности случайной реализации явления он готов признать, что его наблюдения подтверждают определенный результат.
Основываясь на этой концепции, В. О. Шефтель и Р. Е. Сова (1976) предложили отказаться от общепринятого в биологии для всех случаев уровня вероятности, равного 0,05. Для жестких констант (коэффициент вариации Cv не превышает 10 %) рекомендован уровень значимости сдвига 0,1, для пластичных показателей (Cv=10— 40 %) —0,05 и для высокопластичных (Cv>40 %) —0,01. Авторы предложили широко применять приведенную выше классификацию показателей согласно ряду критериев и экспериментально определяемому коэффициенту вариации.
По предложению И. В. Саноцкого (1978), достоверность наблюдаемых сдвигов может оцениваться с помощью сигмальных отклонений признака от контроля (1,5—2ст). В то же время Е. И. Люблина и соавторы (1981) указали, что для групповой средней величины показателя выход ее за доверительные границы (x±mt) показателя для группы интактных животных (контроль) служит указанием на достоверный сдвиг. Только для оценки отдельного случая одной совокупности достоверным можно считать отклонение от контроля, превышающее 2а.
