Токсикологические основы нормирования


Количественные исследования токсичности новых химических веществ проводят токсикологические лаборатории гигиенических НИИ, медицинских вузов и санитарно-эпидемиологических стан­ций. Методическими центрами по гигиенической регламентации в СНГ являются Московский, Санкт-Петербургский и Киевский институты гигиены труда и профессиональных заболеваний, где разработаны единые методы токсикометрии для всех химических веществ.

Основой нормирования содержания химичес­ких веществ в окружающей среде является изучение их биологи­ческого действия на организм в эксперименте. Главная цель эксперимента — выявление порога вредного дей­ствия химического вещества на организм путем изучения длитель­ного воздействия малых доз или концентраций химического со­единения на организм лабораторных животных. Длительность опыта зависит от объекта внешней среды, в кото­ром регламентируется изучаемое вещество. В промышленной ток­сикологии минимальная продолжительность эксперимента со­ставляет 4—4,5 мес.; при обосновании среднесуточных ПДК ат­мосферных загрязнений лабораторные животные подвергаются круглосуточному воздействию вещества в течение 3—4 мес.; при нормировании содержания вредных веществ в воде водоемов срок исследований составляет 6—8 мес. Изучение действия пищевых добавок и пестицидов требует проведения эксперимента в течение 1 года и более.

На протяжении всего периода эксперимента проводят динами­ческое изучение состояния организма подопытных животных. Вы­бор тестов для оценки вредного действия химических веществ оп­ределяется физиологическими функциями, которые нарушаются под действием данного яда. Используют также различные биохи­мические и физиологические тесты, направленные на выявление изменений в центральной нервной системе, печени, почках, сис­теме крови и др. Часто применяются методы, позволяющие оце­нить специфические эффекты воздействия вещества на организм (гонадотропное, мутагенное, канцерогенное, эмбрионотропное, сенсибилизирующее действие).

Для выявления скрытых, временно компенсированных измене­ний используются разнообразные функциональные и экстремаль­ные нагрузки: механические (плавание, бег на третбане), физичес­кие (изменение атмосферного давления, повышенная или пониженная температура, ионизирующее излучение), биологические (голодание, заражение микроорганизмами), химические, фарма­кологические и др. Полученные экспериментальные данные явля­ются основой для разработки предельно допустимой концентра­ции нового химического вещества.

Методы обоснования ПДК химических веществ зависят от объектов внешней среды, для которых они разрабатываются. Так, при установлении ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны изучают их токсичность при однократном ингаляционном поступ­лении в организм лабораторных животных (мыши, крысы, морские свинки, кролики, кошки), оценивают кожно-резорбтивные и раз­дражающие свойства, проводят опыты для определения характера действия вещества и способности его к кумуляции при повторных воздействиях. Завершают экспериментальные исследования хрони­ческим токсикологическим опытом, в котором определяют порог химического действия вещества. Полученное значение порога хро­нического действия делят на так называемый коэффициент запаса, под которым понимают кратность уменьшения значения порога хронического действия яда, полученного в опытах на животных, до уровня ПДК, рекомендуемой для человека. Значение коэффициен­та запаса зависит от особенностей биологического действия данно­го вещества, его летучести, наличия специфических свойств (мута­генное, гонадотропное, аллергенное действие и др.).

При нормировании вредных веществ в атмосферном воздухе учитывают возможность круглосуточного постоянного воздей­ствия на здоровье населения, в том числе на детей, пожилых и ос­лабленных лиц, влияние атмосферных загрязнений на окружаю­щую среду, условия жизни населения и др. При нормировании учитывают принцип лимитирующего показателя. Согласно этому принципу нормирование проводится по наиболее чувствительно­му показателю. Например, если запах вещества ощущается при концентрациях, которые не оказывают вредного влияния на чело­века и окружающую среду, то нормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения.

Организация токсикологических исследований включает в себя предварительную токсикологическую оценку, полную токсиколо­гическую оценку и клинико-статистические исследования влия­ния нового вещества.

Токсикологическая оценка новых химических веществ включа­ет следующие этапы исследований:

1) получение информации о физико-химических свойствах ве­щества, способах применения, производства и об условиях по­ступления во внешнюю среду;

2) определение токсичности вещества в острых опытах;

3) изучение кожно-резорбтивных и раздражающих свойств;

4) оценку кумулятивных свойств;

5) расчет ориентировочных безопасных уровней воздействия ве­щества;

6) изучение действия вещества на организм в хроническом экс­перименте;

7) изучение состояния здоровья контингента населения, кон­тактирующего с данным веществом в условиях производства или в условиях населенных мест.

При проведении токсикологических исследований необходим анализ данных о структурной формуле вещества, его агрегатном состоянии, физико-химических свойствах, наличии примесей, стабильности соединения во внешней среде и др. Соби­рают сведения об условиях получения изучаемого вещества и спо­собах его применения.

Схема нормирования содержания химических веществ в объектах окружающей среды представлена на рис. 1.

В процессе эмпирических исследований при установлении тех или иных нормативов используют такие показатели, как:

1) зона острого токсичного воздействия — отношение средней смертельной концентрации (дозы) к порогу однократного воз­действия вещества, чем меньше это отношение, тем опаснее вещество, такие вещества даже при незначительном превыше­нии концентрации (дозы) над пороговой вызывают смертель­ный исход;

2) зона хронического действия — отношение порога однократно­го действия к порогу хронического действия, чем больше это отношение, тем опаснее вещество.

3) пороговая доза концентрации вещества, которая при одно­кратном (остром) или многократном (хроническом) воздействии вызывает явные необратимые изменения жизнедеятельности человека;

4) смертельный (летальный) показатель ЛД50 средняя смертельная доза, вызывающая гибель подопытных живот­ных в 50% случаев;

5) абсолютно смертельная доза, ЛД100, вызывающая 100% ги­бель подопытных животных;

6) величина токсичности вещества, которая определяется по формуле:

Т = C x t x V / g (1),

где Т — величина токсичности; C — концентрация [мг/л]; t — время воздействия [мин]; v — объем легочной вентиляции [л]; g — масса тела [кг].

Важнейшей характеристикой химического вещества является степень его токсичности (или ядовитости).

Токсичность — мера несовместимости вещества с жизнью человека; величина, обратная абсолютному значению среднесмертельной дозы или концентрации (LD50).

В реальных производственных условиях вероятность развития интоксикации тем или иным веществом обусловлена не только его токсичностью, но и возможностью поступления в организм в опасных для жизни количествах. Для характеристики указанной особенности промышленного яда используется понятие «опасность» — вероятность возникновения вредных для здоровья эффектов в реальных условиях производства и применения химических веществ.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на 4 класса опасности:

I - вещества чрезвычайно опасные,

II - вещества высокоопасные,

III - вещества умеренно опасные,

IV - вещества малоопасные.

В целях предупреждения неблагоприятных последствий контакта работающих с вредными химическими веществами в разных странах сложились системы предупредительных мероприятий, среди которых одним из главных является токсикологическая оценка новых веществ и композиций, включающая их предварительный отбор для последующего производства и применения, ограничение допустимых уровней воздействия на рабочих местах.

Полная токсикологическая оценка вещества включает в себя ост­рые и подострые опыты на животных, токсикологические испыта­ния технологических образцов, хронические опыты на животных, изучение отдаленных последствий, обследование работающих, изучение механизмов действия, разработку приемов диагностики, методов профилактики и терапии. Эта оценка должна быть завер­шена до приема промышленного объекта в эксплуатацию. Каждое новое вещество должно иметь токсикологический паспорт. Во время детального изучения вещества определяют параметры одно­кратного воздействия, однократные пороговые дозы и концентра­ции.

Наиболее трудоемкими являются хронические эк­сперименты на животных для обоснования ПДК. Порог хроничес­кого воздействия выясняется при испытании не менее двух-трех концентраций, одна из которых окажется ближе к пороговой, чем другие. Порогом вредного действия вещества считается такая ми­нимальная его концентрация (доза), при воздействии которой возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенси­рованная) патология.

Полученный порог хронического действия требует определе­ния коэффициента запаса для перехода к ПДК. На коэффициент запаса делится экспериментально полученная в хроническом опы­те пороговая концентрация. При этом учитываются: 1) степень (коэффициент) кумуляции; 2) абсолютная токсичность вещества; 3) его летучесть; 4) зоны острого и хронического действия; 5) ви­довые различия в токсичности. Коэффициент запаса увеличивает­ся при выраженном кожно-резорбтивном действии. Наименьшие коэффициенты запаса чаще всего применяются для раздражаю­щих веществ (2—4). Наиболее часто используемый коэффициент запаса равняется 10. Для исследований ряда веществ (канцероге­ны, аллергены и т. д.) используют специальные методы.

В результате токсикологической оценки новых химических ве­ществ вначале устанавливают их ориентировочные допустимые концентрации в окружающей среде, получившие названия: ориен­тировочно допустимые концентрации (ОДК) в почве, ориентировоч­но допустимые уровни (ОДУ) в воде, ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) в воздухе, временно допустимая суточ­ная доза в теле человека (ВДСД), временный максимально допусти­мый уровень (ВМДУ) в сельскохозяйственной продукции. ОДК, ОДУ, ОБУВ, ВДСД, ВМДУ — временные показатели допустимых концентраций токсикантов, устанавливающиеся, как правило, на два года. После дополнительных исследований и уточнений в естественных условиях этим показателям придается статус ПДК в почве (мг/кг), воде (мг/л, мг/дм3), воздухе (мг/м3), ДСД в теле человека (мг/кг), МДУ в продукции (мг/кг).

Установление окончательной величины ПДК проводится на основе принципа лимитирующего показателя вредности, в соответствии с которым величина норматива выбирается на уровне меньшей из значений концентрации, установленных по различным критериям вредности или используется принцип учета «слабого звена».

Рис. 1. Схема нормирования содержания химических веществ в объектах окружающей среды

В отличие от нашей страны гигиенические нормативы в США (допустимые уровни воздействия — PEL) устанавлива­ются с учетом не только медико-биологических критериев, но и экономической и технологической достижимости стандартов. В большинстве случаев эти нормативы обоснованы по немного­численным и весьма противоречивым данным о случаях отрав­ления (как правило, острых) на производстве. Только для отно­сительно небольшого числа нормированных в США соедине­ний (несколько десятков) PEL разработаны на основе порогов хронического действия или результатов эпидемиологических исследований. Этим, главным образом, и объясняются сущест­венные расхождения в величинах гигиенических нормативов многих веществ в России и США. Вместе с тем PEL для ряда химических соединений, обладающих канцерогенным или аллергизирующим действием, установлены на более низких уровнях по сравнению с ПДК. Данное обстоятельство подчер­кивает важность взаимоиспользования материалов исследова­ний, полученных в разных странах, и необходимость гармони­зации критериев и принципов гигиенического нормирования.

Нормативы качества окружающей среды выступают как критерии ее состояния и определяются предельно допустимыми нормативами вредных воздействий, превышение которых создает угрозу для здоровья человека и биоты ландшафта.