Общая классификация факторов, определяющих развитие отравлений

МЕХАНИЗМЫ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ И ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ТОКСИЧЕСКИХ И ЯДОВИТЫХ ВЕЩЕСТВ

Токсикометрия

Количественная характеристика токсичности веществ достаточно сложна и требует многостороннего подхода. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная реакция, индивидуальная вариабельность, поскольку в группе испытуемых животных всегда присутствуют более или менее восприимчивые к действию изучаемого токсина индивидуумы.

Токсикометрия – раздел токсикологии, изучающий зону и количество токсического действия ядовитых веществ. Поэтому дозы и концентрации ядовитых веществ принято подразделять в зависимости от степени выраженности вызываемого ими биологического эффекта.

Основные параметры и критерии токсичности веществ в токсикометрии:

1.Минимально действующая, или пороговая, доза (концентрация) ядовитого вещества – это такое его наименьшее количество, которое при однократном (остром) или многократном (хроническом) воздействии вызывает явные, но обратимые изменения жизнедеятельности. Их обозначают соответственно Lim_ac, Lim_ch.

2.Минимальная токсическая доза (концентрация) (LD₀, Cl₀) – максимально переносимая доза ядовитого вещества в мг/кг при однократном введении внутрь или подкожно, вызывающая токсический эффект без летального исхода, при этом отмечается выраженное отравление с комплексом характерных патологических сдвигов в организме.

3.Среднесмертельная (LD₅₀, Cl₅₀) или абсолютносмертельная доза (LD₁₀₀, Cl₁₀₀) (концентрация) –количества вещества, вызывающие гибель 50% или 100% особей при однократном введении токсического вещества внутрь или подкожно. Эти показатели используются в экспериментальных исследованиях. Принята следующая классификация веществ по признаку острой токсичности (LD₅₀ для крысы при пероральном введении, мг/кг):

• чрезвычайно токсичные <5;

• высокотоксичные 5–50;

• умеренно токсичные 50–500;

•малотоксичные 500–5000;

• практически нетоксичные 5000–15000;

• практически безвредные >15000.

4. Величина токсичности (Т) – рассчитывается применительно к сильным ядам, действующим ингаляционно, и определяется по модифицированной формуле Габера (1)

T = (1)

где C – концентрация, мг/л; t – экспозиция, время воздействия, мин; V – объем легочной вентиляции, л; g – масса тела, кг.

5.Токсичность (Т) вещества определяется величиной, обратной среднесмертельной дозе (концентрации): Т = 1 / LD₅₀ (Cl₅₀).

Показатель токсичности применяют в качестве меры несовместимости вещества с жизнью. Недостатком этой формулы является то, что она не учитывает возможность биотрансформации и детоксикации яда, а также возможности кумулятивного эффекта.

6.Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО) (2)

КВИО = С^{20град. по Цельсию} / Cl , (2)

гдеС^{20град по Цельсию}–максимально достижимая концентрация вещества при 20⁰С; Cl (мин) – половинная смертельная концентрация при экспозиции 120 минут (распространенные в России условия опыта).

7.Зона острого токсического действия (Z_ас) (зона акута)также определяет опасность химического вещества. Является отношением величины концентрации, вызывающей гибель 50% животных, к минимальной пороговой дозе при однократном воздействии. Чем меньше этот показатель, тем более высокий класс опасности вещества, и чем более высокий показатель, тем меньше класс его опасности.

8.Зона хронического действия (Z_ch) –отношение величины пороговой дозы при однократном введении к многократной. Чем выше этот показатель, тем более опасно вещество при хроническом воздействии.

9.ПДК – предельно допустимая концентрация вещества в воздухе (мг/м³), которая при ежедневном воздействии в течение сколь угодно длительного времени не вызывает токсических явлений у человека и животных в жизни настоящего и последующего поколений.

10. ОБУВ – ориентировочный безопасный уровень вещества в воздухе, мг/м³.

11.МДУ –максимально допустимые уровни содержания пестицидов в пищевых продуктах (мг/кг).

12. ДСД – допустимая суточная доза – ежедневное поступление вещества, не оказывающее негативного влияния на здоровье человека в течение всей жизни.

13.ДСП– допустимое суточное потребление – величина, рассчитываемая как произведение ДСД на среднюю величину массы тела (60 кг).

На жизнедеятельность человека оказывают влияние все виды загрязнений окружающей его среды и продуктов питания. Поэтому уровни загрязнений обязательно контролируются по предельно допустимым концентрациям (ПДК) предельно допустимых выбросов (ПДВ) и другим нормативам с целью предотвращения вредных воздействий на человека.

Воздействие вредных химических, физических, биологических факторов на биоценоз, т. е. качество окружающей среды, нормируется на государственном уровне. Предусмотрены предельно до­пустимые нормы антропогенного воздействия на окружающую среду, гарантирующие экологическую безопасность населения и сохра­нение генетического фонда. В основу нормативов качества окружаю­щей среды положены три показателя, учитывающие:

ü медицинский уровень – угрозу здоровью человека;

ü технологический – способность к техническому и экономическому обеспечению выполнения установленных нормативов;

ü научно-технический – наличие и возможность средств контроля установленных норм.

К нормативам качества окружающей среды относятся:

ü предельно допустимые или временно согласованные нормы выбросов в атмосферу вредных веществ (ПДВ, ВСВ);

ü предельно допустимые или временно согласованные нормы сбросов в водоемы (ПДС, ВСС);

ü предельно допустимые нагрузки отходов производства на земли и почвы (ПДН) и др.;

ü предельно допустимые нормы и лимиты по изъятию и воспро­изводству природных ресурсов исходя из необходимости поддержа­ния равновесия в природной среде;

ü предельно допустимые концентрации вредных веществ в возду­хе, воде, почвах (ПДК), ориентировочно безопасные уровни воздейст­вия их на людей (ОБУВ) или предельно допустимые дозы воздействия вредных веществ на людей (ПДД);

ü нормы предельно допустимого количества микроорганизмов и других биологических факторов в атмосфере, воде, почвах;

ü нормы предельно допустимых или ориентировочно допустимых уровней (ПДУ, ОДУ), предельно допустимых доз (ПДД) для шума, вибрации, электрических и электромагнитных полей и иных физических факторов, которые могут оказывать влияние на здоровье людей и их работоспособность;

ü нормы предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, устанавливающие минимально допустимые дозы (МДД), которые безвредны для человека по каждо­му используемому химическому веществу и при их суммарном воз­действии;

ü нормы предельно допустимого уровня или предельно допустимой дозы безопасного содержания радиоактивных веществ в окружающей среде и продуктах питания, а также ПДУ и ПДД радиационного облучения людей;

ü нормативы на санитарно-защитные зоны и полосы.

Лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) включает три характеристики загрязняющего вещества: относительная токсичность вещества, способность к аккумуляции, устойчивость.

Таблица 1 – Классификация веществ по показателю относительной токсичности

Таблица 2 – Классификация веществ по способности к аккумуляции

3. Устойчивость к распаду – характеризуется временем снижения концентрации вещества в 20 раз – τ₉₅, сутки (табл. 3).

4. На основании степени токсичности загрязнителя, его аккумулятивности и стабильности выделяются четыре класса опасности (табл. 4).

Таблица 3 – Классификация веществ по устойчивости к распаду

Таблица 4 – Классы опасности загрязняющих веществ

Токсикодинамика

Токсикодинамика – это раздел токсикологии, рассматривающий вопросы механизма токсического действия ядовитых веществ на организм, составляющего молекулярную основу токсического эффекта с учетом первичной реакции яда и ферментов. Распределение токсичных веществ в организме зависит от трех основных факторов: пространственного, временного, концентрационного.

Пространственный фактор определяет пути наружного поступления и распространения яда. Это распространение во многом связано с кровоснабжением органов и тканей, поскольку количество яда, поступающего к определенному органу, зависит от его объемного кровотока, отнесенного к единице массы тканей.

Под временным фактором подразумеваются скорость поступления яда в организм и скорость его выведения из организма, отражая связь между временем действия яда и его токсическим эффектом.Период полураспада(τ_0,5) характеризует время полувыведения токсина и продуктов его превращения из организма. Для разных токсинов оно может составлять от нескольких часов до нескольких десятков лет.

Концентрационный фактор (концентрация яда в биологических средах, в частности в крови) считается основным в клинической токсикологии. Определение этого фактора позволяет различать токсикогенную и соматогенную фазы отравления и оценить эффективность дезинтоксикационной терапии. Исследование динамики концентрационного фактора помогает обнаружить в токсикогенной фазе отравлений два основных периода: период резорбции (продолжающийся до момента достижения максимальной концентрации токсичного вещества в крови) и период элиминации (от этого момента до полного очищения крови от яда).

Большое значение имеет определение «избирательной токсичности» яда – способности повреждать определенные клетки и ткани, не затрагивая при этом другие, с которыми он находится в непосредственном контакте.

При определении мер токсичности необходимо учитывать:

• индивидуальные различия экспериментальных животных;

• различное распределение токсинов в органах и тканях;

• биотрансформацию токсинов, затрудняющую их определение в организме;

•спобность к биокумуляции в организме и пищевых цепях в целом;

• комбинированное действие нескольких чужеродных веществ при одновременном и последовательном поступлении в организм и их взаимодействие с нутриентами пищевых продуктов.

В целом показатели токсичности зависят не только от свойств ядов, но и от видовой, половой, возрастной и индивидуальной чувствительности к нему организма. Поэтому также одной из задач токсикологии является экстраполяция (перенос) на человека полученных в эксперименте данных.

Комбинированный эффект является результатом физических или химических взаимодействий, индукции или ингибирования ферментных систем, других биологических процессов. Действие одного вещества может быть усилено или ослаблено под влиянием других веществ.

Соответственно степени тяжести определяют легкие, средней тяжести, тяжелые, крайне тяжелые и смертельные отравления, прямо зависящие от выраженности клинической симптоматики и в меньшей степени – от величины принятой дозы.

Острые отравления развиваются при одномоментном поступлении в организм токсической дозы вещества и характеризуются острым началом и выраженными специфическими симптомами.

Хронические отравления обусловлены длительным, часто прерывистым, поступлением ядов в малых (субтоксических) дозах. Заболевания при этом начинаются с появления малоспецифических симптомов, отражающих первичное нарушение функций преимущественно нервной и эндокринной систем. Выделяют более редкие по своей распространенности подострые отравления, когда при однократном введении яда в организм клиническое развитие отравления очень замедлено и вызывает продолжительное расстройство здоровья.

В связи с хроническим воздействием посторонних веществ на организм человека и возникающей опасностью отдаленных последствий важнейшее значение приобретают канцерогенное действие ксенобиотиков – возникновение злокачественных опухолей, мутагенное действие – качественные и количественные изменения в генетическом аппарате клетки, тератогенное действие – аномалии в развитии плода, вызванные структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме матери и плода.

Острые отравления целесообразно рассматривать как «химическую травму», развивающуюся вследствие попаданий в организм токсической дозы чужеродного химического вещества. Токсикогенный эффект при этом носит характер патогенной реакции и наиболее ярко проявляется в первой клинической стадии острых отравлений – токсикогенной, когда токсический агент находится в организме в дозе, способной вызвать специфическое действие.

Вторая клиническая стадия острых отравлений – соматогенная, которая наступает после удаления или разрушения токсического агента в виде «следового» поражения структуры и функций различных органов и систем организма.

Таким образом, общий токсический эффект является результа­том специфического токсического действия и неспецифических реак­ций организма – соматогенного действия.

Характер взаимодействия токсичного вещества с организмом зависит от многих факторов, относящихся как к самому токсическому агенту в конкретно сложившейся токсической ситуации, так и пострадавшему организму. Последние можно разделить на две группы: внутренние, присущие пострадавшему, и внешние, влияющие на формирование ответной реакции на химическую травму.

В зависимости от конкретных условий можно выделить основные типы воздействия факторов различной природы на организм:

- изолированное действие на организм проявляется при действии одного фактора любого происхождения при любом пути попадания в организм;

- под комбинированным действием понимают одновременное или последовательное действие на организм факторов одной природы, например несколько химических веществ при одном и том же пути поступления (с воздухом, водой, пищей и др.);

- сочетательное действие проявляется при одновременном или последовательном действии на организм факторов различной природы (физических, биологических, химических);

- комплексное действие проявляется при одновременном поступлении в организм одного и того же химического вещества, но различными путями (из воды, воздуха, пищевых продуктов).

Общая классификация факторов, определяющих развитие отравлений

1. Основные факторы, относящиеся к ядам

Физико-химические свойства; токсическая доза и концентрация в биосредах; характер связи с рецепторами токсичности; особенности распределения в биосредах; степень химической чистоты и наличие примесей; устойчивость и характер изменений при хранении.

2. Дополнительные факторы, относящиеся к «конкретной» токсической ситуации

Способ, вид и скорость поступления в организм; способность к накоплению (кумуляции) и привыкание к ядам; совместное действие с токсичными и лекарственными веществами.

3. Основные факторы, характеризующие пострадавшего

Видовая чувствительность; масса тела, питание и характер физической нагрузки; пол; возрастные особенности; индивидуальная вариабельность и наследственность; влияние биоритмов и т.д.; возможность развития аллергии и токсикомании.

4. Дополнительные факторы, влияющие на пострадавшего

Температура и влажность окружающего воздуха; барометрическое давление; шум и вибрация; лучистая энергия и т.д.

Основными факторами принято считать определенные качества ядов, а дополнительными – прочие факторы окружающей среды в конкретно сложившейся токсической ситуации.

В ответ на действие токсикантов возникают защитные реакции, ограничивающие токсическое действие яда. К таким реакциям отно­сят:

- выведение чужеродного вещества из организма в неизменном виде;

- отложение (депонирование) в тканях;

- разрушение яда до более простых веществ с последующим выведением их или включением в общие процессы метаболизма.

При изучении токсических эффектов на популяционном уровне возрастает значение окружающей среды как активного фактора, влияющего на поведение токсикантов в отдельных компонентах биоты, их фиксацию и деструкцию в природных системах и, как следствие этого, определяющего уровни поступления в живые организмы. Несомненно, неблагоприятно влияние на человека ряда физических факторов окружающей среды в совокупности с химическими воздействиями, которые они часто усиливают и пролонгируют. Кроме того, схожие по тяжести состояния организма могут быть вызваны действием разных токсинов, т.е. замаскированы. Организм может одинаково реагировать на самые разные раздражения и воздействия. Схожие по тяжести изменения могут быть вызваны в одном случае действием токсических веществ, в другом – чрезмерной физической и умственной нагрузкой.

Токсикокинетика

Данный раздел экотоксикологии рассматривает закономерности всасывания, распределения, накопления, метаболизма (биотрансформации) и выведения ядовитых веществ при остром и хроническом отравлениях.