Лекция 5. Экотоксикометрия

Общая методология

Экотоксикометрия -раздел экотоксикологии, в рамках которого рассмат-риваются методические приемы позволяющие оценить (перспективно или ретро-спективно) экотоксичность ксенобиотиков.

В основе токсикометрии лежит установление предельно-допустимых концен-траций (ПДК) вредных веществ в различных средах. Эти ПДК составляют юриди-ческую основу санитарного контроля.

Предельно-допустимая концентрация химического соединения во внешней среде(ПДК) – такая концентрация, при взаимодействии которой на организм человека периодически или в течение всей жизни - прямо или опосредованно через экологи-0ческие системы, а также через возможный экономический ущерб – не возникает соматических (телесных) или психических заболеваний (в том числе скрытых и временно компенсированных) или изменений состояния здоровья, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций, обнаружи-ваемых современными методами исследования сразу или в отдельные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Основанием для установления ПДК является концепция пороговости вредного действия веществ.

Порог вредного действия (однократного и хронического) – это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии кото-рой в организме (при конкретных условиях поступления вещества и стандартной статистической группе биологических объектов) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) паталогия. Порог однократного действия обозначается символом Limac , порог хронического действия символом Limch .

Под токсичностью, как мерой несовместимости химического вещества с жиз-нью, понимают величину обратную абсолютному значению средней смертельной дозы ( 1/LD₅₀ ) или концентрации ( 1/CL₅₀). При этом под дозой имеется в виду количество вещества, воздействующее на организм. Доза за единицу времени назы-вается уровнем дозы. Величины средних смертельных доз или концентраций выб-раны потому, что эти величины, соответствующие гибели 50% подопытных объек-тов, наиболее статистически достоверны.

Концентрации воздействующего вещества выражаются обычно в следующих единицах: мг/м³, мг/л, мг/кг, %, в частях на миллион (в англоязычной литературе: ppm – parts permillion).

Дозы выражаются в единицах массы или объема вредного вещества на единицу массы животных (мг/кг, м³/кг).

Обмениваясь веществом и энергией с окружающей средой, организм (и любой биологический объект) представляет собой открытую систему, в которую поступают вещества и из которой вещества выводятся. В этом контексте уместно говорить о величине допустимого поступления (скорости поступления) какого-либо вещества, имея в виду, что эта величина не выводит систему за пределы гомеостаза. Величину допустимого поступления определяют за сутки и за неделю.

Допустимое суточное поступление (acceptable daily intake – ΔDI ) – при-емлемая скорость поступления вещества в организм за сутки, часто в условиях про-должающегося воздействия. При введении этого показателя в качестве гигие-нического норматива или осуществлении мониторинга с учетом допустимой скорос-ти поступления в качестве эталонного уровня соответствующий период усреднения данных составляет около суток.

Допустимое поступление за неделю (acceptable weekly intake – ΔWI) – ско-рость поступления вещества в организм, оцененная за период, равный одной неделе, часто в условиях продолжающегося воздействия. При использовании этого показа-теля в качестве гигиенического норматива или осуществлении мониторинга с испо-льзованием его в качестве эталонного уровня, период усреднения данных составляет одну неделю (7 суток).

Допустимые остаточные количества(ДОК) (в англоязычной литературе – maximum permissible levels – MPL, т.е. максимально допустимый уровень – МДУ) – это такие количества веществ в продуктах питания, которые не могут вызвать забо-леваний или отклонений в состоянии здоровья контингентов населения, потре-бляющих эти продукты, или отрицательно влиять на последующие поколения.

Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО) - это от-ношение концентрации насыщенных паров вещества в воздухе при t⁰ = +20° С к средней смертельной концентрации вещества для мышей (при 2-х часовой экспо-зиции и 2-х недельном сроке наблюдения).

Опасные химические вещества (ОХВ) в зависимости от величины КВИО делятся на 4 класса химической опасности:

1-й класс (высокоопасные) при КВИО ≥ 300;

2-й класс (опасные) при КВИО = 300…30;

3-й класс (умеренноопасные) при КВИО = 30…3;

4-й класс (малоопасные) при КВИО = ≤ 3;

По характеру действия на человека ОХВ делятся на следующие группы:

а) вещества преимущественно раздражающего действия (например, аммиак);

б) вещества преимущественно прижигающего действия (например, кислоты);

в) вещества преимущественно удушающего действия (например, фосген);

г) вещества преимущественно общетоксического действия (например, серово-дород, акролеин);

д) вещества преимущественно наркотического действия (например, формаль-дегид).

Для установления величины безопасного гигиенического регламента (ПДК) необходимо уменьшение заведомо токсичной концентрации. Это уменьшение харак-теризуется коэффициентом запаса, который устанавливается для каждого вещества с учетом количественных и качественных особенностей его действия и определяется отношением минимально действующей концентрации в хроническом опыте к ПДК.

И. В. Саноцким были сформулированы положения к обоснованию величины коэффициента запаса. Он должен увеличиваться:

а) с увеличением абсолютной токсичности;

б) с увеличением КВИО;

в) с уменьшением зоны острого действия;

г) с увеличением кумулятивных свойств (коэффициент кумуляции, зона хронического действия, зона биологического действия);

д) при значительных различиях в видовой чувствительности подопытных животных;

е) при выраженном кожно-резорбтивном действии (для веществ, находящихся в газовой фазе).

Численно коэффициент запаса обычно принимается не менее 3 и не более 20. При развитии необратимых эффектов коэффициент запаса должен быть увеличен.

Все виды классических количественных токсикологических исследований в полной мере используются для определения экотоксичности ксенобиотиков. Острая токсичность экополлютантов определяется экспериментально на нескольких видах, являющихся представителями различных уровней трофической организации в экосистеме (водоросли, растения, беспозвоночные, рыбы, птицы, млекопитающие). Агентство по защите окружающей среды США требует при определении критериев качества воды, содержащей некий токсикант, определения его токсичности, по крайней мере, на 8 различных видах пресноводных и морских организмов (16 тес-тов).

Неоднократно делались попытки ранжировать виды живых существ по их чув-ствительности к ксенобиотикам. Однако для различных токсикантов соотношение чувствительности к ним живых существ различно. Более того, использование в эко-

токсикологии «стандартных видов» представителей определенных уровней эколо-гической организации, для определения экотоксичности ксенобиотиков, с научной точки зрения, не корректно, поскольку чувствительность животных даже близких видов, порой отличается очень существенно.

Условные данные для оценки токсичности веществ для биоты представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1- Группы токсичности ксенобиотиков для позвоночных животных

При оценке экотоксичности необходимо учитывать, что хотя практически все вещества могут вызывать острые токсические эффекты, хроническая токсичность выявляется далеко не у каждого соединения. Косвенной величиной, указывающей на степень опасности вещества при его хроническом действии, является соотношение концентраций, вызывающих острые (ЛК₅₀) и хронические (порог токсического действия) эффекты. Если это соотношение менее 10, вещество рассматривается как малоопасное при хроническом воздействии (таблица 5.2).

Таблица 5.2- Острая и хроническая токсичность пестицидов для рыб (условия лаборатории)

Примечание:*Пороговая концентрация вещества, по критерию «хроническая токсичность».

При оценке хронической экотоксичности вещества необходимо учитывать сле-дующие обстоятельства:

1. Определение коэффициента опасности является лишь самым первым шагом по определения экотоксического потенциала вещества. В условиях лаборатории пор-оговые концентрации хронического действия токсикантов определяют, оценивая

показатели летальности, роста, репродуктивных способностей группы. Изучение других последствий хронического действия веществ порой может привести к иным числовым характеристикам.

2. Исследования токсичности проводят на животных, пригодных для содержания в условиях лаборатории. Получаемые при этом результаты нельзя рассматривать как абсолютные. Токсиканты могут вызывать хронические эффекты у одних видов, и не вызывать – у других.

3. Взаимодействие токсиканта с биотическими и абиотическими элементами окру-жающей среды может существенно сказаться на его токсичности в естественных ус-ловиях (см. выше). Однако это не подлежит изучению в условиях лаборатории.