Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы. Состояние проблемы гигиенического нормирования химических веществ с учетом комплексного действия на организм 17
ГЛАВА 2. Материалы, методы и объем исследований 48
ГЛАВА 3. Изучение закономерностей соотношения параметров токсичности и опасности химических веществ при разных путях и способах поступления в организм 71
3.1. Выявление критериев, отражающих закономерности развития токсического процесса в зависимости от пути поступления в организм ... 72
3.2. Обоснование единых критериев и показателей порогового действия химических веществ, загрязняющих различные объекты окружающей среды 84
3.3. Изучение закономерностей изменения пороговых доз во времени при разных путях и способах поступления в организм 131
ГЛАВА 4. Обоснование принципов установления коэффициентов запаса при определении допустимой суточной дозы химических веществ 161
4.1. Теоретическое обоснование принципов установления коэффициентов запаса на основании существующих подходов 162
4.2. Обоснование критериев и показателей опасности для определения величины коэффициента запаса при переходе от пороговых к допустимым суточным дозам 170
4.3. Разработка методики расчета коэффициента запаса при переходе от пороговых к допустимым суточным дозам 176
ГЛАВА 5. Методические основы регионального нормирования химических веществ с учетом комплексного действия на организм 200
5.1. Изучение и оценка комплексного действия малых уровней химических веществ 200
5.2. Разработка рекомендаций к учету эколого-гигиенических критериев опасности при обосновании региональных нормативов химических веществ в объектах окружающей среды на основе ДСД 214
ГЛАВА 6. Апробация системы регионального нормирования химических веществ в объектах окружающей среды на основе ДСД 226
6.1. Определение условий применения системы регионального нормирования химических веществ 227
6.2. Методика обоснования региональных нормативов химических веществ в объектах окружающей среды с учетом комплексного действия на организм 240
ГЛАВА 7. Обсуждение результатов исследования 248
Выводы 291
Список литературы 295
Приложения 321
- Выявление критериев, отражающих закономерности развития токсического процесса в зависимости от пути поступления в организм
- Теоретическое обоснование принципов установления коэффициентов запаса на основании существующих подходов
- Разработка рекомендаций к учету эколого-гигиенических критериев опасности при обосновании региональных нормативов химических веществ в объектах окружающей среды на основе ДСД
- Определение условий применения системы регионального нормирования химических веществ
Введение к работе
В последние десятилетия химическое загрязнение окружающей среды занимает одно из ведущих мест среди факторов, вызывающих нарушение состояния здоровья населения. Согласно официальным данным, в большинстве городов России отмечается стабильно высокий уровень загрязнения окружающей среды. Практически две трети населения России проживает на территориях, где состояние атмосферного воздуха не соответствует гигиеническим нормативам. Не отвечают нормативным требованиям около 90% поверхностных и не менее 30% подземных вод, используемых для водоснабжения. Остро стоит вопрос техногенного загрязнения почвы, приводящего к транслокации химических веществ в пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения [131, 135].
Такое возрастание химического загрязнения привело к тому, что в России имеются регионы, в которых одновременно несколько объектов окружающей среды загрязнены распространенными химическими веществами [140, 171, 172, 177]. При этом состав токсикантов неуклонно увеличивается также за счет процессов трансформации соединений в окружающей среде [170, 183].
В то же время, система обеспечения химической безопасности населения основана на соблюдении гигиенических ПДК веществ, обоснованных для каждого отдельного объекта окружающей среды без учета возможности одновременного поступления в организм различными путями и способами. В результате такого независимого регламентирования в реальных условиях комплексной экспозиции человек может подвергаться воздействию, уровень которого в случае биологической эквивалентности нормативов равен пПДК в одной среде [187], т.е. превышает допустимую величину.
В значительной мере необходимость оценки комплексного воздействия загрязнений нашла отражение в концепции «максимальной допустимой нагрузки» [186, 187], основные положения которой были развиты в
методологии оценки реальной нагрузки химических факторов на организм [1, 112]. Однако предложенные подходы не содержат практических рекомендаций по управлению качеством окружающей среды, т.е. не предусматривают возможности обоснования гигиенических нормативов с учетом комплексного поступления ксенобиотиков. Кроме того, спектр веществ, загрязняющих одновременно несколько объектов окружающей среды, а также удельный вклад каждой среды в суммарную экспозицию определяется комплексом индивидуальных особенностей каждого региона.
В связи с этим, возникла необходимость в региональном нормировании
веществ промышленного происхождения с учетом комплексного действия на
организм и особенностей реального загрязнения окружающей среды.
Возможность такого подхода отражена в пункте 4 «Положения о
государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании»,
утвержденном постановлением Правительства Российской Федерации № 554 от 24 июля 2000 года [157], согласно которому «при необходимости учета особенностей, складывающихся в гигиенической, эпидемической, экологической обстановке и состоянии здоровья населения на территории субъекта Российской Федерации могут действовать федеральные санитарные правила, установленные для этой территории». Вместе с тем, в настоящее время полностью отсутствует научно-методическое обеспечение реализации этого пункта «Положения ...».
Теоретической основой методологии регионального нормирования химических соединений может служить единое гигиеническое нормирование [47, 52], базирующееся на использовании допустимой суточной дозы (ДСД) вещества в качестве интегрального критерия. Поскольку региональное нормирование, по нашему мнению, подразумевает установление безопасных уровней содержания химических соединений не только на основе ДСД, но и с учетом структуры химического загрязнения, характерного для каждого
отдельного региона, возникла необходимость в разработке методологии обоснования региональных нормативов веществ, загрязняющих несколько объектов окружающей среды.
Как известно, ранее ДСД использовалась в нашей стране только при гигиенической оценке новых пестицидов [108], а также в гигиене питания для обоснования нормативов.
В мировой практике в настоящее время на основе ДСД также рассчитываются остаточные количества пестицидов и пищевых добавок [28, 29], и, кроме того, нормативы для питьевой воды с учетом стандартного долевого вклада энтерального, ингаляционного и перкутанного воздействия [266]. Однако различия в токсичности веществ при разных способах и путях интоксикации не принимаются во внимание.
Вместе с тем, в работах Ю.А.Рахманина и соавт. [167], Г.А.Войтенко и соавт. [22], В.М.Томкива [204] показано, что интенсивность токсического и биологического действия веществ, в том числе и эссенциальных элементов, различается при поступлении с водой, воздухом и пищевыми продуктами. Тем не менее, критерии и методы определения сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах (водный или алиментарный) поступления, предлагаемые различными авторами, в определенной степени разноречивы и не в полной мере разработаны.
Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы являлось научное обоснование принципов, критериев и методов регионального нормирования химических веществ в окружающей среде на основе допустимой суточной дозы с учетом комплексного действия на организм.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработать критерии и методы определения относительной токсичности веществ при разных путях и способах поступления в организм.
Уточнить критерии порогового действия веществ, загрязняющих различные объекты окружающей среды, на основании изучения закономерностей развития токсического процесса в зависимости от пути и способа воздействия.
Обосновать методы установления коэффициентов запаса при расчете ДСД на основе анализа отечественного и международного опыта и с учетом характера токсического действия и опасности химических веществ.
Определить условия применения системы регионального нормирования химических веществ на основе ДСД с учетом комплексного действия на организм с использованием конкретных данных о структуре химического загрязнения объектов окружающей среды в отдельных регионах России.
Разработать метод расчета региональных нормативов химических веществ в окружающей среде на основе ДСД с учетом их относительной токсичности при разных путях и способах поступления в организм, а также продуктов их трансформации.
Научная новизна работы.
Разработаны концепция и научно-методические основы системы регионального нормирования химических веществ в отдельных объектах окружающей среды на основе ДСД с учетом комплексного действия на организм и различий в токсичности при разных путях и способах воздействия как стадия принятия решений по эпидемиологическим показаниям и/или результатам оценки риска для здоровья населения.
Доказана зависимость интенсивности резорбтивного действия химических веществ от пути и способа поступления в организм при преобладании единых токсикогенных механизмов на малых уровнях воздействия и различиях при действии высоких доз и концентраций.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена зависимость результатов количественной оценки относительной токсичности веществ при разных путях поступления в организм от сравниваемых токсикометрических параметров.
Дано теоретическое обоснование зависимости динамики развития токсического процесса на пороговом уровне при разных путях поступления химического вещества в организм от особенностей формирования адаптационно-приспособительных реакций, токсико-кинетических характеристик, а также процессов трансформации в отдельных средах.
Разработан метод установления коэффициента относительной токсичности веществ при разных путях и способах воздействия (орально-ингаляционный, водно-алиментарный) по коридору различий в результате сопоставления динамики развития токсического процесса на пороговом уровне в 30-90-суточных экспериментах.
Предложен единый комплекс токсикодинамических, токсикокинетических и статистических критериев порогового действия ксенобиотиков, загрязняющих различные объекты окружающей среды. Усовершенствована система обоснования пороговых доз и концентраций веществ, включающая комплекс диагностических и расчетных методов, основанных на количественной оценке системных изменений при действии широкого диапазона доз с учетом взаимозависимости измеряемых специфических и неспецифических признаков интоксикации.
Обоснованы оригинальные показатели, методы и критерии для определения пороговых уровней воздействия веществ, в частности, дифференцированное понятие порога вредного действия и пороговых эффектов химических веществ; «перелом» кривой зависимости периода полусуществования (полувыведения) вещества или его первичных метаболитов в крови и/или моче от уровня воздействия; коэффициент накопления (єк) в
органах-мишенях, выраженный в процентах от суммарного введенного количества вещества; гигиеническая значимость повышения активности ферментов, в т.ч. микросомальных ферментов печени (ранее нередко рассматривавшегося как физиологическая реакция на процесс детоксикации веществ).
Обоснованы преимущества применения метода расчета реперных доз и концентраций на основе зависимости «доза-ответ» для целей гигиенического нормирования и оценки сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах интоксикации. Определены дополнительные принципы, ограничения и методические особенности применения данного метода.
Для расчета ДСД на основе пороговой дозы (концентрации) разработана система установления коэффициентов запаса, включающая непрерывную переменную «S», которая зависит от показателей острой, хронической токсичности и кумулятивных свойств веществ, и дополнительные критерии опасности.
В качестве количественного критерия принятия решения о необходимости обоснования региональных нормативов веществ предложена интегральная суточная доза (ИСД), которая рассчитывается по формуле:
ИСД = 1ОД-К0/т-Тпт,где:
і=1
СДп - суточная доза вещества, поступающего из і-го объекта окружающей среды; К0/т - коэффициент относительной токсичности вещества при разных путях и способах поступления в организм; Тт - коэффициент относительной токсичности исходного вещества и продуктов его трансформации.
- Для расчета региональных нормативов химических веществ в объектах
окружающей среды разработаны два алгоритма: а) с учетом удельного вклада
каждого пути или способа поступления вещества в организм; б) с учетом лимитирующего источника поступления.
Теоретическая значимость работы. В рамках теоретической гипотезы о закономерностях развития токсического процесса в зависимости от пути, способа, уровня и длительности воздействия обоснована концепция и система регионального нормирования химических веществ, которая способствует дальнейшему развитию теории гигиены в области управления качеством окружающей среды. Разработанные принципы, критерии и методы обоснования региональных нормативов в объектах окружающей среды полезны для дальнейшего совершенствования методологии единого гигиенического нормирования. Усовершенствованные единые критерии пороговости обеспечивают комплексность и унифицированность пороговых величин, что способствует увеличению достоверности оценки сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах поступления в организм. Предложенный количественный критерий принятия решения о необходимости обоснования региональных нормативов веществ - интегральная суточная доза - имеет важное значение для решения вопросов о характере и приоритетности разрабатываемых мероприятий по санитарной охране окружающей среды и обеспечению безопасных условий жизнедеятельности человека.
Практическая значимость и внедрение результатов работы.
Разработанная система регионального нормирования позволяет устанавливать предельно допустимые концентрации в воде, атмосферном воздухе, продуктах питания на отдельных территориях с учетом реального содержания химических веществ в объектах окружающей среды. Региональное нормирование направлено на снижение суммарного поступления вещества в организм из различных объектов окружающей среды до уровня ДСД.
Результаты работы внедрены в виде Методических указаний «Обоснование региональных нормативов химических веществ в объектах окружающей среды
с учетом комплексного действия на организм», утвержденных Председателем Межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды Российской Федерации 05 ноября 2002 года.
Понятие «региональное нормирование» введено в СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и в Проект Закона РФ «О питьевой воде и питьевом водоснабжении населения».
Условия регионального нормирования включены в Методические указания по внедрению и применению СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (МУК ГН 2.1.4.682-97) и СанПиН 2.1.5.1059-01 «Гигиенические требования к охране подземных вод».
Перечень ДСД и коэффициентов относительной токсичности при разных путях и/или способах поступления 38 веществ одобрены Проблемной комиссией «Научные основы гигиены окружающей среды» Российской академии медицинских наук 26 августа 2003 г.
Материалы диссертационной работы использованы также при подготовке
следующих нормативно-методических документов санитарного
законодательства:
Методические указания МУ 2.1.5.720-98 «Обоснование гигиенических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения»
Методические указания МУ 2.1.4.783-99 «Гигиеническая оценка материалов, реагентов, оборудования, технологий, используемых в системах водоснабжения»
Методические рекомендации «Критерии оценки риска для здоровья населения приоритетных химических веществ, загрязняющих окружающую
среду», утвержденные Главным государственным санитарным врачом г.Москвы 24.07.2000 г.
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества»
Методические указания МУ 2.1.4.1184-02 «Методические указания по внедрению и применению Санитарных правил и норм СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества».
Результаты обобщения международных подходов к региональному нормированию использованы при подготовке отчета по теме 1.7.4. «Разработка рекомендаций по внедрению новых водоочистных технологий, обеспечивающих реализацию региональных нормативов качества питьевой воды» Федеральной целевой программы «Возрождение Волги».
Работа выполнялась в лаборатории комплексного эколого-гигиенического нормирования в рамках плановых тем ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им.А.Н.Сысина РАМН: «Разработка принципов, критериев и методов единого гигиенического нормирования на основе допустимой суточной дозы и выявление особенностей биологической активности веществ при разных путях поступления» (№ г/р 01.9.10013586); «Методы обоснования и прогнозирования допустимой суточной дозы (ДСД) веществ с учетом общетоксического и отдаленных эффектов» (№ г/р 01.9.40001795); «Выявление общих закономерностей и особенностей токсичности веществ при разных путях поступления в организм» (№ г/р 01.9.70002125); «Разработка и внедрение методов комплексного нормирования химических веществ, различающихся по показателям опасности и критериям вредности» (№ г/р 01.20.0000688), а также в рамках Национального Плана действий по гигиене окружающей среды Российской Федерации на 2001-2003 гг. в исполнении «Положения о
государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании»,
утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 года № 554.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 19-ти международных и всероссийских конгрессах, симпозиумах, конференциях и пленумах:
научной конференции, посвященной 75-летию со дня рождения Ю.С.Кагана «Актуальные проблемы токсикологии», г.Киев, 7-8 октября 1999 г.;
пленуме Межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Проблемы гигиенического нормирования и оценки химических загрязнений окружающей среды в XXI веке», г.Москва, 15-16 декабря 1999 г.;
межрегиональной научно-практической конференции «Качество питьевой воды, водоотведение и здоровье населения», г.Рязань, 25-27 апреля 2000 г.;
международном симпозиуме «Здоровье и химическая безопасность на пороге XXI века», г.С.-Петербург, 14-16 июня 2000 г.;
38-м Конгрессе Европейских токсикологических обществ «EUROTOX 2000», г.Лондон (Великобритания), 17-20 сентября 2000 г.;
семинаре «Мониторинг качества питьевой воды. Современные технологии водоподготовки», г.Москва, 4-8 июня 2001 г.;
пленуме Межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Оценка риска влияния факторов окружающей среды на здоровье: проблемы и пути их решения», г.Москва, 20-21 декабря 2001 г.;
Всероссийской конференции «Диоксины и родственные соединения: экологические проблемы, методы контроля», г.Уфа, 20-24 мая 2001 г.;
5-м Международном Конгрессе «Вода: экология и технология. ЭКВАТЕК-2002», г. Москва, 4-7 июня 2002 г.;
научной сессии отделения профилактической медицины РАМН
«Экологический риск и здоровье человека: проблемы взаимодействия»,
г.Москва, 18-19 июня 2002 г.;
40м Конгрессе Европейских токсикологических обществ «EUROTOX
2002», г.Будапешт (Венгрия), 15-18 сентября 2002 г.;
III Международном симпозиуме "Механизмы действия сверхмалых доз", г.Москва, 3-5 декабря 2002 г.;
1-й Всероссийской научной конференции с международным участием «Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека», г.Новосибирск, 9-11 декабря 2002 г.;
Форуме «Питьевые воды России - 2003», Москва, 4-7 июня 2003 г.;
заключительной конференции по итогам научно-технического сотрудничества за 2001-2002 гг. в области экологии человека и гигиены окружающей среды между ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н.Сысина РАМН и Украинским Национальным медицинским университетом им. А.А.Богомольца, г.Киев, 22 мая 2003 г.;
совместном заседании Научного совета «Экология человека и гигиена окружающей среды» РАМН и Минздрава РФ и Проблемных комиссий «Научные основы гигиены окружающей среды» и «Научные основы гигиены села», г.Саратов, 26-28 августа 2003 г.;
научной конференции «Теоретические основы и практические решения проблем санитарной охраны атмосферного воздуха», посвященной 100-летию со дня рождения В.А.Рязанова, г.Москва, 25-26 сентября 2003 г.;
2м Съезде токсикологов России, г.Москва, 10-13 ноября 2003 г.;
пленуме Межведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РФ «Социально-гигиенический мониторинг: методология, региональные особенности, управленческие решения», г.Москва, 17-18 декабря 2003 г.;
а также на заседаниях Ученого Совета ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им.А.Н.Сысина РАМН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, из них 18 в центральных отечественных и зарубежных журналах.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
Система принципов, критериев и методов регионального нормирования химических веществ в объектах окружающей среды с учетом комплексного действия на организм и различий в токсичности при разных путях и способах интоксикации.
Зависимость интенсивности резорбтивного действия химических веществ на организм от пути и способа интоксикации при преобладании единых токсикогенных механизмов на малых уровнях воздействия и различиях при действии высоких доз и концентраций.
Метод установления коэффициента относительной токсичности веществ при разных путях и способах интоксикации (орально-ингаляционный, вводно-алиментарный) по коридору различий в результате сопоставления динамики развития токсического процесса на пороговом уровне в 30-90-суточных экспериментах.
Алгоритмы расчета региональных нормативов химических веществ в нескольких объектах окружающей среды на основе ДСД с учетом относительной токсичности химических веществ при разных путях и способах поступления в организм, а также продуктов их трансформации.
Выявление критериев, отражающих закономерности развития токсического процесса в зависимости от пути поступления в организм
Теоретической предпосылкой создания системы регионального нормирования веществ с учетом комплексного действия на организм может служить созданная Г.И.Сидоренко и М.А.Пинигиным [184, 187, 188] интегральная система управления качеством окружающей среды в его неразрывном единстве и взаимосвязи с состоянием здоровья населения. В основе системы лежит концептуальное понятие максимальной допустимой нагрузки (МДН), которая подразумевает установление максимальной допустимой величины интенсивности воздействия всей совокупности факторов окружающей среды и обеспечивает единое гигиеническое нормирование.
Основными принципами данной концепции являются [187, 188]: учет комбинированного, комплексного и сочетанного действия химических, физических и биологических факторов как техногенного, так и природного происхождения; прогнозирование комбинированного, комплексного и сочетанного действия факторов окружающей среды; биологическая эквивалентность; вероятностный подход; адаптивность организма; региональность; гигиеническая приоритетность факторов среды.
Дальнейшее развитие концепция МДН получила в методологии определения реальной нагрузки на человека химических веществ, поступающих с атмосферным воздухом, водой и продуктами питания [112]. В ее основе лежит сравнение фактического поступления вещества из разных сред с величиной МДН. В исследованиях С.Л.Авалиани [1] эта методология была дополнена системой, включающей комплекс критериев оценки потенциальной и реальной опасности веществ, способы выявления истинных уровней воздействующих факторов и методы количественной оценки вероятности развития ранних (первичных) нарушений состояния здоровья на основе изучения зависимостей «концентрация (доза) - время - статус организма».
Наиболее тесно с методологией оценки реальной нагрузки связана концепция оценки риска для здоровья, связанного с загрязнением окружающей среды, основанная на выявлении количественной вероятности развития определенных неблагоприятных эффектов в зависимости от уровней химического воздействия [3, 128, 137, 225, 240, 241 и др.]. За рубежом и на международном уровне концепция риска с начала 80-х годов является теоретической основой проведения исследований по оценке влияния комплекса факторов окружающей среды на состояние здоровья населения [30,231, 252, 265, 269, 280, 302, 310 и др.], а в конце 90-х годов началось активное внедрение этой методологии и в нашей стране [71, 126, 130, 137, 168, 169]. Процедура оценки риска предусматривает характеристику вероятности возникновения вредных эффектов не только при изолированном поступлении веществ, но и при комплексном, многосредовом и комбинированном воздействии на основании сопоставления экспозиционных с безопасными уровнями суточного поступления вещества (референтные дозы и концентрации). Основная задача разработанных за рубежом и предложенных в России референтных величин -это установление вероятности развития вредных эффектов или оценка степени правдоподобия заключения о возможном вредном действии конкретных уровней экспозиции исследуемого фактора [184].
Несмотря на существующие подходы к оценке опасности комплексного действия химических веществ для здоровья населения, ни один из них не содержит практических рекомендаций по управлению качеством окружающей среды, т.е. не предусматривает возможности обоснования гигиенических нормативов с учетом комплексного поступления ксенобиотиков. Очевидно, в первую очередь, это связано с недостаточной теоретической и методической разработкой данной проблемы [69].
По аналогии с методологией изучения комбинированного действия [66, 69, 99, 125, 313], степень изменения реакций организма при комплексном поступлении по сравнению с изолированным воздействием принято выражать в виде аддитивного («суммация), более чем аддитивное («потенцирование»), менее чем аддитивное («антагонизм»).
Число работ по изучению комплексного действия химических веществ ограничено, но их анализ показал, что в зависимости от уровней воздействия одновременное энтеральное и ингаляционное поступление может характеризоваться суммацией [23, 38], антагонизмом [43, 159, 196] или потенцированием [178, 196]. Разноречивые данные получены при изучении комплексного действия веществ на уровне недействующих доз и концентраций. Так, согласно данным большинства исследователей [23, 38, 142, 143] комплексное поступление веществ на уровне ПДК приводит к развитию аддитивных эффектов. Другие авторы [43, 159] полагают, что суммации эффектов в случае воздействия недействующих доз и концентраций происходить не может. Вместе с тем, если рассматривать комплексное воздействие как комбинацию нескольких веществ с одинаковым механизмом токсического действия, воздействующих на одни и те же органы/системы организма, то на основании многочисленных результатов исследований смесей различного состава [66, 69, 99, 125, 256, 271, 273, 313 и др.] допустимо предполагать развитие простого аддитивного эффекта, т.е. суммацию доз. В частности, по мнению J.P.Groten [262], концепция дозовой аддитивности (простого совместного действия) применима к широкому диапазону уровней воздействия - от низких нетоксических до вызывающих выраженные токсические эффекты - в том случае, если все вещества в смеси обладают одинаковым механизмом действия. В то же время, согласно мнению Б.А.Кацнельсона [69, 70] и Ю.С.Кагана и соавт. [66], аддитивность доз (изоаддитивность) может быть выявлена только в том диапазоне уровней воздействия, в котором зависимость «доза - эффект» практически линейна. Это означает, что характер комбинированного (или в нашем случае комплексного) действия пороговых и недействующих уровней веществ может быть установлен только на основании оценки суммации эффектов.
В связи с этими закономерностями, выявленными отечественными и зарубежными токсикологами, можно усомниться в правдоподобии отсутствия аддитивного действия веществ при комплексном поступлении на уровне недействующих доз и концентраций. Возможно, столь разноречивые заключения являются следствием использования при обосновании ПДК коэффициентов запаса, установленных с применением отличающихся принципов и критериев, в результате чего величины нормативов оказываются биологически неэквивалентными (неизоэффективными). Другой причиной, очевидно, является отсутствие унифицированной методологии изучения комплексного действия веществ.
Теоретическое обоснование принципов установления коэффициентов запаса на основании существующих подходов
Это предположение подтверждается собственными результатами изучения острой токсичности свинца, обладающего низкой всасываемостью из желудочно-кишечного тракта (около 10% от введенной дозы [251]). Количественное соотношение ингаляционного и энтерального параметров наиболее растворимой соли свинца - нитрата - 7,5 раз (Ы)5ов/ж = 450 мг/кг, LD5oHHr = 60 мг/кг) было сопоставимо со степенью его всасываемости.
В значительной мере зависимость токсичности от физико-химических свойств сохраняется и при остром воздействии более низких доз и концентраций - на уровне порога однократного действия. Из рисунка 3.2 видно, что чем большей растворимостью и летучестью обладает вещество, тем меньше различия в его токсичности при энтеральном и ингаляционном путях поступления (К0/и гексафторбензола составляет 9250, аспирина - 22,7, м-хлоранилина - 7,8).
Представленные данные свидетельствуют о том, что из-за детерминированности физико-химическими свойствами и несоответствия условиям хронической интоксикации параметры острой токсичности не могут использоваться для количественного определения сравнительной токсичности при длительном поступлении в организм.
Для некоторых рядов соединений (альдегиды и кетоны, амино- и нитропроизводные бензола, карбаматы) также были получены высоко достоверные корреляционно-регрессионные уравнения между ПДК в воде и атмосферном воздухе, в воде и воздухе рабочей зоны (уравнения (14), (15), (39), (41)). А ранее в исследованиях [44] были рассчитаны достоверные связи для всей совокупности данных без учета структуры и лимитирующего признака вредности. Несмотря на выявленные закономерности, эти гигиенические параметры не могут являться основой для сравнения токсичности веществ при разных путях поступления. В первую очередь это обусловлено тем, что при их обосновании в различных областях гигиены применяются различные критерии вредности. Кроме того, для одного и того же вещества ПДК в отдельных областях гигиены зачастую установлены по разным лимитирующим признакам вредности. В связи с этим, такое сравнение не имеет биологического смысла.
Закономерные соотношения между максимальными недействующими дозами (концентрациями), установленными по токсикологическому критерию вредности выявлены не были. Это также может объясняться различиями в критериях и принципах их определения и количественным несоответствием коэффициентов запаса, использованных при их обосновании. Отсутствие закономерных соотношений в токсичности на уровне МНД (достоверность корреляций не превышала 93%) может быть обусловлено также ограниченным количеством веществ, для которых имеются данные о максимальных недействующих уровнях, установленных при ингаляции.
В шести классах химических соединений не было закономерного количественного соответствия и между пороговыми дозами. Одной из причин отсутствия связей может являться тот факт, что при установлении пороговых доз и концентраций используются разные критерии вредности. Например, при ингаляции бензола и его алкил- и галогенпроизводных на первое место выступает раздражающее действие. Значительную роль в несовпадении результатов могут играть различия в длительности экспериментов и режиме интоксикации, что имеет особое значение при изучении высококумулятивных веществ.
Не последнее значение имеют также различия в применяемых для оценки токсичности методик и тестов, направленных на изучение несовпадающих систем организма. Не случайно достоверные связи между пороговыми уровнями были получены нами в ряду наиболее изученных в отношении механизма действия веществ. Например, достоверность корреляции в ряду фосфорорганических соединений (уравнения (16), (17)) обусловлена тем, что во всех областях гигиены при их изучении основное внимание уделяется ингибированию холинэстеразы. Одинаковые тесты обычно используются и при изучении металлов, карбаматов, для которых в наших исследованиях также удалось получить корреляционные связи между пороговыми уровнями (уравнения (2), (3), (40)).
Тем не менее, несмотря на отмеченные методические различия в изучении интенсивности токсического действия веществ, независимо от области гигиены пороговые величины устанавливаются на основании учета выявленных в эксперименте минимальных (пороговых) изменений, т.е. могут рассматриваться как изоэффективные и, соответственно имеют строгий критериальный характер. В отличие от максимальных недействующих, пороговые дозы в значительно меньшей мере зависят либо от выбранного в эксперименте шага между дозами, как это принято в гигиене воды, либо от коэффициента запаса. Поэтому, с нашей точки зрения, при оценке сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах поступления в организм целесообразно отдавать предпочтение пороговым дозам и концентрациям.
Таким образом, на основании количественного анализа токсиколого-гигиенических параметров обширной совокупности веществ показано, что наилучшим критерием для оценки сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах поступления являются не ПДК и не МНД, а пороговые дозы и концентрации при условии пересчета последних в дозы по формуле Флюри.
Вместе с тем, различия в критериях определения пороговых величин, принятые в отдельных областях гигиены, могут оказывать существенное влияние на результаты оценки сравнительной токсичности веществ. Поэтому на следующем этапе исследований возникла необходимость в обосновании единых критериев и показателей порогового действия химических веществ, загрязняющих различные объекты окружающей среды.
Разработка рекомендаций к учету эколого-гигиенических критериев опасности при обосновании региональных нормативов химических веществ в объектах окружающей среды на основе ДСД
При определенных сроках и уровнях воздействия ксенобиотиков системы конъюгации могут не справиться с детоксикацией образующихся метаболитов. В этом случае происходит их накопление, и создаются условия для взаимодействия со структурными компонентами клеток, ДНК, РНК. Нарушается проницаемость биологических мембран, развивается интоксикация [227]. Кроме того, по мнению [33], увеличение активности микросомальных окигеназ в сочетании с усилением процессов перекисного окисления липидов и снижением уровня субстратов конъюгации свидетельствует о развитии декомпенсационных процессов, и должно рассматриваться как признак патологии.
В связи с этим, индукция микросомальных ферментов не всегда может расцениваться как физиологическая реакция детоксикации химических веществ. Необходим системный подход, позволяющий оценивать эффективность всех взаимосвязанных звеньев, составляющих механизмы детоксикации и лежащих в основе поддержания гомеостаза.
Еще одним примером могут служить данные, полученные нами при изучении пероральной токсичности н-бутанола на белых крысах-самцах в дозах 5,0; 1,0; 0,2 и 0,04 мг/кг в 30-суточном эксперименте. Состояние животных оценивалось по показателям, отражающим механизм токсического действия и детоксикации спиртов на 5, 12, 20 и 30 сутки эксперимента.
При поступлении н-бутанола в дозах 5 и 1 мг/кг отмечалась стойкая выраженная, дозозависимая индукция каталазы в крови и алкогольдегидрогеназы (АДГ) в сыворотке крови, которая сопровождалась изменением различных показателей (увеличение активности ЛДГ и N-ацетил-р-D-глюкозаминидазы (N-АГ) в сыворотке крови), свидетельствующем о мембранотоксическом действии спирта (рис. 3.5, приложения 20-25). В конце эксперимента было выявлено снижение относительной массы надпочечников у животных обеих групп. В дозе 0,2 мг/кг наблюдались однократные увеличения активности каталазы и АДГ без изменения других показателей. В связи с тем, что эти два фермента являются компонентами алкоголь-окисляющей системы организма [109], их активация могла бы быть расценена как нормальная метаболическая реакция на введение алкоголя, а доза 0,2 мг/кг принята за недействующую. Вместе с тем, по сравнению с алкогольдегидрогеназным путем биотрансформации спиртов, каталазный путь активизируется при более высоких концентрациях спирта в организме [22], поэтому зарегистрированная однократная индукция каталазы к концу эксперимента может свидетельствовать о недостаточности основного пути детоксикации, эффективно функционирующего при поступлении спирта в относительно безвредных дозах. В связи с этим, доза н-бутанола 2 мг/кг была принята нами за пороговую дозу, а индукцию каталазы предложено рассматривать в качестве критического эффекта действия н-бутанола.
Таким образом, индукция ферментов может считаться критическим (близким к пороговому) эффектом действия вещества, если активация этого фермента на более высоких уровнях воздействия будет сопровождаться изменением соотношения субстрат/продукты биотрансформации и/или вовлечением реакций, свидетельствующих о повреждающем действии вещества.
В отечественной токсикологии критический эффект рассматривался в терминах «специфическое действие» и «избирательная токсичность». И в гигиенической науке постоянно дискутируется вопрос о том, показатели каких реакций являются наиболее чувствительными и теоретически обоснованными для установления пороговых доз и концентраций. Как указывалось в главе 1, в 80-е годы получило развитие и признание представление о преобладании метаболических неспецифических реакций организма на воздействие химических агентов малой интенсивности, а наличие симптомокомплекса неспецифических показателей на клеточном и субклеточном уровне свидетельствует о пороговом уровне воздействия. Вместе с тем, для целого ряда структурных групп веществ (металлы, фосфорорганические соединения и др.) выявлены специфические реакции, которые обнаруживаются в более ранние сроки и при более низких уровнях интоксикации.
В связи с этим, на примере ряда веществ изучалось соотношение чувствительности специфических и неспецифических показателей, и выяснялась их роль при диагностике степени интоксикации.
Так, сопоставление пороговых доз 10 лекарств по показателям фармакологического и общетоксического действия показало, что для большинства препаратов специфические реакции являются определяющими в установлении пороговых доз (таблица 3.7). Важная роль специфических показателей была отмечена и в собственных экспериментах с ацетонциангидрином (АЦГ) и н-бутанолом. В частности, наиболее значимыми в определении хронической токсичности АЦГ оказались такие показатели (в порядке приоритетности), как содержание роданидов в моче, в сыворотке крови, количество оксигемоглобина и суммационно-пороговый показатель (таблица 3.5). А изменение активности каталазы и алкогольдегидрогеназы, ферментов алкоголь-оксиляющей системы, определило пороговую дозу н-бутанола в подостром эксперименте (рис 3.5).
Вместе с тем, не следует придавать чрезмерное значение дифференциации специфических и неспецифических реакций. Это связано с тем, что некоторые реакции могут рассматриваться как специфические при действии одних веществ и неспецифические - при действии других.
Определение условий применения системы регионального нормирования химических веществ
На основании сравнительной оценки спектра параметров токсикометрии с учетом их информативной значимости было показано, что наилучшим количественным критерием сравнительной токсичности веществ при разных путях поступления являются пороговые дозы и концентрации. В то же время, в большинстве случае отсутствовали закономерности в коэффициентах относительной токсичности для веществ из разных химических классов, отличающихся по показателям опасности (кумулятивность, острая токсичность), физико-химическим свойствам. Одной из причин такого несоответствия, очевидно, может являться различие в условиях проведения экспериментов, тест-показателях и, главное, - критериях порогового действия.
Кроме того, в исследованиях, проведенных З.И. Жолдаковой [44] при анализе динамики развития порогового эффекта во времени при энтеральном поступлении веществ в организм, было установлено, что величины пороговых доз изменяются в зависимости от кумулятивных свойств веществ, с одной стороны, и механизмов адаптационно-приспособительных реакций, с другой. Аналогичные закономерности в развитии токсического процесса, очевидно, наблюдаются и при ингаляционном поступлении веществ.
В связи с вышеизложенным, задачами настоящего раздела исследований являлись: с использованием единых критериев порогового действия уточнить пороговые дозы и концентрации ряда веществ; на основании изучения динамики развития токсического процесса оценить закономерности распределения коэффициентов относительной токсичности во времени; разработать методику определения сравнительной токсичности веществ при разных путях и способах поступления в организм.
Уточнение пороговых уровней с использованием архивных материалов секций Проблемной комиссии «Научные основы гигиены окружающей среды» РАМН проводилось для веществ, нормированных и в воде и в атмосферном воздухе по классической схеме, согласно которой оценивается действие относительно невысоких доз и концентраций в динамике. Вторым непременным условием выбора веществ являлась адекватность использованных в исследовании показателей состояния животных механизму действия вещества.
С учетом этих условий из более чем 120 проанализированных соединений была составлена выборка из 42 веществ, в которую вошли также соединения, ингаляционная и/или энтеральная токсичность которых изучалась в собственных экспериментах.
Результаты проведенных исследований показали, что применение единых критериев порогового действия способствовало уточнению пороговых концентраций 12 из 33 веществ, о которых имеется информация в базе данных «SARETbase» [9], и пороговые дозы 7 из 31 вещества, внесенного в базу данных «WATERTOX» [10] (таблица 3.13). Пороговые концентрации 7 веществ, установленные с использованием единых критериев, были снижены в 3-10 раз. В их число, в основном, вошли вещества, ПК которых, несмотря на наличие экспериментальных данных длительного воздействия, были установлены методом количественной оценки зависимости «концентрация (доза) - время - эффект» [25] в зоне действия высоких концентраций. Применение диагностического метода позволило уточнить пороговые величины этих веществ.
Уточнение энтеральных пороговых доз некоторых веществ (Р-нафтол, акролеин, н-бутанол) оказалось не существенным. Причина увеличения ПД у-бутиролактона в 4 раза связана с тем, что при его нормировании за пороговые были приняты статистически достоверные изменения некоторых показателей (уменьшение количества лейкоцитов и палочкоядерных лейкоцитов крови), которые в абсолютном выражении не выходили за границы физиологической нормы.
Пороговая доза м-хлоранилина, указанная в базе данных, является не экспериментально определенной, а была установлена по аналогии с п-хлоранилином, несмотря на то, что последний является более сильным метгемоглобинобразователем, и в процессе его биотрансформации образуются более опасные в плане канцерогенности метаболиты. В то же время, для достоверной оценки сравнительной орально-ингаляционной токсичности веществ необходима информация о биологическом действии каждого индивидуального соединения. Поэтому ПД м-хлоранилина, равная 0,5 мг/кг, для решения поставленных задач является более оправданной, тем более, что степень различий между ПК мета- и пара-хлоранилина (0,03 и 0,01 мг/м3) сопоставима с отличиями между экспериментально установленными ПД этих веществ.
Что касается никеля, то причина столь выраженных расхождений между ПД, приведенной в базе данных, и уточненной остается неясной. Возможно, это связано с ошибкой, допущенной при составлении базы, т.к. и нормирование никеля в воде, и проведенный нами анализ были сделаны на основе тщательно проведенных экспериментальных исследований [43]. ПД рубидия была уточнена в собственных экспериментах с использованием комплекса биохимических и токсиконетических показателей, подробное описание которых будет приведено ниже.
![Гигиеническая оценка модифицирующего действия факторов окружающей среды химической и радиационной природы на организм человека [Электронный ресурс]](/i/i/4501/178797.png "Гигиеническая оценка модифицирующего действия факторов окружающей среды химической и радиационной природы на организм человека [Электронный ресурс] Воробьев Андрей Павлович")
