CC BY
52
Профессор В.Ф. Трушков
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКСИЧНОСТИ И ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ПОМОЩЬЮ ПОЛИНОМИАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ
Кировская государственная медицинская академия
С целью изучения комбинированного, комплексного, сочетанного воздействия факторов производственной среды нами проводились токсикологические исследования ряда основных компонентов прогрессивных композиционных материалов: триэтилен-глиголь диметакрилата /ТГМ-3/, диматакрилат-бис-этиленглиголь фталата, Т4,Ы-диэтиламид-моно-Н-бу-тилового эфира фталевой кислоты, бензилметакри-лата, N -дезнл Ы- циклогексилацетамида, триэти-ленглиголь диацетата.
Опыты выполнялись на белых крысах при воздействии изучаемых соединений ингаляционным, перкутанным путем в пороговых и подпороговых условиях, установленных ранее в ходе острых опытов. При этом подпороговые уровни воздействия по результатам предыдущих исследований составляли 1/5 пороговых величин. Численные данные о дей-
ствующих производственных факторах представлены в табл. 1.
Оценка биологического эффекта у опытных животных, по сравнению с контролем, осуществлялась с определением суммационно-порогового показателя, двигательной активности, температуры тела, истинной кислотности мочи, длительности автоматизма сердца, весовых коэффициентов паренхиматозных органов /почки, печень, селезенка/, фагоцитарной активности нейтрофилов крови /фагоцитарное число, фагоцитарный индекс/, содержания гликогена по коэффициенту Астальди и Верга, активности щелочной фосфатазы, цитохромоксидазы, содержания липидов в нейтрофильных элементах, уровня цитогенетических нарушений.
Дополнительно к действию исследуемых химических веществ, проводилось изучение влияния ультрафиолетового излучения при однократной 4-х часовой экспозиции.
Контрольные значения при определении пороговых доз ультрафиолетового излучения у животных составляли по суммационно-пороговому показателю (СПП-в.) - 6,7±0,22, двигательной активности животных (ед.) - 21,1±0,88, температуре тела (“С) -37,9+0.11, истинной кислотности мочи (ед./ -5,6±0,18, длительности автоматизма сердца (мин.) -10,2±0,17, весовым коэффициентам (печень) -3,77±0,03, весовым коэффициентам (почки) -0,61±0,03, весовым коэффициентам (селезенка) -0,35±0,05, фагоцитарному числу (%/- 58,1±1,59, фагоцитарному индексу (ед.) - 1,29±0,02, содержанию гликогена в нейтрофилах крови (ед.) -1,39±0,03, активности щелочной фосфатазы нейтрофилов крови.
Оценивая полученные данные, можно сделать вывод, что пороговой является доза ультрафиолетового излучения 6,48 вт/м2. Подпороговая /максимально недействующая/ доза определена на уровне
Таблица 1
Уровни порогового и подпорогового воздействии исследуемых химических факторов производства печатных плат
Химическое вещество Ингаляционно /мг/м / перкутанно пороговый уровень /мг/см2/ подпороговый уровень
пороговый уровень подпороговый уровень
Триэтиленглиголь диметакрилат /ТГМ-3/ 1315 263 6,25 1,25
Диметакрилат-бис-этиленгликольфалат /МГФ-1/ 2180 436 7,60 1,52
/V, ЛЧдиэтиламид моно-Н-бутиловый эфир фталевой кислоты /ДБЭФК/ 880 176 4,29 0,86
Бензилметакрилат 515 103 3,65 0,73
Л'-дезил-М-циклогексилацетамид /ДЦГ А/ 655 131 3.86 0,77
Триэтиленглиголь диацетат /ТЭГ ДА/ 1380 276 6,55 1,31
1,29 вт/м2. Лимитирующими критериями в обосновании порогового и подпорогового уровней явились суммационно-пороговый показатель, длительность автоматизма сердца, весовые коэффициенты паренхиматозных органов (печень), фагоцитарный индекс, содержание гликогена, липидов, активность щелочной фосфатазы, цитохромоксидазы нейтро-филов крови. Доза 32,4 вт/м2 установлена как явно действующая на организм. Кроме указанных изменений при ее воздействии у животных определено снижение двигательной активности, фагоцитарного числа как показателя клеточного иммунитета. Необходимо отметить, что при действии всех исследуемых доз у животных опытных групп по показателям температуры тела, истинной кислотности мочи, весовых коэффициентов паренхиматозных органов (почки, селезенка), цитогенетических нарушений достоверных различий, по сравнению с контролем, не установлено.
С целью изучения комбинированного, комплексного, сочетанного воздействия факторов производственной среды нами осуществлялось ортогональное планирование и проведение эксперимента, матрица которого представлена в табл. 2
Из табличных данных следует, что в эксперименте были проанализированы биологические эффекты воздействия веществ на уровне порогового и подпо-
рогового влияния на организм. При этом оценивались результаты фактического эффекта в сравнении с ожидаемым различными методами.
Проведено обоснование последующих методических приемов в оценке комбинированного, комплексного, сочетанного действия производственных факторов на организм.
Сложность построения математического описания заключается в том, что выходные параметры системы при всей совокупности контролируемых воздействий характеризуются неоднозначно, ввиду наличия многих неконтролируемых (возмущающих) влияний и воздействий. Обычно связь между входными и выходными параметрами описывается полиномом, для оценки коэффициентов которого подбирается достаточный статистический материал. Опыт показывает, что удобнее набирать этот материал, предварительно математически спланировав эксперимент.
Математическое планирование эксперимента -это процедура выбора числа опытов, условий их постановки, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Одновременно выбираются и методы математической обработки результатов.
Разработанный метод факторного эксперимента для исследования одновременных воздействий мно-
Таблица 2
Планирование экспериментальных исследований по изучению комбинированного, комплексного, сочетанного действия факторов производственной среды
Ингаляционное Перку тайное
воздействие воздействие
ТГМ-3 МГФ-1 ТГМ-3 МГФ-1
Бензилметакр илат МГФ-1 Бензилметакр илат МГФ-1 Ультрафиолетовое излучение
ДЦГА ТГМ-3 ДЦГА ТГМ-3
ДБЭФК ТГМ-3 ДБЭФК ТГМ-3
ТГМ-3 тэгдл ТГМ-3 ТЭГДА
Доля порогового воздейств. Доля порогового воздейств. Доля порогового воздейств. Доля порогового воздейств. Доля порогового воздейств.
X, х2 Хз х4 х5
1 1 1 1 1
0,2 1 1 0,2 1 1 1 1 0,2 0,2
0,2 1 0.2 1 1 0,2 1 1 1 0,2
0,2 1 1 0.2 0,2 0,2 1 1 1 1
0,2 0.2 0,2 1 0,2
1 1 1 0,2 0,2
0.2 1 1 0.2 1
1 0,2 1 0,2 1
0,2 0,2 1 0,2 0,2
1 1 0,2 0,2 0,2
0,2 1 0,2 0,2 0,2
1 0,2 0,2 0,2 0,2
0.2 0,2 0,2 0,2 1
гих переменных /«многофакторный эксперимент»/ означал начало применения методов, связанных с оптимальным использованием факторного пространства.
В наших исследованиях учитывалось пять основных воздействий /5 факторов/.
- вещество А ингаляционно;
- вещество В ингаляционно;
- вещество А перкутанно;
- вещество В перкутанно;
- воздействие УФ-излучения.
Использовано две величины реплик:
- единичная (порог острого действия данного вещества);
- дробная реплика (0,2 порога острого вещества).
Выбор дробной реплики определен соотношением порогового и подпорогового воздействия.
Получена система уравнений, количество которых равно количеству неизвестных. Для простоты рассмотрения приводится ход решения уравнений на примере системы с четырьмя неизвестными. Решение представляет собой - модифицированный метод Гаусса:
а0 + а, Ум+а2У|2 + азУ,3 = Р1
а0 + а, У2| + а2 У22 + аз У23 = Р2 а0 + а. У3|+ а2 У32 + аз Узз = Р3 30 + 31 У41+ а2 У42 + Э3 У43 = Р4 Обработка методом Гаусса дает, очень приближенные результаты, и должна быть усовершенствована. Это усовершенствование, возможно, /пример трех уравнений/:
а, У||+а2У,2 + азУ|3 = Р1 а, У2,+ а2 У22 + аз У23 = р2 а, Уз.+ а2 У32 + аз Узз = Р3
Систему уравнений можно записать, отбросив символы а , а2, а,. Получится так называемая расширенная матрица системы:
У,, У,2 У.з р| У21 У22 У23 Р2 Уз, У32 Узз Р3
Решение системы линейных уравнений не изменяется, если умножить правую и левую части уравнения на любое /кроме нуля/ число.
Чтобы первый коэффициент уравнения стал равен 1, разделив первое уравнение на у||; получены данные:
1 У12/11 У.з/,1 р,/У„
У2 У22 У23 Р2
Уз. У 32 Узз Р3
В результате полином описывает свойства точнее, чем указанный ранее способ. Однако, для результатов, в которых четыре фактора дробные (=0,2) и один - целый (=1), ошибка полиномиального метода может быть иногда значительна. Таким результатам могут быть даны три объяснения:
1) велика ошибка в исходных данных, в результате чего метод решения дает большие вариации;
2) ошибка в исходных данных в целом не велика,
но имеется несколько значений с более высокими отклонениями;
3) иногда в факторных экспериментах встречаются ситуации, когда дробный фактор слишком мал по величине и не оказывает влияния на экспериментальное свойство.
Рассмотрение ситуации возможно с третьего предположения. Можно допустить, что величина фактора = 0,2 слишком мала, не оказывает воздействия. То есть, воздействие принимается за 0. Таким образом, экспериментальная матрица принимает вид:
1 1111
0 1110
0 0 0 0 1 Такая матрица называется «импульсной». Из этого предположения можно найти коэффициенты воздействий полинома вида:
В( х1"“п+ В2 Х||шп'+ вз Х3ИМ" + В4 Х4ИМП- + В5 Х,“ш' = ф"мп, где х"ил — соответствующий фактор в импульсной матрице.
Этот расчет был проведен и внесен в материалы исследований. По результатам анализов в пяти системах действующих веществ (по 15 свойств в каждой/ сходимость данных этим методом в целом лучше, но в первой строке матрицы, где все факторы = 1, значение изменения эффекта, явно высокое. Это несоответствие позволяет предположить, что значением фактора 0,2 не следует пренебрегать, и предположение 3) для данной системы не является действительным.
Вместе с тем, результаты расчетов полиномиальным и импульсным методом обладают сходной динамикой, то есть предположение 1/ о высокой величине ошибок в системе также недействительно.
Таким образом, более обоснованным в проводимых исследованиях является предположение 2 о том, что ошибка большинства исходных данных в расчетах не велика и, безусловно, определяется сложное влияние факторов при комбинированном, комплексном, сочетанном действии в пороговых и подпоро-говых уровнях.
Сравнение данных в разных системах показывает, что характеристические коэффициенты для одного вещества (например, ТГМ-3) в разных системах близки, в результате можно вывести некоторые средние значения их для всех свойств. То же касается и действующего фактора - ультрафиолетового излучения.
Заключение
Возможности факторного эксперимента не исчерпаны. Например, зная парные воздействия в системе (то есть, учитывая экспериментальные данные, где воздействуют два фактора из пяти), можно получить необходимые коэффициенты и рассчитать значение свойства в системе с наибольшей точностью. При анализе данных такого расчета и сопоставлении их с экспериментальными можно сделать вывод, как
распределяются и чем вызваны отклонения экспериментальных данных и расчетных. Полученные же коэффициенты могут составить основу банка данных по оценке воздействия ядовитых веществ.
4 Зак. 2443
49
