CC BY
36
© Г. Т. ФРУМИН. 1991 УДК 613.632+615.9].001.33
Г. Т. Фрумин
КЛАССИФИКАЦИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПО СТЕПЕНИ ТОКСИЧНОСТИ
В ОСТРЫХ ОПЫТАХ
НИИ военной медицины, Ленинград
Одним из фундаментальных процессов в любой науке является классификация изученных объектов [6]. Этот тезис справедлив как для естественных объектов (элементарных частиц, атомов, молекул, растительных и животных сообществ), так и для токсичных веществ (токсикантов).
В естественных условиях токсиканты представляют опасность для человека при поступлении в его организм через органы дыхания, желудок и кожу. Именно поэтому известные укрупненные классификации опасности веществ по степени воздействия на организм содержат данные о средних смертельных дозах при введении в желудок и нанесении на кожу, а также о средних смертельных концентрациях в воздухе [3—5, 7, 13]. Все известные классификации токсикантов имеют право на существование и признание, хотя они и не лишены ряда недостатков. Во-первых, произволен и неоднозначен выбор модельного биообъекта: мыши в классификации И. В. Саноцкого [12], кролики в классификации токсичности веществ при нанесении на кожу Н. Hodge и I. Sterner [19], крысы в других классификациях [9]. Во-вторых, количество классов тоже разное: три [8|, четыре [4], пять [17], шесть [19]. В-третьих, различаются границы классов: в одних классификациях коэффициент перехода от одного класса к другому остается постоянным, в других — варьирует, принимая разные значения. Следствием разнообразия методологических подходов к решению проблемы классификации токсикантов является разнообразие самих классификаций в различных странах и организациях [7]. В качестве примера укажем на то, что к малоопасным веществам при введении в желудок LD50)K Европейское сообщество относит токсиканты (пестициды), для которых LD50w более 400 мг/кг, ФРГ — более 1000 мг/кг, Греция — более 2000 мг/кг, ВОЗ — более 4000 мг/кг, а отечественный ГОСТ 12.1.007—76 — более 5000 мг/кг [7], т. е. крайние значения LD50iK в соответствии с этими классификациями различаются более чем в 10 раз.
Сказанное выше стимулирует поиск более совершенных методологических принципов классификации токсикантов. Результаты такого поиска приведены ниже.
В качестве модельных биообъектов рассматриваются крысы, выбор которых обусловлен прежде всего тем, что на них, по данным литературы, проведено наибольшее количество экспериментов при трех указанных выше путях воздействия токсикан-
тов. Кроме того, известны уравнения, связывающие ЬОбо токсикантов при введении в желудок крыс (ЬЭ50ж) со средними смертельными концентрациями их в воздухе (СЬбо) и средними смертельными дозами при нанесении на кожу (ЬО50к) [3, 11]. В преобразованном виде эти уравнения имеют следующий вид:
ЬО50к=5,888.ЬО5°67ж9, (1)
СЬ50=0,0212^0^9ж2- (2)
В этой связи в качестве базовой целесообразно выбрать классификацию токсикантов при введении в желудок. Учитывая, что для белых крыс массой 0,2 кг максимально допустимый объем жидкости при введении в желудок [16], соответствующий максимальному объему желудка [1], равен 5 см3, несложно подсчитать максимально возможное значение ЬО50ж. Оно равно около 25 000 мг/кг. Это предельное (верхнее) значение средних смертельных доз любых токсикантов при одноразовом введении в желудок крыс используем для определения границ классов.
Для удобства сравнения с другими классификациями, приводимыми в литературе, выберем 4 класса токсичности. Для оценки границ классов воспользуемся следующими соображениями.
Данные различных источников литературы позволили выявить наиболее вероятное значение коэффициента вариации при определении средних смертельных доз токсикантов. Этот коэффициент, равный отношению среднего квадратического_отклонения (а) к средней летальной дозе(Ь05о), в среднем оказался равным 0,2. В то же время из теоретической статистики известно, что, хотя нормальный закон распределения предполагает существование бесконечно малых и бесконечно больших значений любой, следующей ему случайной величины, на практике случайные переменные имеют конечные области существования.
Учитывая, что один класс токсикантов должен качественно отличаться от другого, целесообразно использовать функцию нормального распределения, ограниченную слева и справа от математического ожидания (ЬОго) основными отклонениями на величину 4а. Такой подход используется в некоторых науках, в частности в психологии [15], а применительно к рассматриваемой проблеме он гарантирует ошибку выборочной средней (Ь05о), не превышающую 0,0001 [10]. Заметим, что при использовании «правила трех сигм» такая
4
Щ
Таблица 1
Классификация токсичности веществ по степени воздействия на организм
Таблица 2 Характеристика распределения токсикантов по классам
Показатель Класс точности
1-й 2-й 3-й 4-й
Показатель Число соединений Распределение токсикантов по классам Энтропия
1-й 2-й 3-й 4-й информации
Ь05о при введении
в желудок, мг/кг <35 35—300 300—2800 >2 800 ЬЭбо при нанесении
на кожу, мг/кг <100 100—530 530—3100 >3 100
С 1.5о, мг/м3 <500 500-4000 4000-30000 >30 000
ошибка существенно выше и составляет 0,0044 [10].
Таким образом, за основу вычисления границ классов в данной работе приняты следующие соотношения:
о=0,2-П>50; __(3)
ЬОЙах= и55о+4а= 1,8 ЬОао! (4)
Ь05г?'п=Ь05о-4о=0,2 ЬО50. (5)
На основе изложенной выше методологии были разработаны классификации токсикантов при введении в желудок, нанесении на кожу и при ингаляции. В соответствии с общепринятыми классификациями были выделены четыре класса токсичности: 1-й — чрезвычайно токсичные вещества, 2-й — высокотоксичные, 3-й — умеренно токсичные и 4-й класс — малотоксичные.
Для примера рассмотрим способ расчета границ классов токсичности при введении в желудок. В соответствии с изложенным выше предельное значение ЬО50 составляет 25 000 мг/кг. Тогда с учетом [4] для 4-го класса: 1,8 ЬОбо=25 000 мг/кг, ЬО50= 13 889 мг/кг и Ь0$"=0,2-13 889 = = 2778 мг/кг. Принимая далее, что вышеприведенное ЬОЕо" равна ЬБыГ для 3-го класса, несложно по уравнениям (4) и (5) определить границы остальных классов токсичности.
Установив таким способом классы токсичности веществ при введении в желудок, по формулам (1) и (2) рассчитываем границы классов токсичности при других путях воздействия токсикантов на крыс. Результаты проведенных расчетов после некоторого округления полученных значений ЬОбо позволили разработать укрупненную классификацию токсикантов, представленную в табл. 1.
От известных предлагаемая классификация отличается следующими двумя особенностями. Во-первых, в ней четко и однозначно на основании теоретических представлений («правило четырех сигм») обоснованы числовые границы классов токсичности. Во-вторых, предлагаемая классификация не независима, а связана «генетически» взаимнооднозначными соответствиями, определяемыми аналитическими зависимостями между средними летальными дозами (концентрациями) при разных путях воздействия токсикантов (через желудок, на кожу, ингаляционно). Поэтому предложенную классификацию можно считать результа-
ьо
50ж 50 к
С 1-50
1153 69 329 34 402 55
200 62 98
539 158 136
345 75 113
1,7155 1,7814 1,9330
том развития и совершенствования известных классификаций, в которых числовые характеристики границ классов выбраны произвольно.
Представленные данные позволили выявить закономерности распределения токсикантов по классам и на этой основе рассчитать энтропию информации (Н), характеризующую токсиканты в зависимости от пути воздействия на организм. С этой целью в соответствии с предложенной классификацией были обработаны данные о ЬОбо и СЬбо, заимствованные из различных источников [2, 4]. Так, например, при анализе данных о ЬО50ж для 1153 соединений в 1-й класс включено 69, во 2-й — 200, в 3-й — 539 и в 4-й класс — 345 токсикантов. Энтропию информации (интегральный показатель распределения элементов множества токсикантов по классам) рассчитывали по формуле Шеннона [14]:
¡=4
Н= - 2 />; РЬ
Р- ^
(6)
(7)
где <2, — число веществ в данном классе токсичности; С? — общее число рассматриваемых веществ.
Результаты анализа представлены в табл. 2.
Анализ данных табл. 2 показывает, что наименьшее число веществ принадлежит к классу чрезвычайно токсичных, а наибольшее—к классу умеренно токсичных. Сходное распределение ранее выявлено в работах [3, 18].
При анализе табл. 2 обращает на себя внимание тот факт, что наибольшее разнообразие (наименьшее значение Н) характерно для органических токсикантов при введении в желудок (Н= 1,7155). Это обусловлено тем, что при введении органических токсикантов в желудок защитная функция организма выражена в наибольшей степени. Этот факт обусловлен наименьшей вероятностью достижения токсикантами биомишени вследствие процессов биотрансформации, выведения и рефлекторных реакций со стороны желудочно-кишечного тракта. Защитная функция кожи в отношении органических токсикантов, напротив, выражена в меньшей степени, на что указывает меньшее значение Н — 1,7814. Наименьшее разнообразие характерно для органических токсикантов, воздействующих на организм через органы дыхания
(Н= 1,9330), что легко объясняется наименьшими защитными функциями организма при введении токсикантов именно этим путем.
Литература
1. Бесядовский Р. А., Иванов К■ В., Козюра А. К. Справочное руководство для радиобиологов,—М., 1978.
2. Вредные вещества в промышленности / Под ред. Н. В. Лазарева и др.— Л., 1976 — Т. 1—2; 1977,— Т. 3.
3. Заугольников С. Д., Кочанов М. М., Лойт А. О., Ставчан-ский А. И. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ.— М., 1978.
4. Иэмеров Н. Ф., Саноцкий И. В., Сидоров К. К■ Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном воздействии,— М., 1977.
5. Каган Ю. С. Общая токсикология пестицидов,— Киев, 1981.
6. Классификация и кластер / Под ред. Дж. Вэн Райзина,— М., 1980.
7. Мельников Н. И. // Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева,— 1978,— № 2,— С. 136—142.
8. Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов / Под ред. Л. И. Медведя.— Киев, 1969.
9. Основы общей промышленной токсикологии / Под ред.
Н. А. Толоконцева, В. А. Филова,— Л., 1976.
10. Пасхавер И. С. Закон больших чисел и статистические закономерности,— М., 1974.
11. Румянцев Г. И., Новиков С. М. // Гиг. и сан,— 1975,— .49 4,- С. 91-95.
12. Саноцкий И. В. // Токсикология новых промышленных химических веществ,—М., 1967,— Вып. 9.— С. 7—19.
13. Саноцкий И. В., Уланова И. П. Критерии вредности в гигиене и токсикологии при оценке опасности химических соединений,— М., 1975.
14. Сороко Э. М. Структурная гармония систем.— Минск, 1984.
15. Суходольский Г. В. Основы математической статистики для психологов,— Л.. 1972.
16. Токсикометрия химических веществ, загрязняющих окружающую среду // Под ред. А. А. Каспаров, И. В. Саноцко-го.— М., 1986.
17. Deichmann W. В., Gerarde H. W. Toxicology of Drugs and Chemicals.— New York, 1969.
18. Gosselin R. // J. A. M. A.- 1957,— Vol. 163, N 15.— P. 133.
19. Hodge H. C., Sterner J. H. // Amer, industr. Hyg. Ass. Quart.— 1943.- Vol. 10.- P. 93.
Поступила 12.07.89
© H. Ф. ЛАЛОВА. В. Ф. СПИРИН. 1991 УДК 613:001.5| :002.5/.6:519.86
Н. Ф. Лалова, В. Ф. Спирин АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ПРОБЛЕМ ГИГИЕНЫ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Саратовский НИИ сельской гигиены
Возрастающий поток информации по любой научной проблеме требует создания и использования современных информационно-поисковых систем, позволяющих определить темпы и тенденции развития научных направлений в исследованиях.
Первостепенная роль в оценке значимости публикаций принадлежит методу смыслового анализа документа, однако в связи с продолжающимся ростом ежегодного объема информационных потоков сплошное изучение каждого из источников становится затруднительным. В связи с этим в последнее время большое значение приобретают наукометрические методы, которые позволяют в результате предварительного количественного анализа всего потока (или его части) выделить круг документов, требующих более детальной смысловой оценки [2].
В настоящее время проводятся исследования потока информации с целью определения темпов и тенденций развития научных направлений, оптимизации прогнозирования, например в травматологии и ортопедии [I], фармации [4], радиационной гигиене [2]. Однако сведения о проведении наукометрического анализа потока информации и составлении информационно-поискового языкапо шсиене отсутствуют.
УровётТЬ современных научных исследований по гигиене села требует просмотра и анализа большого информационного массива данных медико-био-
логического профиля, а также сведений по естественным и техническим наукам.
Проблема усложняется тем, что проработка ведется по всем восьми разделам Международной классификации изобретений и большого числа рубрик Универсальной десятичной классификации.
В работе использовали следующие методы исследований: сбор и систематизацию рассеянной медицинской, сельскохозяйственной и технической информации; анализ и обобщение. Методы кла-стер-анализа [3], лексикографического анализа, экспертных оценок были использованы при математической обработке данных на ЭВМ.
Основной задачей I этапа явилось проведение предварительного качественного квалиметриче-ского анализа структуры информационного массива исследуемого объекта, сосредоточенного в банке данных (БД). Пополнение БД производится по трем основным каналам: научно-техническому и технико-экономическому, патентному и экспертному.
На I этапе были реализованы следующие процессы: определение состава, объема и полноты текущей и ретроспективной информации; разработка регламента поиска информации; создание справочно-поискового аппарата; обработка и систематизация информационных источников; ква-лиметрический и предварительный качественный
