CC BY
5
© Л. Е. ГУСАКОВ, М. Г. ТОДЕРИШИН. 1991 УДК 613.632:615.91.015.2||-07
А. Е. Гусаков, М. Г. Тодеришин
МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ ДВУХ
ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ
Минздрав СССР, Москва
Комбинированному действию химических веществ и вредных факторов внешней среды, являющемуся одной из центральных проблем промышленной токсикологии, посвящено много исследований, однако до настоящего времени методические подходы к оценке токсичности и опасности различных веществ (факторов) при их совместном действии разработаны недостаточно [1, 5, 8].
Наиболее распространенными качественными методами изучения комбинированного действия токсичных веществ остаются графический метод изоболических диаграмм ¡1, 13, 14] и его модификация — метод отклонения от аддитивности [2]. В последнее время все больше внимания уделяется количественным методам с помощью многофакторного анализа (множественной регрессии) [8], расчета коэффициентов потенцирования [3] и т. п. Однако в силу ограниченности применимости эти методы не позволяют оценивать комбинационные эффекты во всех диапазонах воздействующих доз. Так, выражение комбинационного эффекта при аддитивном действии суммой эффектов действия отдельно взятых компонентов [1, 6, 7] при больших дозах приводит к значениям эффекта больше 100 %. Использование математического выражения вероятности наступления 2 независимых событий для оценки аддитивного действия [4, 10] в ряде случаев приводит к заниженным результатам. В методкке множественной регрессии поле эффектов, имеющее вид сложной поверхности с 5-образным сечением, аппроксимируется плоскостью [8], что в ряде случаев приводит к существенным отклонениям расчетных значений эффектов при малых и больших дозах (р<0 или р>100%), а также при действии отдельно взятых компонентов.
Целью данной работы явилось обоснование математического метода количественной оценки комбинированного действия 2 токсичных компонентов (химических веществ, вредных факторов), позволяющего производить экстраполяцию во всем диапазоне доз. Разработка метода осуществлялась на основе графического метода Ьое\уе [7, 13, 14] и определения аддитивности (простое суммирование) как однородного совместного действия, при котором компоненты действуют на одну и ту же систему рецепторов так, что один компонент может быть заменен другим без изменения токсичности смеси [1, 9, 12]
Графически аддитивное действие изображается на изоди-намических и изоболических диаграммах изоэффективными линиями (изоболами суммирования) в виде отрезков прямых, соединяющих изодинамические дозы отдельно взятых компонентов [6]. Исходя из этого, дозы аддитивно действующих компонентов (Р\ и 02) могут быть выражены в долях от их изодинамических доз (с1\ и ¿2)
и £>2 = (1—Л) (1 и 2)
где 0<Л<1.
Значения коэффициентов А и (1—А) являются координатами точек аддитивного действия 2 компонентов, лежащих на изоболе суммирования.' Экспериментальная изобола строится аналогично по координатам точек, определяемым как отношения действующих доз компонентов к их изодина-мическим дозам, вызывающим эффект, равный наблюдаемому
(3 и 4)
1 эхсп
2 жен
Используя математическое выражение вероятности наступления двух независимых событий
Рнез=Р1+.Р2-Р>Рг, (5)
где Р\ и Рч — эффекты, вызываемые отдельно взятыми компонентами, можно рассчитать соответствующие изодинамические дозы компонентов и построить изоболу независимого действия по точкам с координатами:
С,=
/5,
и С2 =
02
(6 и 7)
1 ноз 2 нсз
Анализ построенных таким образом изодинамических диаграмм по экспериментальным данным [1 —11] свидетельствует о том, что отнсшение отклонений экспериментальных и расчетных изобол независимого действия от теоретических изобол суммирования постоянно при различных соотношениях доз (см. рисунок).
Это позволило использовать различия между значениями расчетных суммарных доз компонентов при независимом действии и аддитивности в качестве меры отклонения от аддитивности и аппроксимации величин наблюдаемых эффектов.
Для разработки математической модели комбинированного действия было применено известное логистическое выражение зависимости доза — эффект [5, 15].
Р=
1+е-1-преобразованное к виду
|_|_е-В (1п л— |п й0 5)
(8)
(40"
1 +
; Р2=
( рг V У
р =.
' адд
X у '
+ (4^)'
(9, 10, 11)
•1 02 ®5
Изодинамические диаграммы комбинированного действия ацетона и рентгеновского излучения (а), полимера и мыльно-масляной эмульсии (б).
/ — нзобола суммирования; 2 — экспериментальная изобола; 3 — изобола независимого действия.
Таблица I
Аппроксимация эффектов комбинированного действия 2 компонентов по экспериментальным данным рисунка
Ацетон и у'нзлученнс Полимер и ММЭ
концентрация ацетона, мг/л доза у-облучення, Р значения эффектов концентрация полимера, кг/га концентрация ММЭ, кг/га значения эффектов
экспериментальные расчетные экспериментальные расчетные
40 200 0,13 0,14 4 18 0,75 0,81
46 200 0,25 0,26 12 14 0,50 0,45
52 200 0,41 0,41 20 10 0,30 0,26
56 200 0,47 0,51 28 6 0,45 0,46
65 200 0,73 0,70 36 2 0,50 0,77
68 200 0,76 0,75
40 400 0,20 0,22
46 400 0,33 0,34
52 400 0,47 0,48
56 400 0,60 0,58
65 400 0,73 0,75
68 400 0,80 0,79
где £>|, £>2 — дозы (концентрации) 1-го и 2-го компонентов; х, у — среднесмертельные (среднеэффективные) дозы (концентрации) 1-го и 2-го компонентов; Р\, Я2, Яадд — эффекты при действии отдельно взятых компонентов и их совместном аддитивном действии; п, т, к — соответствующие коэффициенты интенсивности прироста эффекта (показатели функции наклона).
Исходя из вышеизложенного, для аппроксимации дозо-вых зависимостей при комбинированном действии монет быть использовано выражение (11) с поправками, определяющими кажущееся изменение приведенных доз при их совместном действии
р _
гкомб
У -у_у '
\ * у /
(12)
Я=-
I
Яа„„ ^ ~к Я, £>2
адд
(^алд \ 1 — Р '
К * ялп
X + У
1
(^нез ^ ^ ( °нез \ 1 _Р / V 1 —Р /
(13)
1-Я ' 4 1-Я
1 г ног 1 нез
Значения показателей а| и а2 соответствуют степени изменения доз компонентов при комбинированном действии в относительных единицах.
Анализ выражения (12) позволяет классифицировать комбинированное действие следующим образом:
Поправка Я является отношением суммы доз компонентов к рассчитанной по преобразованному логистическому выражению суммарной дозы, вызывающей эффект, равный таковому при независимом действии компонентов
а, =а2=0; Я, = ЯЗДД
«1=02=—1; Рк = Я„ез
а,=«2>0; Я*>Я а,=а2<— 1; Я*<Я,,ез
— суммирование (аддитивность);
— независимое действие;
— потенцирование;
— антагонизм;
— условный антагонизм.
0>«,=«2>-1; Р^>Рк>Ртз
При а\фаг взаимное влияние компонентов следует рас-
Таблица 2
Токсикометрические показатели раздельного и комбинированного действия различных компонентов
- Раздельное действие Комбинированное действие Литературный источник
Компоненты Вид аппликации X У п т Я* о3 интервал значений поправок Ли, Т70! 5
МБА МБС Стирол
Формальдегид А пето У
Толуол
СО
СО
Триэтиламин
Бензол
Толуол
Бензол
СО
Полимер ММЭ
Купрополимер ММЭ
Перорально 5446 мг/кг 5,64 0,000 —0,54 0,77...0,85
То же 1165 мг/кг 2,68 0,012 —0,30 0,86...0,91
» » 2815 мг/кг 265 мг/кг1 9,38 0,009 —0,94 0,57...0,76
» » 7,00 0,034 — 1,10 0,52...0,72
Ингаляция 57,75 мг/л 5,57 0,041 —0,90 0,60...0,79
Облучение 597 Р 8,43 0,021 —0,84 0,62...0,80
Ингаляция 30 мг/л 3,49 0,047 —2,82 0,30-0,63
То же 4,06 мг/л 2,31 0,080 — 1,90 0,44...0,73
» » 3,62 мг/л 3,33 0,103 4-0,61 1,15-1,37
» » 2,06 мг/л 6,02 0,030 -0,65 0,71...0,86
» » 25,0 мг/л 3,55 0,009 —0,82 0,68-0,80
» » 27,4 мг/л 3,55 0,023 —0,92 0,65...0,78
» » 23,45 мг/л 4,01 0,031 — 1,22 0,57...0,65
» » •3,43 мг/л 3,01 0,023 +0,35 1,13-1,18
Опрыскивание 34,5 кг/га 3,06 0,065 +5,28 1,15-5,90
То же 112 кг/га 1,43 0,018 + 10,50 1,32-34,13
» » 17 кг/га 1,81 0,061 -26,11 0,00...0,92
» » 55 кг/га 1,46 0,019 +9,00 1,03-7,50
Примечание. Звездочка
0,042 (11| 0,082 |6)
0,021 0,104 0,149 0,166 0,204 0,167 0,143
[6] [6] [61 [6] [6] [1] Ш
(Р )2
V расч г эксп^
/V—1
сматривать по предложенной классификации только как «несимметричное».
Коэффициент интенсивности прироста эффекта при комбинированном действии К рассчитывается следующим образом. Исходя из уравнений (1, 2) и преобразованного логистического выражения эффектов изодинамических доз отдельно взятых компонентов, получаем равенства:
( Р. )" Г Di 1 ^А-х' L (1-/1) -у J
1 +
v A-x > r l (1-Л) -y J
или
(Jh-V- \ 1
(14)
(15)
по которым методом пошагового подбора с минимизацией среднего квадратичного отклонения для каждой композиции компонентов рассчитываем значение коэффициента А и эффекта Рк. Затем с помощью инвертированного выражения (11) определяем значение К
К=
(16)
Определение всех токсикометрических показателей (лг, у, п, т, а, и аг) также проводится методом пошагового подбора с минимизацией среднего квадратичного отклонения.
В табл. 1, 2 приведены результаты аппроксимации Комбинированного действия по разработанной методологии на примерах литературных данных. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что эффекты раздельного и комбинированного действия вполне удовлетворительно (в пределах ошибки эксперимента) аппроксимируются при всех значениях доз компонентов. Расчетные значения поправок позволяют количественно оценивать взаимное влияние компонентов, а также направленность их механизмов действия. Вместе с тем предложенная классификация комбинированного действия справедлива только при условии Рнез<.Рзав-Следует учитывать, что при увеличении доз до определенных значений, особенно при малых пит, эффекты независимого действия становятся равны, а затем больше эффектов аддитивного дейстзия, а это приводит к изменению
значений на обратные. Возникает необходимость проверки ■ физического (биологического) смысла предложенной математической модели при малых значениях коэффициентов интенсивности прироста эффектов п и m на статистически достоверных экспериментальных данных.
Для большинства веществ коэффициенты « и m достаточно велики, что позволяет использовать математическую модель для количественной оценки комбинированного действия различных компонентов (веществ и вредных факторов), в том числе на уровне пороговых доз по вероятности смертельных и несмертельных эффектов.
Литература
1. Голубев А. А., Люблина Е. И., Толоконцев М. А., Филов В. А. Количественная токсикология.— М., .979.— С. 174—188.
2. Ермаков М. В. Ц Мед. паразитол,— 1943.— № 3.— С. 42—54.
3. Каган Ю. С.// Гиг. и сан,— 1973.— № 12,— С. 89—91.
4. Копанев В. А.// Там же,— 1980,— № 6,—С. 59—61.
5. Копанев В. А., Гинсбург Э. X., Семенова В. Н. Метод вероятностной оценки токсического эффекта.— Новосибирск, 1988.
6. Кустов В. В., Тиунов А. А., Васильев Г. А. Комбинированное действие промышленных ядов,—М., :975,— С. 44—46.
7. Лазарев И. В. Общие основы промышленной токсикологии— М.; Л., 1938.
8. Нагорный П. А. Комбинированное действие химических веществ и методы его гигиенического изучения.— М., 1984.
9. Основы промышленной токсикологии / Под ред. Н. А. То-локонцева, В. А. Филова,—Л., 1976.
10. Сватков В. И., Мудрый И. В. // Гиг. и сан,— L988.— № 5.— С. 71—72.
11. Федоренко В. И.Ц Там же.— 1986.—№ 11,—С. 54— 57.
12. Bail W. L.U Amer, industr. Hyg. Ass. J.— 1959.— Vol. 20,— P. 357—363.
13. Loewe S. 11 Klin. Wschr.— 1927.— Bd 6, N 8,— S. 1077— 1085.
14. Loewe S. // Ergebnisse der Physiologie.— München, 1928.— Bd 27,— S. 47—187.
15. Toxic Substances and Human Risk.— New York, 1987.
Поступила 17.12.90
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1991
УДК 614.445:628.312: [547.551.54 + 547.5461-074:543.544
Н. В. Зайцева, Т. С. Уланова, В. Ю. Малков, Т. В. Нурисламова
ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРО- И АМИ НОСОЕДИ НЕНИЙ
АРОМАТИЧЕСКОГО РЯДА
Пермский политехнический институт
На предприятиях анилино-красочной промышленности образуются сточные воды, содержащие большой набор органических соединений. Среди них весомый вклад в загрязнение водных объектов вносят нитро- и аминосоединения ароматического ряда — анилин (АН), М-метиланилин (Ы-МА), о-толуидин (ОТ), N. Ы-диметиланилин (N1, К'-ДМА), 4-нигро-толуол (4-НТ), N. Ы-диэтиланилин (Ы, Ы-ДЭА), N. К'-диэтил-м-толуидин (Ы, Ы-ДЭМТ), М-этил-о-толуидин (Ы-ЭОТ), ¡^-этил-м-толуиидин (Ы-ЭМТ), м-толуидин (МТ), 4-нитроди-этиланилин (4-НДЭА).
Исследуемые нитро- и аминосоединения ароматического ряда — высококипящие, труднолетучие жидкости со своеобразным запахом с близкими температурами кипения. Особенностью токсического действия нитро- и аминосоединений является их политропность [2].
Из существующих методов определения аминосоединений ароматического ряда в воде водных объектов наиболее приемлемым для выполнения санитарно-химического контроля на уровне гигиенических нормативов является газохромато-графический метод [3], позволяющий определять АН, Ы-МА, МТ, Ы-этиланилин (Ы-ЭА), Ы-ЭОТ, Ы-ЭМТ в воде водных объектов. Определение основано на концентрировании аминов экстракцией бензолом с последующим упариванием экстракта и газохроматографическом определении с ДИП на колонке, заполненной хроматоном-Супер, обработанном 30 % ОУ-1.
В процессе выполнения исследований возникла необходим мость в определении дополнительно к перечисленным веществам следующих компонентов: ОТ, 4-НТ, N. Ы-ДЭМТ, 4-НДЭА при совместном присутствии в воде водоемов.
