CC BY
5
Методы исследования
t
© В. И ФЕДОРЕНКО. 1993 УДК 615.9.015.4.076.9
В. И. Федоренко
О КРИТЕРИАЛЬНОЙ ЗНАЧИМОСТИ УЧЕТА КУМУЛЯЦИИ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ
ОЦЕНКЕ СМЕСЕЙ КСЕНОБИОТИКОВ
Львовский медицинский институт
Известно, что изучение кумуляции является обязательной составной частью исследований по гигиенической оценке ксенобиотиков и их смесей. Характеристики кумуляции смесей веществ, как и другие параметры токсикометрии, могут быть установлены только для смесей фиксированного состава (СФС). Степень кумуляции компонентов и СФС чаще всего оказывается различной. Поэтому возникает необходимость учесть эти различия на всех этапах токсикометрии, начиная с определения Ь05о (СЬзо) и количественных критериев кумуля-
I- ции в острых опытах. Ниже на ряде конкретных примеров обсуждается роль выявления кумулятивных свойств компонентов и СФС при определении типа комбинированного действия (КД) веществ, входящих в состав смеси, и оценке пороговых и подпороговых доз (концентраций) СФС и ее компонентов.
В опытах на белых крысах при энтеральном введении препаратов определяли параметры токсикометрии нитратов свинца, кадмия и натрия, линдана и хлорофоса, а также ряда их комбинаций в соотношении 1:1 по индивидуальным 1-05о. Последние составляли: для нитрата свинца — 3600,0 (3111,3—4087,8) мг/кг, нитрата кадмия — 220,0 (173,1 — 266,9) мг/кг, нитрата натрия — 6437,5 ( 6064,4—6810,8) мг/кг, линдана — 311,0 (263,1—358,9) мг/кг, хлорофоса — 375,0 (357,1—392,9) мг/кг. При комплексной (квалиметрической) оценке кумуляции по совокупности результатов острых и под-острых опытов [9] хлорофос отнесен к слабокумулятивным препаратам, нитрат натрия — к среднекумулятивным, остальные вещества — к сильнокумулятивным. ЬО50 и степень кумуляции исследованных СФС представлены в табл. 1. Для каждой СФС там же указан тип КД по токсичности и степени кумуляции, установленный в соответствии с развиваемым нами методическим подходом [4, 6, 7].
^ Как видим, все 3 бинарные СФС оказались сильнокумулятивными, несмотря на то что в 2 из них присутствует хлорофос, причем смесь ландан+хлорофос включает компоненты практически равной токсичности. Сильная кумулятивность этих 2 СФС в равной мере распространяется на сильнокумулятивный нитрат свинца или линдан и слабокумулятивный хлорофос. В связи с этим характер КД по кумуляции для обеих СФС оцениваем как потенцирование. Принципиально то же самое относится и к СФС, состоящим из 4 и 5 компонентов (если бы степень кумуляции названных 4 СФС оказалась не сильной, а слабой, КД по кумуляции оценили бы как антагонизм).
Для бинарной СФС солей тяжелых металлов и тройной смеси нитрат свннца+хлорофос+нитрат натрия КД по кумуляции носит аддитивный характер. Однако средняя кумулятивность тройной СФС распространяется не только на сред-некумулятивный нитрат натрия, но и на сильнокумулятивный нитрат свинца и слабокумулятивный хлорофос. Такой вариант аддитивности трактуется как гетероаддитивность по кумуля-
ции. В отличие от этого в бинарной СФС нитратов свинца и кадмия степень кумуляции СФС и ее компонентов совпадает, что является признаком изоаддитивности по кумуляции.
Такая дифференциация типов КД по кумуляции играет двойную роль. Во-первых, она существенно дополняет оценку КД, найденную распространенными методами, которые «привязаны» к зависимостям доза — эффект (доза — ответ) и позволяют выявить тип КД только по токсичности. Во-вто-рых, характеристика КД по кумуляции является необходимым предварительным условием выбора адекватного способа определения КД по токсичности (см. табл. 1). Так, изоаддитив-ность по кумуляции СФС нитратов свинца и кадмия явилась основанием для экспериментальной проверки возможной изоаддитивности также и по токсичности. В соответствии с классической теорией [3] последнюю считают доказанной, когда сумма долей эффективных доз компонентов в составе изоэффективной дозы смеси равна 1 при любых количественных соотношениях между компонентами. Соответствующие данные были получены нами при соотношениях указанных компонентов 1:1, 1:3, 3:1 по их LDso. Для всех остальных СФС тип КД по токсичности оценивали как гетероаддитивность, потенцирование или антагонизм, сравнивая фактический комбинационный эффект с «ожидаемой» суммой эффектов индивидуального действия компонентов [3). В соответствии с методическими рекомендациями (4] термины «потенцирование» и «антагонизм» являются синонимами терминов «более чем аддитивный» и «менее чем аддитивный».
В последние годы в теорию КД ксенобиотиков введено понятие об основном типе КД, характерном для доз, вызывающих хроническую интоксикацию или близких к пороговым [2, 4]. Имеется в виду, что на других уровнях воздействия (в частности, смертельном) тип КД может оказаться иным Но без учета соотношений по степени кумуляции компонен тов и СФС такая разнородность оценок, как правило, неиз бежна. Исключением являются смеси изоаддитивных веществ Для них на всех токсикометрических значимых уровнях воз действия, включая подпороговый, справедлива формула сум мационной токсичности ¡3). Это означает, что зоны биоло гического действия (зоны кумуляции) компонентов и смеси численно одинаковы, а ПДК (при энтеральном введении — МНД) при изолированном и комбинированном действии составляют одинаковую часть соответствующих среднесмертель-ных величин (так как «валовая» LD50 смеси представляет собой сумму удельных LD50 компонентов). Но зоны кумуляции (биологического действия) любой СФС и действующих в ее составе компонентов всегда одинаково широкие или одинаково узкие. В то же время удельные МНД компонентов в составе суммарной МНД смеси всегда составляют одну и ту же долю соответствующих LDso- Поэтому если тип КД на смертельном уровне установлен параллельно по токсичности и степени кумуляции, то на пороговом уровне он и будет основ-
Таблица 1
Токсикометрическая характеристика смесей некоторых веществ на смертельном уровне
Смеси (1:1 по LDso компонентов) LDsn. мг/кг Степень кумуляции Тип КД
по токсичности по кумуляции
РЬ (ЫОз) 2+Cd (NO3) 2 2000 Сильная Изоаддити вность
Pb (NO3) 2+хлорофос 3316 » Гетероаддитивность Потенцирование
Л ин да н-+-хл орофос 390 » Потенцирование »
Pb (N03) 2+ хлорофос-)- Na NO3 5622 Средняя » Гетероаддитивность
Pb (N03) 2+Cd (N03) 2+Na NO3+хлорофос 4122 Сильная » Потенцирование
Все 5 веществ 4833 » » »
Таблица 2
Содержание Л-АЛК (в мкмоль на 1 г креатннина) в моче белых крыс при повторном воздействии нитратов свинца и кадмия
и их комбинаций
Доза Pb( NOjb Cd(NO,)i PMNOih+CdíNOj),
10-е сутки
Контроль 5,0±0,3 6,7±0,3 5,4±0,9
1/1000 ЛД5„ 44,8±4,8* 7,5±0,2 35,9±5,1*
1/100 ЛД5о 75,8±6,1* 9,7±0,6* 101,2± 11,2*
20-е сутки
Контроль 5,6±0,8 7,0±0,6 6,4±2,4
1/1000 ЛД50 72,3±5,6* 7,3±0,3 63,7 ±6,4*
1/100 ЛД50 97,7*7,2* 10,1 ±0,3* 97,9±4,6*
30-е сутки
Контроль 5,7±0,5 7,1 ±0,6 8,3±0,7
1/1000 56,1 ±8,6* 7,9±0,3 40,2±1,3*
1/100 ЛД5о 86,5±6,2* 9,7±0,2* 68,5±7,4*
После нагрузки нитратом свинца 1/4 LD¡o на 12-е сутки
Контроль (без нагрузки) 5,7±0,4 7,2±0,3 6,4±0,5
Контроль 108,4±8,2 135,2± 11,7 119,1 ±8,3
МНД 99,1 ±8.4 117,5±9,5 122,5± 10,3
ДСД 76,5±6,2* 96,3±8,9* 88,4 ±8,6*
Примечание. Звездочка — р<0,05.
ным. Понятно, что на других уровнях воздействия и при других способах анализа результатов тип КД может оказаться любым, в том числе для смесей изоаддитивных веществ.
Частным случаем изоаддитивности является «простое подобное действие» [10], когда спрямленные кривые доза — эффект (доза — ответ) компонентов и смеси параллельны. В этом случае можно думать о тождестве механизмов первичного действия компонентов (первичного кумулятивного эффекта). Но требование параллельности, как подчеркивал Н. В. Лазарев [3], не является общим условием изоаддитивности. Тогда при изоаддитивности по токсичности на уровне LDso одновременно возможен антагонизм на уровне LDia и потенцирование на уровне LDe« или наоборот (то же самое относится и к СФС неизоаддитивных веществ (5)). Вероятно, только близость общих механизмов токсичности (в трактовке С. Н. Голикова и соавт. [I]) обеспечивает токсико-метрическую взаимозаменяемость изоаддитивных веществ по совокупному эффекту их кумулятивного действия как на смертельном, так и на пороговом (подпороговом) уровнях.
В 30-суточных подострых опытах, проведенных по ортогональному плану 22, белым крысам вводили нитрат свинца (Х|) и нитрат кадмия (Xj) в дозах '/юо и '/юоо индивидуальных LD50. В другой серии опытов крысам ежедневно вводили те же соли металлов в дозах, равных их индивидуальным МИД (0,0015 мг/кг по свинцу и 0,00005 мг/кг по кадмию, что практически соответствует соотношению 1:1 по LDso), а также в допустимых суточных дозах (ДСД), исходя из рекомендаций Комитета экспертов ФАО/ВОЗ (по свинцу — в 5 раз выше МИД, по кадмию — в 20 раз выше МИД, что соответствует соотношению 1:3 по индивидуальным LD50). На 12-е сутки подопытным животным ввели в качестве нагрузки '/4 LDso нитрата свинца. Результаты определения экскреции Д-аминолевулиновой кислоты (Д-АЛК) с мочой (табл. 2), судя по полученным уравнениям регрессии, в большинстве случаев формально указывают на антагонизм. Исключением является тенденция к потенцированию на 10-е сутки при воздействии '/ioo LDso обоих веществ: у=9,10+7,85 Х| + 1,00 Хг+0,75 Х|Х2 (где у — кратность превышения уровня контроля). Однако действие самого нитрата кадмия по данному показателю практически обрывается на уровне '/юо LDso (см. табл. 2). В связи с этим в повышенной экскреции Д-АЛК можно видеть так называемое независимое действие свинца. Тем не менее под нагрузкой на уровне ДСД (близком к L¡mch) четко проявляется патогенетическая связь с действием кадмия и подтверждается изоаддитивный характер КД этих металлов.
Понятно, что для смесей неизоаддитивных веществ различной кумулятивности при соотношении компонентов 1:1 по LDso характер КД как на смертельном, так и на пороговом
уровнях будет определяться наиболее кумулятивным компонентом. Примером является бинарная смесь нитрата свинца с хлорофосом. Суммарная LDso смеси (см. табл. I) включает 3004,3 мг/кг нитрата свинца и 311,7 мг/кг хлорофоса. Эти удельные LDso неравноценны уже по индивидуальной токсичности компонентов. Первая из них близка к нижней доверительной границе индивидуальной LDsc нитрата свинца, вторая является переносимой дозой ^Оо). Следовательно, формальная гетероаддитивность по токсичности в данном случае отражает в сущности «независимое» действие свинца. К такому же заключению приводят результаты 30-суточного подострого опыта, в котором испытывали '/ю и 'До LD5o свинца и хлорофоса при изолированном и комбинированном действии. Оказалось, что хлорофос на показатели порфиринового обмена не влияет, а свинец и его смесь с хлорофосом приводят к практически одинаковому дозозависимому повышению экскреции с мочой Д-АЛК (до 20—30 раз) и копропор-фирина (до 5—8 раз) в сравнении с контролем. В то же время антихолинэстеразное действие хлорофоса значительно превышает аналогичные эффекты свинца, но характер КД по этому эффекту оказался четко антагонистическим. Понятно, что для данной смеси на уровне МНД индивидуального действия малокумулятивного хлорофоса антихолинэстеразный эффект обнаружиться не может, но остается влияние сильнокумулятивного свинца на показатели порфиринового обмена, т. е. сохраняется и формальная гетероаддитивность компонентов СФС. В классической теории такой вариант КД именуется «не измененным не общим обоим ядам парциальным действием» [3). Ясно, что в подобных случаях санитарный контроль может проводиться по индивидуальной ПДК наиболее кумулятивного компонента (при регламентации в воде или пищевых продуктах — с учетом лимитирующих признаков вредности). Точно также при наличии в составе смеси двух или более изоаддитивных веществ максимальной кумулятивности (в наших опытах — свинца и кадмия в смесях из 4 и 5 компонентов) достаточно применить формулу суммацион-ной токсичности к индивидуальным нормативам именно этих веществ.
Из сказанного следует также, что для суммы веществ, действующих в составе СФС, нетрудно найти прогностические значения «валовой» ПДК (МНД) известными расчетными методами, из которых предпочтительным является расчет по токсичности в зависимости от степени кумуляции СФС [8). Так, при регламентации в воде водоемов изученных нами многокомпонентных технологических смесей «Инкредол», ИСБ-500, ИСБ-М1 и «Ликофот-Т22» прогностические оценки «валовых» МНД, найденные по [8|, составляли соответственно 0,14, 025, 0,44 и 0,10 мг/кг против экспериментально установленных величин 0,72, 0,27, 0,28 и 0,13 мг/кг.
Из названных 4 композиций первые 3, согласно техническим условиям, производятся как смеси нестрого фиксированного (относительно постоянного) состава. Слагаются они из компонентов различной кумулятивности (т. е. изоаддитив-ность их КД исключается), причем в состав ИСБ-500 и ИСБ-М-1 входят одни и те же вещества, но в различных ц количественных соотношениях. В таких случаях по средним фактическим концентрациям компонентов формируем модель-ную СФС (МСФС) и параллельно с ее изучением устанавливаем допустимые пределы колебаний количественного состава смеси, при которых сохраняется один и тот же тип КД (такие смеси относим к одному и тому же семейству СФС [7)). В состав МСФС композиций ИСБ-500 и ИСБ-М-1 входили соответственно нитрклотриметилфосфоновая (НТФ) кислота — 40 и 15 %, фосфористая кислота — 11 и 8 %, соляная кислота — 5 и 12,5 %, ингибитор коррозии катапин — 0,5 и 0,75 %. В опытах на белых крысах установлено, что Ш50 первой МСФС составляет 2447,1 (2040,0—2854,1) мг/кг при средней кумуляции, второй МСФС — 883,6 (655,4— 1102,7) мг/кг при слабой кумуляции (значения их «валовых» МНД см. выше). Такая же токсичность и та же степень кумуляции сохранялись при колебаниях количественного состава смесей по содержанию НТФ в пределах 32,6— 43,9% для ИСБ-500 и 8,0—15,0% для ИСБ-М-1 (при соответственно измененном содержании остальных компонентов). Следовательно, в пределах тех же колебаний состава смесей для каждого из 2 семейств СФС справедливы и приведенные выше значения «валовых» МНД (численное совпа-^ дение последних — 0,27 и 0,28 мг/кг случайно и зависит от реально сложившихся сочетаний токсичности и кумуляции обеих смесей).
Выводы. 1. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что учет складывающихся соотношений по степени кумуляции компонентов и смеси необходим для установления основного типа комбинированного действия веществ; выбора адекватного способа оценки этого действия по токсичности; прогнозирования и экспериментального обоснования гигиенических нормативов; определения пределов колебаний количественного состава смеси, при котором действительны эти нормативы, а также для решения задач санитарного контроля.
2. При энтеральном поступлении исследованных бинарных
смесей свинца или линдана с хлорофосом, а также тройной смеси (нитраты свинца и натрия с хлорофосом) справедливы индивидуальные нормативы наиболее кумулятивного компонента (свинца или линдана). Для остальных смесей, содержащих изоаддитивные тяжелые металлы, в целях контроля применима формула их суммацнонной токсичности (для 5-компонентной смеси, кроме того, сохраняет силу индивидуальный норматив линдана).
3. Экспериментально установленные значения «валовых» (суммарных) максимальных неэффективных доз многокомпонентных композиций «Инкредол», ИСБ-500, ИСБ-М-1 и «Лико-фот-Т22» согласуются с их прогностическими оценками, найденными расчетом по токсичности в зависимости от степени кумуляции смеси, и распространяются на вариации количественного состава каждой смеси, не влияющие на ее «валовую» токсичность и степень кумуляции.
Литература
1. Голиков С. Н.. Саноцкий И. В., Тиунов Л. А. Общие механизмы токсического действия.— Л., 1986.
2. Кацнельсон. Б. А., Новиков С. М. // Гиг. и сан. 1986. № 8.— С. 59—63.
3. Лазарев Н. В. Общие основы промышленной токсикологии,- М.; Л., 1938.
4. Постановка экспериментальных исследований по изучению характера комбинированного действия химических веществ с целью разработки профилактических мероприятий; Метод. рекомендации,— М., 1987.
5. Федоренко В. И // Гиг. и сан,— 1986,— № П.— С. 54— 57.
6. Федоренко В. И. // Там же,— 1987,— № 10,— С. 56—58.
7. Штабский Б. М., Федоренко В. И. // Там же — № 9.— С. 60-63.
8. Штабский Б. М.. Федоренко В. И. // Гигиена применения, токсикология пестицидов и полимерных материалов.— Киев, 1988.— Вып. 18.— С. 11-16.
9. Штабский Б. М., Федоренко В. И. // Окружающая среда и здоровье. Наука и практика - М.. 1991 — С. 132—144.
10. Finney D. J. Probit Analysos.— Cambridge, 1971.
Поступил« 03.02 92
© 10. С ПАВЛЕНКО. А М. НИКОНОВ. 1993 УДК 614.71/.73-07-037
Ю. С. Павленко, А. М. Никонов
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИИ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
НПО «Вектор»; НИИ молекулярной биологии, пос. Колыюво Новосибирской области
Прогнозирование возможного вредного влияния загрязнений приземного слоя атмосферы выбросами промышленных предприятий (химически и биологически активными), проводимое с целью экспертизы проектов промышленных сооружений, поиска источников наибольшего количества загрязнений, определения границ санитарно-защитных зон и зон загрязнения в случае аварийных выбросов вредных веществ в атмосферу, невозможно без использования математических моделей.
Цель данной работы — определение основных требований к математическим моделям и программным средствам для решения указанных прикладных задач и описание (на функциональном уровне) пакета прикладных программ (ППП) «EXPRESS», удовлетворяющего в основном этим требованиям.
Рассматриваемые проблемы уже были затронуты в работах (1, 5, 9, 10], однако в данной статье представлено более полное и последовательное их изложение.
1. Особенности рассматриваемых прикладных задач и прогнозируемых величин и требования к математическим моделям и программам
В случае распространения аэрозолей, содержащих патогенные для человека и животных микроорганизмы (такие аэрозоли могут возникать на предприятиях, занимающихся разработкой и изготовлением вакцин), следует прогнозировать верятное количество заболевших в населенных пунктах на окружающей местности. В обоих случаях эффект определяется через вероятность инфицирования Рн с использованием
зависимости доза — эффект. Основной параметр этой зависимости IgLDsc (или IglDso или в более общем виде IgEDso) определяется в экспериментах на животных, причем обычно стандартное отклонение, связанное с погрешностью эксперимента. находится в пределах 0,3—0.5. Тем не менее естественная биологическая вариабельность этой величины еще больше, поскольку известно, что ED50 зависит от возраста животного, времени года и еще от многих факторов, определяющих его резистентность. Дополнительную погрешность дает функция перехода из воздуха в инфицируемый организм (аспирация аэрозольных частиц, осаждение их в респираторном тракте теплокровных животных, клиренс из верхних и нижних дыхательных путей; осаждение частиц на элементах растительности, скорость поедания их насекомыми, зависящая от внешних условий и возраста насекомых).
Значительно варьируется также и второй параметр зависимости доза — эффект — тангенс ее наклона в пробитных координатах (р), который определяется неоднородностью или гетерогенностью популяции предполагаемых реципиентов.
Параметры зависимости доза — эффект для человека, как правило, получают неформализованным расчетными методами на основании экспериментов на животных. Погрешность такого расчетного прогноза зависит от искусства исследователя и при современном уровне знаний вряд ли можно надеяться, что она мала. Поскольку в зависимость доза — эффект всегда входит отношение дозы к величине EDso, то допустимая погрешность в прогнозировании (расчете) логарнф-
