4. Определение токсикологических характеристик

4. Определение токсикологических характеристик
Токсикометрические исследования проводятся на группах животных.
Воспроизведение в эксперименте на животных процессов взаимодействия
химического вещества и организма составляет сегодня методическую основу
большинства токсикологических исследований. Несмотря на то что
этические, материальные и другие актуальные проблемы обязывают
настоятельно ставить вопрос об исключении теплокровных животных из
токсикологических экспериментов и замене их альтернативными моделями,
опыты на теплокровных являются сегодня преобладающими при оценке
токсичности и опасности веществ. В качестве подопытных животных в
токсикологических исследованиях используются преимущественно грызуны:
кролики, Морские свинки, белые крысы, мыши. Значительно реже
используются собаки и кошки. Наиболее массово токсикологические
эксперименты проводятся на беспородных животных, белых крысах и
мышах. Они устойчивы к интеркуррентным заболеваниям и равновесно
стабильны с точки зрения репрезентативности исследуемых функций и
показателей. В тех случаях, когда возникает необходимость изучения
влияния химических веществ на специфические функции, преимущественно
свойственные отдельным видам или породам животных, используют так
называемых
линейных
животных,
получаемых
в
результате
близкородственного разведения (инбридинга). Такие животные могут быть
низкораковыми
или
высокораковыми,
низколейкемическими
или
высоколейкемическими и т.д. Из линейных животных для проведения
массового токсикологического эксперимента наиболее пригодна линия крыс
«Вистар» аутбредного (стадного) разведения.
Что касается морских свинок, то они являются оптимальным объектом
для изучения аллергических реакций и накожных эффектов, в том числе и
резорбции ядов через кожу. Для аналогичных целей широко используются
кролики, особенно при изучении накожного и кожно-резорбтивного
действия, а также влияния веществ на слизистую оболочку глаз и роговицу.
Крольчихи являются хорошим объектом для изучения функции яичников.
Кролики
представляют
прекрасную
модель
для
изучения
безусловнорефлекторной деятельности. Собаки и кошки довольно редко
используются в токсикологии. Вместе с тем описано значительное число
исследований на собаках по изучению влияния химических веществ на
пищеварение, центральную и вегетативную нервную систему, а также на
кошках по изучению биоэлектрической активности головного мозга.
Токсикологические исследования на биологических моделях в
профилактической токсикологии занимают ведущее место и проводятся в
следующих целях:
 установление основных параметров токсичности веществ при
остром, подостром и хроническом воздействии (LD50, LC50, KCum,
Limac,. Limch и др.) при адекватных реальным условиям путях
поступления в организм (токсикометрия);
 выявление преимущественно поражаемых органов и систем при
различных условиях, путях и времени воздействия, изучение
патогенеза интоксикации;
 изучение механизма действия вещества и его превращений в
организме;
 изучение
способности
вещества
вызывать
отдаленные
последствия интоксикации и воздействовать на наследственные
свойства;
 оценка полученных результатов исследований с позиций
«критерия вредности», обоснование показателей опасности и
допустимых количеств вредных веществ, а также пределов риска;
 разработка методов профилактики и терапии отравлений.
Важное место в профилактической токсикологии занимает изучение
кумулятивных свойств веществ, характеризующих их способность
вызывать токсический эффект при последовательном, многократном
поступлении в организм. Кумулятивное действие может проявляться
накоплением вещества в организме и образованием депо (материальная
кумуляция) либо накоплением (суммацией) эффекта (функциональная
кумуляция).
Как правило, материальной кумуляции сопутствуют функциональные
изменения, связанные с токсическим действием накапливающегося в
организме вещества, хотя может иметь место и бессимптомное носительство.
Количественная оценка функционального кумуляционного эффекта
вредного вещества называется коэффициентом кумуляции (Кcum) и
определяется как отношение суммарной дозы, полученной организмом при
неоднократном экспериментальном введении вещества в количестве, равном
среднесмертельной дозе (концентрации), т. е. ЛД50, к той же величине, но при
одноразовом введении:
Кcum = (∑ЛД50)/ЛД50.
Обратное отношение этих двух величин (S) называется степенью
кумуляции и обычно выражается в процентах. По кумулятивному
воздействию все токсичные вещества делят на четыре группы:
сверхкумулятивные (Кcum < 1, S > 100);
с выраженной кумулятивностью (Кcum = 1 ÷ 3, S = 100 ÷ 34);
среднекумулятивные (Кcum = 3 ÷ 5, S = 33 ÷ 20);
слабокумулятивные (Кcum > 5, S < 20).
Для характеристики кумулятивных свойств ядов используется также
показатель зона биологического действия (Zб. Эфф), определяемая как
отношение ЛД50 (ЛК50) к пороговой величине Кмин (Смин) при хроническом
воздействии.
Биомагнификацией называют накопление химиката в тканях
организмов за счет процессов питания.
Закон прогрессивного накопления токсичных веществ в трофических
цепях, или закон биомагнификации формулируется следующим образом:
«Концентрирование вещества в экосистеме или пищевой цепи возрастает на
высших по сравнению с низшими трофическими уровнями.» (ДДТ - один из
многих химических препаратов, обладающих таким свойством).
Биоконцентрирование - накопление химиката из окружающей среды
без
учета
его
поступления
с
пищей.
Первой
стадией
биоконцентрирования обычно служит проникновение химиката через
покровные ткани (этот путь особенно важен для водных организмов), с
вдыхаемым воздухом и т. п.
Под бионакоплением (или биоаккумуляцией) понимают суммарный
эффект биоконцентрирования и биомагнификации, а термином
экологическая магнификация (в отечественной литературе часто используют
термин биоумножение) обозначают процесс увеличения концентрации
химиката в организмах при переходе от низших трофических уровней
данной экосистемы к высшим.
Перенос результатов экспериментальных исследований с животных на
человека представляет собой одну из наиболее сложных проблем
профилактической токсикологии. Различие видовых особенностей обмена
веществ человека и животных порой столь велико, что прямой перенос
результатов исследований может наряду с ложноположительными
результатами привести к отрицательным эффектам, чреватым, порой,
трагическими последствиями.
Наиболее драматическим примером может служить эксцесс с
талидомидом, более высокая чувствительность человека к которому (по
сравнению с мышью в 60 раз, крысой в 100 раз, собакой в 200 раз,
золотистым хомячком в 700 раз) привела к появлению тяжелых уродств
новорожденных, несмотря на отрицательные результаты лабораторных
испытаний. И наоборот, более близкой к человеку оказалась
чувствительность некоторых реликтовых видов животных. В литературе
имеется большое количество данных о видовой чувствительности человека и
животных к тем или иным токсикантам, в значительной мере направленных
на поиск зависимости различий в видовой чувствительности от тех или иных
параметров развития, физиологических или метаболических показателей.
Н.С. Правдин высказал предположение, что в случае одинаковой
чувствительности к веществу разных видов животных, чувствительность к
ним человека не должна существенно отличаться. Г.Н. Красовским
предложено использовать в экспериментах наиболее чувствительные виды
животных, исходя из наибольшей вероятности безопасного переноса
полученных экспериментальных данных на человека. Фундаментальным
представляется подход, предложенный Л.А. Тиуновым, основанный на
выборе животных, течение метаболических процессов у которых наиболее
близко к человеку.
Всем предшествующим опытом профилактической токсикологии
показано, что решение проблемы видовой чувствительности возможно
только при условии проведения экспериментальных исследований на
нескольких видах при достаточном числе животных. Соблюдение этих
условий возможно при работе с мелкими лабораторными животнымигрызунами, как правило, мышами, крысами, кроликами, морскими свинками.
Включение в опыт более крупных животных — собак, малых свиней, кошек,
осуществляется по мере расширения задач исследования.
Выявление видовой чувствительности проводится на самых ранних
стадиях эксперимента начиная с острого опыта. Наличие различий видовой
чувствительности требует при дальнейших исследованиях использовать
достаточное число видов, но не менее двух.
И.В. Саноцкий, И.П. Уланова предлагают в качестве критерия оценки
различий видовой чувствительности величину «коэффициента видовой
чувствительности» (КВЧ), являющегося отношением среднесмертельных доз
(концентраций) для исследуемых видов.
КВЧ
Оценка различий видовой
чувствительности
≤3
Не выражена
3,1-9
Выражена
>9
Резко выражена
Величина КВЧ учитывается при выборе коэффициента запаса с целью
обоснования ПДК, а также при планировании экспериментальных
исследований с точки зрения оптимального выбора вида подопытных
животных и их количества.