Экотоксикология

Одной из важнейших физических характеристик вредных веществ, поступающих в воздушную среду в виде паров, является летучесть. Под летучестью, или максимальной концентрацией, понимают количество вещества, содержащегося в единице объема насыщенных паров при данной температуре. Максимальная концентрация вещества в воздухе (абсолютная летучесть) является функцией давления пара, молекулярной массы, наружного давления и температуры, поэтому ее приближенно можно рассчитать по формуле
Абсолютная летучесть при температуре 20 °С рассчитывается по упрощенной формуле:
При отсутствии данных об упругости пара ее приближенное значение может быть найдено по температуре кипения вещества:
Особую опасность для развития острых отравлений представляют соединения, у которых высокая летучесть сочетается с выраженной токсичностью и малой растворимостью в воде и крови. Обычно вещества с температурой кипения ниже 130 °С рассматриваются как летучие, а соединения с температурой кипения между 150 и 300 °С — как стойкие.
При токсико-гигиенической оценке новых химических веществ проводят расчет летучести вещества и определяют уровень возможного загрязнения воздуха.

Организация токсикологических исследований включает в себя предварительную токсикологическую оценку, полную токсикологическую оценку и клинико-статистические исследования влияния нового вещества.
Токсикологическая оценка новых химических веществ включает следующие этапы исследований:
• получение информации о физико-химических свойствах вещества, способах применения, производства и об условиях поступления во внешнюю среду;
• определение токсичности вещества в острых опытах;
• изучение кожно-резорбтивных и раздражающих свойств;
• оценку кумулятивных свойств;
• расчет ориентировочных безопасных уровней воздействия вещества;
• изучение действия вещества на организм в хроническом эксперименте;
• изучение состояния здоровья контингента населения, контактирующего с данным веществом в условиях производства или в условиях населенных мест.
Результаты предварительной токсикологической оценки вещества содержат сведения о его физико-химических свойствах, средне-смертельных дозах (LZ)5o) и концентрациях (LC50), практические рекомендации.
При проведении токсикологических исследований необходим анализ данных о структурной формуле вещества, его агрегатном состоянии, физических и физико-химических свойствах, наличии примесей, стабильности соединения во внешней среде и др. Собирают сведения об условиях получения изучаемого вещества и способах его применения.

Гигиеническое нормирование содержания химических веществ в продуктах питания также осуществляется в несколько этапов. На первом этапе изучают органолептические свойства продовольственных продуктов, содержащих данное вещество, а в случае необходимости проводят дегустацию пищевого продукта после его кулинарной обработки. В том случае, если изучаемое вещество не изменяет органолептические свойства пищевого продукта, проводят длительные санитарно-токсикологические эксперименты с целью установления пороговых и недействующих доз. Опыты проводят путем скармливания лабораторным животным как чистых препаратов, так и пищевых продуктов, содержащих изучаемое вещество. Полученную пороговую величину уменьшают на величину коэффициента запаса, который зависит от токсичности данного соединения, его кумулятивное и стойкости. Значение коэффициента запаса для пищевых добавок колеблется от 30 до 100.

Наиболее сложным и ответственным этапом гигиенического нормирования промышленных загрязнений является проведение санитарно-токсикологического эксперимента. Он включает в себя постановку острых опытов для установления параметров токсичности яда. Проведение подострых опытов имеет целью изучение токсикодинамики вещества, кумулятивных свойств, выявление органов и систем, наиболее чувствительных к действию яда, а также выбор тестов для проведения хронических опытов. Завершающий этап токсикологических исследований — проведение хронического санитарно-токсикологического эксперимента на лабораторных животных.

Основным принципом гигиенического нормирования содержания вредных веществ в воде водоемов также является выявление лимитирующего показателя вредности. Исследования включают три основных этапа:
• изучение влияния химического вещества на санитарный режим водоема;
• органолептические свойства воды;
• состояние организма подопытных животных.
В водной среде используются следующие нормативы: предельно допустимая концентрация токсического вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКВ) и предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКВ р).
В почве используются нормативы: предельно допустимая концентрация вещества в пахотном слое (ПДКП), предельно допустимая концентрация вещества (допустимое остаточное количество) в продукции растениеводства (ДОК). ПДКП — эта концентрация не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы.

В России приняты две концентрации атмосферных загрязнений — максимально разовая и среднесуточная. Максимально разовая концентрация (пробу воздуха отбирают в течение 20—30 мин) устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека при кратковременном воздействии веществ.
Обоснование максимально разовой концентрации осуществляется в опытах с людьми, кратковременно вдыхающими воздух с содержанием малых концентраций изучаемого вещества. Оценку рефлекторного действия проводят с применением таких высокочувствительных тестов, как метод изменения темновой адаптации глаза, хронорефлексометрия, электроэнцефалография.
Среднесуточные концентрации атмосферных загрязнений устанавливаются с целью предупреждения резорбтивного действия вредных веществ при их длительной ингаляции. Установление среднесуточной ПДК требует проведения длительного токсикологического эксперимента на лабораторных животных с применением большого набора высокочувствительных тестов. Основная цель эксперимента — установление порога хронического действия атмосферных загрязнений, являющегося основой для рекомендации ПДК.
В настоящее время в воздушной среде используются следующие нормативы: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКР 3), предельно допустимая максимальная разовая концентрация токсического вещества в воздухе населенных мест (ПДКМ р), предельно допустимая среднесуточная концентрация токсического вещества в воздухе населенных мест (ПДКСС). ПДКрз — это концентрация, которая при ежедневной работе в пределах 8 ч в день (не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не должна вызывать в состоянии здоровья нынешнего и последующего поколений заболеваний или отклонений, обнаруживаемых современными методами. ПДКМ с — эта концентрация при вдыхании в течение 20 мин не должна вызывать рефлекторных реакций у человека. ПДКс с — эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограниченно продолжительном вдыхании (Хоружая, 2002).

Методы обоснования ПДК химических веществ зависят от объектов внешней среды, для которых они разрабатываются. Так, при установлении ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны изучают их токсичность при однократном ингаляционном поступлении в организм лабораторных животных (мыши, крысы, морские свинки, кролики, кошки), оценивают кожно-резорбтивные и раздражающие свойства, проводят опыты для определения характера действия вещества и способности его к кумуляции при повторных воздействиях. Завершают экспериментальные исследования хроническим токсикологическим опытом, в котором определяют порог химического действия вещества. Полученное значение порога хронического действия делят на так называемый коэффициент запаса, под которым понимают кратность уменьшения значения порога хронического действия яда, полученного в опытах на животных, до уровня ПДК, рекомендуемой для человека. Значение коэффициента запаса зависит от особенностей биологического действия данного вещества, его летучести, наличия специфических свойств (мутагенное, гонадотропное, аллергенное действие и др.).
При нормировании вредных веществ в атмосферном воздухе учитывают возможность круглосуточного постоянного воздействия на здоровье населения, в том числе на детей, пожилых и ослабленных лиц, влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду, условия жизни населения и др. При нормировании учитывают принцип лимитирующего показателя. Согласно этому принципу нормирование проводится по наиболее чувствительному показателю. Например, если запах вещества ощущается при концентрациях, которые не оказывают вредного влияния на человека и окружающую среду, то нормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения.

Основой гигиенического нормирования содержания химических веществ в окружающей среде является изучение их биологического действия на организм в эксперименте.
Главная цель эксперимента — выявление порога вредного действия химического вещества на организм путем изучения длительного воздействия малых доз или концентраций химического соединения на организм лабораторных животных.
Длительность опыта зависит от объекта внешней среды, в котором регламентируется изучаемое вещество. В промышленной токсикологии минимальная продолжительность эксперимента составляет 4—4,5 мес; при обосновании среднесуточных ПДК атмосферных загрязнений лабораторные животные подвергаются круглосуточному воздействию вещества в течение 3—4 мес; при нормировании содержания вредных веществ в воде водоемов срок исследований составляет 6—8 мес. Изучение действия пищевых добавок и пестицидов требует проведения эксперимента в течение 1 года и более.
На протяжении всего периода эксперимента проводят динамическое изучение состояния организма подопытных животных. Выбор тестов для оценки вредного действия химических веществ определяется физиологическими функциями, которые нарушаются под действием данного яда. Используют также различные биохимические и физиологические тесты, направленные на выявление изменений в центральной нервной системе, печени, почках, системе крови и др. Часто применяются методы, позволяющие оценить специфические эффекты воздействия вещества на организм (гонадотропное, мутагенное, канцерогенное, эмбрионотропное, сенсибилизирующее действие).
Для выявления скрытых, временно компенсированных изменений используются разнообразные функциональные и экстремальные нагрузки: механические (плавание, бег на третбане), физические (изменение атмосферного давления, повышенная или пониженная температура, ионизирующее излучение), биологические (голодание, заражение микроорганизмами), химические, фармакологические и др. Полученные экспериментальные данные являются основой для разработки предельно допустимой концентрации нового химического вещества.

Предельно допустимая концентрация химического соединения во внешней среде — это такая концентрация вещества, при воздействии которой на организм человека периодически или в течение всей жизни (прямо или косвенно через экологические системы, возможный экономический ущерб) не возникает соматических или психических заболеваний, в том числе скрытых и временно компенсированных, или изменений состояния здоровья, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций, обнаруживаемых современными методами исследования сразу или в отдельные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Одним из наиболее важных достижений гигиенической науки является разработка теории и практики регламентации содержания химических веществ в окружающей среде. Под гигиеническим нормированием понимают регламентацию вредных факторов и веществ в окружающей среде (воде, воздухе, почве, продуктах питания) на основе разработки и установления в законодательном порядке соответствующих правил и нормативов, в том числе предельно допустимых концентраций (ПДК) и использование их для оздоровления окружающей среды.
Начало гигиенической регламентации профессиональных ядов в воздушной среде производственных помещений относится в б. СССР к 10 апреля 1922 г. В этот день были утверждены первые Правила о мерах безопасности работ в производстве хромовых солей. В них было определено содержание сернистого газа, не превышающее 0,06 мг/л. 30 августа 1922 г. появились Правила о мерах безопасности в производстве серной, азотной и соляной кислот с нормами для оксидов азота 0,1 мг/л, соляной кислоты 0,07, сернистого газа 0,06 мг/л. В 1923 г. в Москве был создан Институт гигиены труда и профессиональных заболеваний. В 1930 г. появляется термин «предельно допустимая концентрация» (ПДК), который получил широкое распространение. В 1957 г. в Киеве состоялась Первая Всесоюзная конференция по гигиене и токсикологии инсектофунгицидов, на которой были предложены ПДК для некоторых пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве. В том же году вышли первые Методические указания по гигиенической оценке и нормированию ядохимикатов. Обновленные списки ПДК выпускались в 1959, 1963, 1972 гг. Они ежегодно обновляются и дополняются. Сведения по ПДК новых веществ публикуются в виде дополнений к спискам в «Токсикологическом вестнике».
Количественные исследования токсичности новых химических веществ проводят токсикологические лаборатории гигиенических НИИ, медицинских вузов и санитарно-эпидемиологических станций. Методическими центрами по гигиенической регламентации в СНГ являются Московский, Санкт-Петербургский и Киевский институты гигиены труда и профессиональных заболеваний, где разработаны единые методы токсикометрии для всех химических веществ.