Пороги вредного воздействия. Критерии порогов токсичности

Обновлено: 14.05.2024

Критерии уровней вредности химических веществ. Коэффициент запаса токсичности

Исходя из понимания здоровья как состояния полного физического, психического и социального благополучия, взаимодействие организма человека и химических факторов окружающей среды должно быть ограничено такими количественными пределами, в рамках которых не происходит изменений состояния здоровья отдельных индивидуумов, а также основных свойств контингента, популяции и вида.

В сегодняшних условиях глобального загрязнения окружающей среды химическими веществами приоритетное значение приобретает интегральная оценка действия химических веществ с точки зрения сохранения численности и качества вида, осуществляемая на основе изучения влияния веществ на состояние здоровья индивидуума.

Соответствие вещества каждому из приведенных критериальных уровней зависит от свойств самого вещества, его количества и времени, в течение которого осуществляется воздействие, поскольку основной задачей любой критериальной оценки является проведение грани между состояниями физиологического и патологического процесса.

Оценка количеств вещества с точки зрения критерия вредности и установления пороговых количеств позволяет подойти к обоснованию величины гигиенического норматива. Важную роль в этом процессе играет установление величины "коэффициента запаса" (Кзап), на которую уменьшается пороговая концентрация, полученная в хроническом опыте, и которая является отношением Limch к ПДК. Обоснование этой величины представляет определенную сложность, поскольку при ее помощи приходится проводить логико-эмпирическое заполнение того диапазона концентраций, который не удается установить путем прямого экспериментирования, в том числе и с учетом различий видовой чувствительности к яду.

Практически при переходе от величины Limch к ПДК величина "коэффициента запаса" варьирует в пределах от 3 до 20 и значение его увеличивается от минимального в следующих случаях:
— с увеличением абсолютной токсичности;
— при наличии отдаленных последствий и специфических проявлений токсического действия;
— при существенных различиях в видовой чувствительности;
— с увеличением кумулятивных свойств;
— с уменьшением зоны острого действия;
— при выраженном кожно-резорбтивном действии (для веществ, находящихся в газовой фазе).

Расчет "коэффициента запаса" возможен также на основе анализа показателей потенциальной и реальной опасности, учитываемых по балльной системе в двух вариантах.
По второму варианту расчет проводится для веществ, не вызывающих в силу физико-химических свойств острых смертельных ингаляционных отравлений. Кзап обосновывается, исходя из значений Limac, Zcn, КВИОас, КВР.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Основы токсикометрии

Оценки токсичности и опасности вредных веществ. Изучение любого вредного вещества предусматривает установление количественных показателей токсичности и опасности его, т. е. показателей токсикометрии.

Токсикометрия – это совокупность методов и приемов исследований для количественной оценки токсичности и опасности ядов.

Токсический эффект при действии разных доз и концентраций вредных веществ может проявиться в виде нарушений отдельных или многих функций или деятельности всего организма, вплоть до его гибели.

Наиболее статистически значимы в характеристике токсичности ядов по сметельному эффекту средняя смертельная концентрация у воздухе (CL50) и средняя смертельная доза (DL50) при введении в желудок или другими путями.

Средняя смертельная концентрация вредного вещества в воздухе - это концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при двух-, четырехчасовом ингаляционном воздействии, средняя смертельная доза при введении в желудок - доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном введении в желудок.

Величины средних смертельных концентраций и доз, установленные непосредственно в эксперименте, рассматриваются как показатели абсолютной токсичности вредных веществ.

Токсичность ядов тем больше, чем меньше величины CL50 и DL50, т. е. токсичность равна 1/CL50 или 1/DL50.

В оценке промышленных ядов важным является не только установление верхних показателей токсичности, т. е. смертельных концентраций и доз, являющихся крайними формами воздействия вещества. Неменьшее значение имеет установление порога вредного действия (однократного и хронического), а также порога специфического действия.

Порога вредного действия (однократного и хронического) - это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления веществ и стандартной статистической группе животных) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций или скрытая (временно компенсированная) патолология.

Порог однократного действия обозначается символом Limac, порог хронического действия – Limch.

Порог специфического (избирательного) действия – минимальная концентрация (доза), вызывающая изменение биологических функций отдельных органов и систем организма, которые выходят за пределы приспособительных физиологических реакций, обозначается символом Limsp.

Для установления порога однократного действия проводится серия острых опытов на лабораторных животных с применением разных доз и концентраций изучаемого вещества. При этом устанавливают ту минимальную концентрацию (дозу), при воздействии которой в организме опытной группы животных возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций или скрытая патология. Для этого обычно используют интегральные показатели интоксикаций - показатели, характеризующие изменение общего состояния организма, подвергнутого токсическому воздействию (например, масса тела, температура тела).

Установление порога хронического действия осуществляется в хронических опытах на животных (в течение 4 мес) при разных уровнях воздействия вредного вещества. Во время эксперимента проводится всестороннее изучение действия вещества на организм, выявление наиболее чувствительных к нему органов и систем, функциональных и морфологических изменений в них.

Если известны механизмы токсического действия вредного вещества, то устанавливают порог специфического действия. Для этого в эксперименте на лабораторных животных используют специфические показатели токсического действия вещества, например определение активности фермента холинэстеразы при действии фосфорорганических веществ.

Определение средних смертельных концентраций и доз, порогов вредного действия необходимо также для оценки опасности вредных веществ, установления возможности острых и хронических отравлений на производстве, определения безопасных концентраций расчетными методами.

Опасность вещества - это вероятность возникновения вредных для здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических веществ.

Различают 2 группы количественных показателей опасности:

1) потенциальной вазможности поступления вредных веществ в организм (критерии потенциальной опасности).

2) компенсаторных свойств организма по отношению к данному яду (критерии реальной опасности).

К потенциальным показателям опасности относится, например коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) - отношение максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20 ºС (C 20 ) к средней смертельной концентрации вещества для мышей (при 2-часовой экспозиции и 2-недельном сроке наблюдения).

Анализ оценки опасности различных промышленных ядов по величине КВИО показывает, что в ряде случаев малотоксичное, но высоколетучее вещество в условиях производства может оказаться более опасным в развитии острого отравления, чем, высокотоксичное, но малолетучее соединение.

Так, например, ацетальдегид, обладая умеренной токсичностью (CL50 = 21800 мг/м 3 ), является высоколетучим (С 20 = 182*10 4 мг/м 3 ) и по величине КВИО относится к высокоопасным веществам (КВИО = 82). В то же время бензальхлорид, являясь чрезвычайно токсичным (CL50 = 400 мг/м 3 ), но имея низкую летучесть (С 20 = 1100 мг/м 3 ), оказывается веществом малоопасным (КВИО = 2,7). О реальной опасности развития острого отравления можно судить также по величине зоны острого действия.

Зона острого действия (Zас) - это отношение средней концентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при однократном воздействии. Она является интегральным показателем компенсаторных свойств организма, его способности к обезвреживанию и выведению яда из организма и компенсации поврежденных функций.

Величина Zас обратно пропорциональна опасности ядов при однократном воздействии, т. е. чем меньше её количественная характеристика, тем больше возможность развития острого отравления.

При сравнительной токсикологической оценке промышленных ядов нельзя исходить только из результатов острых экспериментов, так как при хроническом воздействии некоторых вредных веществ интоксикации имеют иной патогенез, нежели патогенез острой интоксикации. Часто промышленные яды, обладающие низкой токсичностью в остром опыте, при хроническом воздействии в малых концентрациях оказываются высокоопасными.

Классическими примерами таких ядов являются свинец, марганец, ртуть и другие тяжелые металлы; среди органических ядов - бензол, тринитротолуол и многие другие соединения.

Известно, что одним из ведущих факторов, обусловливающих развитие хронических отравлений, являются процессы кумуляции.

Различают материальную (накопление самого яда в организме) и функциональную (накопление эффекта при повторном воздействии вещества) кумуляцию.

Количественная оценка кумулятивных свойств вредных веществ в промышленной токсикологии осуществляется по величине коэффициента кумуляции.

Коэффициент кумуляции - отношение величины суммарной дозы яда, вызывающей определенный эффект (чаще смертельный) у 50% подопытных животных при многократном пробном введении, к величине дозы, вызывающей тот же эффект при однократном воздействии. Необходимо отметить, что этот коэффициент - величина, обратная интенсивности кумуляции: чем она меньше, тем кумуляция больше.

Степень кумулятивных свойств вредного вещества характеризует реальную опасность развития хронической интоксикации, и поэтому коэффициент кумуляции должен учитываться при гигиенической регламентации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Другим показателем реальной опасности развития хронической интоксикации является величина зоны хронического действия и величина зоны биологического действия.

3она хронического действия (Zch) - отношение пороговой концентрации (дозы) при однократном воздействии к пороговой концентрации (дозе) при хроническом воздействии.

3она биологического действия (Zbef) – отношение средней смертельной кондентрации (дозы) к пороговой концентрации (дозе) при хроническом воздействии.

Величина зоны хронического действия используется для характеристики опасности яда при хроническом воздействии. Опасность хронического отравления прямо пропорциональна величине зоны хронического действия, т. е. чем зона хронического действия шире, тем больше опасность хронической интоксикации, и наоборот.

Таблица 13. Классификация вредных веществ по степени воздействия на организм.

Наименование показателя	Класс опасности
1-й	2-й	3-й	4-й
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м 3	Менее 0,1	0,1-1,0	1,0-10,0	Более 10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг	Менее 15	15-150	151-5000	Более 5000
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг	Менее 100	100-500	501-2500	Более 2500
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м 3	Менее 500	500-5000	5001-50000	Более 50000
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)	Менее 300	300-30	29-3	Менее 3
Зона острого действия	Менее 0,6	6,0-18,0	18,1-54,0	Более 54,0
Зона хронического действия	Менее 10,0	10,0-5,0	4,9-2,5	Менее 2,5

Зоны хронического и биологического действия отражают кумулятивные свойства вещества, кроме того, зона хронического действия является показателем компенсаторных свойств организма на низком пороговом уровне.

Согласно классификации (ГОСТ 2.1.007 - 76), по степени опасности возникновения отравления все промышленные яды подразделяются на 4 класса опасности: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от величины показателей токсикометрии, указанных в табл. 13. При оценке опасности по ряду показателей для одного вещества можно получить разные классы, но определяющим в конечном итоге должен быть показатель, который выявляет наибольшую степень опасности.

Токсическое воздействие химических веществ

Ядом может стать любое вещество, попавшее в организм человека в токсической дозе (обычная поваренная соль или даже кислород — при давлении, превышающем 1 атм. (например, при погружении под воду), токсически воздействующий на легкие и ЦНС человека). Однако к ядам, как правило, относятся вещества, проявляющие вредное действие в обычных условиях и в относительно небольших количествах.

Химические вещества (органические, неорганические, элемент-органические) в зависимости от их возможного негативного (токсического) влияния на человека и окружающую среду при практическом применении подразделяются на:

промышленные яды, используемые в производстве: органические растворители (дихлорэтан), топливо (пропан, бутан), красители (анилин) и пр.;
ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве: пестициды (гексахлоран), инсектициды (карбофос) и др.;
лекарственные средства;
средства бытовой химии, используемые в виде пищевых добавок (уксусная кислота), средства санитарии, личной гигиены, косметики и т. д.;
биологические растительные и животные яды: в растениях и грибах (аконит, цикута), у животных и насекомых (яд змей, пчел, скорпионов);
отравляющие вещества (в т. ч. боевые): зарин, иприт, фосген и др.

Токсическое воздействие во многом зависит от пути поступления яда организм человека.

Большая группа химических веществ и соединений, встречающихся в производстве в виде сырья, промежуточных или готовых продуктов, относится к промышленным ядам. В организм они могут проникать через органы дыхания (преимущественно), желудочно-кишечный тракт и неповрежденную кожу. Эти яды могут стать причиной снижения резистентности (устойчивости) организма и его повышенной заболеваемости.

При попадании яда в желудочно-кишечный тракт чаще возникают бытовые отравления (ядохимикатами, средствами бытовой химии и лекарствами).

При попадании яда непосредственно в кровь (при укусах змей или насекомых или при внутривенном введении веществ) возможны тяжелые острые отравления.

По показателю токсичности вещества подразделяют на: чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные.

Критерии токсичности вредных веществ — это количественные показатели токсичности и опасности вредных веществ. Токсический эффект при действии различных доз и концентраций ядов может проявиться функциональными и структурными (патоморфологическими) изменениями или гибелью организма. В первом случае токсичность принято выражать в виде действующих, пороговых и недействующих доз и концентраций, во втором — в виде смертельных концентраций.

Смертельные, или летальные, дозы %%(DL)%% при введении в желудок или в организм другими путями или смертельные концентрации %%(CL)%% могут вызывать единичные случаи гибели (минимальные смертельные) или гибель всех организмов (абсолютно смертельные).

В качестве показателей токсичности пользуются среднесмертелъными дозами и концентрациями (показателями абсолютной токсичности):

среднесмертельная концентрация вещества в воздухе %%CL_%% . — это концентрация вещества, вызывающая гибель 50% подопытных животных при 2-4-часовом ингаляционном воздействии (мг/м 3 );
среднесмертельная доза при введении в желудок (мг/кг) обозначается как %%DL_%%. среднесмертельная доза при нанесении на кожу — %%DL_^K%%.

Степень токсичности вещества определяется как отношение

чем меньше значения токсичности %%DL_%% и %%CL_%%, тем выше степень токсичности.

Об опасности ядов можно судить также по значениям порогов вредного действия (однократного, хронического) и порога специфического действия.

Порог вредного действия (однократного или хронического) — это минимальная (пороговая) концентрация (доза) вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения биологических показателей на организменном уровне, выходящие за пределы приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология.

Порог однократного действия обозначается %%Lim_%%, порог хронического — %%Lim_%%, порог специфического — %%Lim_%%.

Эффект токсического действия различных веществ зависит от количества попавшего в организм вещества, его физических свойств, длительности поступления, химизма взаимодействия с биологическими средами (кровью, ферментами). Кроме того, эффект зависит от пола, возраста, индивидуальной чувствительности, путей поступления и выведения, распределения в организме, а также метеорологических условий и других сопутствующих факторов окружающей среды.

Токсичность веществ и её показатели

При контакте с организмом человека пары, газы, жидкости, аэрозоли, химические соединения, смеси (далее – вещества) могут вызывать изменения в состоянии здоровья или заболевания.

В организм человека вредные химические вещества могут проникать через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы.

Под вредным веществом понимают вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки настоящего и последующих поколений.

Вредные химические вещества на организм человека изучает специальная наука – токсикология.

Токсикология – медицинская наука, изучающая свойства ядовитых веществ, механизм их действия на живой организм, сущность вызываемого ими патологического процесса (отравления) методы его использования и предупреждения.

В токсикологии используется понятие «яд», под которым понимают условно такое химическое соединение, которое, будучи введено в организм в малых количествах и действуя на него химически или физико-химически при определенных условиях, способно привести к болезни или смерти.

Химические вещества в зависимости от их практического использования классифицируются на:

- промышленные яды – используемые в производстве органические растворители (например, дихлорэтан), топливо (например, пропан, бутан), красители (например, анилин) и др.;

- ядохимикаты – используемые в сельском хозяйстве пестициды и др.;

- бытовые химикаты – применяемые в виде пищевых добавок (например, уксус), средства санитарии, личной гигиены, косметики и т.д.;

- биологические растительные и животные яды, которые содержаться в растениях, грибах, у животных и насекомых;

- отравляющие вещества – зарин, иприт, фосген и т.д.

Химическое вещество становится ядом лишь при определенных условиях, а эти условия разнообразны. Ядовитое действие веществ связано, прежде всего, с их количеством (дозой), затем с физическими и химическими свойствами, условиями применения, состоянием организма и пр. Так, в зависимости от дозы одно и то же вещество может быть и ядом, и лекарством. Стрихнин, атропин, морфин, соединения мышьяка, ртути и другие хорошо известны как лекарства.

Токсичность – способность веществ оказывать вредное воздействие на живые организмы. Основным критерием (показателем) токсичности вещества является предельно допустимая концентрация (мг/м 3 ). Показатель токсичности вещества определяет его опасность.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны –это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений, мг/м 3 .

При концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, превышающей ПДК, у человека могут проявляться острые и хронические отравления, а также профессиональные заболевания.

Острые отравления, как правило, происходят в результате аварий, поломок оборудования и грубых нарушений техники безопасности. Они характеризуются кратковременностью действия и относительно высокими концентрациями вредных веществ. Симптомы отравления проявляются либо сразу, либо через сравнительно небольшой (обычно несколько часов) скрытый (латентный) период.

Хронические отравления возникают постепенно, при длительном систематическом воздействии вредных веществ, проникающих в организм человека в относительно небольших количествах. Они могут развиваться вследствие накопления вредного вещества в организме (материальная кумуляция) или вызываемых им изменений (функциональная кумуляция).

Профессиональное заболевание– это хроническое или острое заболевание работающего, являющееся результатом воздействия вредного фактора.

При любой форме отравления характер действия вредного вещества определяется степенью его физиологической активности – токсичностью.

По степени опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007 – 76 вредные вещества подразделяются на 4 класса:

1 – вещества чрезвычайно опасные (ванадий и его соединения, оксид кадмия, карбонил никеля, озон, ртуть, свинец и его соединения, терефталевая кислота, тетраэтилсвинец, фосфор желтый и др.) – ПДК менее 0,1 мг/м 3 ;

2 – вещества высоко опасные (оксиды азота, дихлорэтан, карбофос, марганец, медь, мышьяковистый водород, пиридин, серная и соляная кислоты, сероводород, сероуглерод, тиурам, формальдегид, фтористый водород, хлор, растворы едких щелочей и др.) – ПДК 0,1 – 1,0 мг/м 3 ;

3 – вещества умеренно опасные (камфара, капролактам, ксилол, нитрофоска, полиэтилен низкого давления, сернистый ангидрид, спирт метиловый, толуол, фенол, фурфурол и др.) - ПДК 1,0 – 10, 0 мг/м 3 ;

4 – вещества малоопасные (аммиак, ацетон, бензин, керосин, нафталин, скипидар, спирт этиловый, оксид углерода, уайт-спирит, доломит, известняк, магнезит и др.) – ПДК более 10,0.

Уровни биологического действия и системы токсикологических характеристик. Переход от пороговых величин к ПДК. Коэффициент запаса

Предельно-допустимая концентрация химического соединения во внешней среде – такая концентрация, при взаимодействии которой на организм человека периодически или в течение всей жизни - прямо или опосредованно через экологические системы, а также через возможный экономический ущерб – не возникает соматических (телесных) 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 последующих поколений.

Порог вредного действия (однократного и хронического) –это минимальная концентрация (доза) вещества в объекте окружающей среды, при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления вещества и стандартной статистической группе биологических объектов) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) паталогия. Порог однократного действия обозначается символом Lim_ac , порог хронического действия символом Lim_ch . Под токсичностью, как мерой несовместимости химического вещества с жизнью, понимают величину обратную абсолютному значению средней смертельной дозы ( I / DL₅₀ ) или концентрации ( I / CL₅₀). При этом под дозой имеется в виду количество вещества, воздействующее на организм.Доза за единицу времени называется уровнем дозы. Величины средних смертельных доз или концентраций выбраны потому, что эти величины, соответствующие гибели 50% подопытных объектов, наиболее статистически достоверны.

Обмениваясь веществом и энергией с окружающей средой, организм (и любой биологический объект) представляет собой открытую систему, в которую поступают вещества и из которой вещества выводятся. Допустимое суточное поступление– приемлемая скорость поступления вещества в организм за сутки, часто в условиях продолжающегося воздействия. Допустимое поступление за неделю – скорость поступления вещества в организм, оцененная за период, равный одной неделе, часто в условиях продолжающегося воздействия. Допустимые остаточные количестваДОК – это такие количества веществ в продуктах питания, которые не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья контингентов населения, потребляющих эти продукты, или отрицательно влиятьна последующие поколения. Наиболее распространенный показатель – КВИО (коэффициент возможности ингаляционного отравления). Он представляет собой отношение концентрации насыщенных паров вещества в воздухе при 20° С к средней смертельной концентрации вещества для мышей (при 2-ч часовой экспозиции и 2-х недельном сроке наблюдения).Обоснование величины ПДК основывается на показателях токсикометрии, установленных в экспериментах на животных.

Исходной величиной для установления ПДК является порог хронического действия, в который вводится коэффициент запаса (К_З):

ПДК= Для установления величины безопасного гигиенического регламента (ПДК) необходимо уменьшение заведомо токсичной концентрации. Это уменьшение характеризуется коэффициентом запаса, который устанавливается для каждого вещества с учетом количественных и качественных особенностей его действия и определяется отношением минимально действующей концентрации в хроническом опыте к ПДК.

И. В. Саноцким были сформулированы положения к обоснованию величины коэффициента запаса. Он должен увеличиваться:- с увеличением абсолютной токсичности;- с увеличением КВИО;- с уменьшением зоны острого действия;- с увеличением кумулятивных свойств (коэффициент кумуляции, зона хронического действия, зона биологического действия);- при значительных различиях в видовой чувствительности подопытных животных;- при выраженном кожно-резорбтивном действии (для веществ, находящихся в газовой фазе). Численно коэффициент запаса обычно принимается не менее 3 и не более 20.

Читайте также: