Вивчення дії полімерних матеріалів - токсикологія полімерних матеріалів
Відео: Полімери та біополімери - Артем Оганов
Відео: ЦЕНТР НАВЧАННЯ РОБОТИ З клеями та зв`язку
ВИВЧЕННЯ КОМБІНОВАНОГО, КОМПЛЕКСНОГО І поєднаної дії ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
Дослідження взаємодії організму з факторами хімічної та фізичної природи при їх комбінованому, комплексному і одночасному діях розглядається як одна з найважливіших проблем гігієни застосування полімерних матеріалів. Це пов`язано з тим, що використання ПМ в різних галузях народного господарства супроводжується виділенням в навколишнє середовище сукупності хімічних сполук, що представляють собою суміші мономерів, стабілізаторів, пластифікаторів, ініціаторів, затверджувачів, барвників та інших хімічних речовин (С. Л. Данішевський, 1966- В . Е. Балашов і співавт., 1968 Л. І. Медведь, В. В. Станкевич, 1976- І. М. Трахтенберг та співавт., 1981).
Розглядаючи перспективи розвитку гігієни застосування полімерних матеріалів в сфері комунального господарства, К. І. Станкевич (1981) зазначає, що з будівельних полімерних матеріалів в зовнішнє середовище може виділятися велика кількість шкідливих речовин. Необхідно враховувати наявність в інтер`єрі сучасної квартири меблів, одягу, взуття, посуду, іграшок з полімерних матеріалів, а також предметів побуту і препаратів побутової хімії. В результаті в повітрі житла може міститися, за оцінкою автора, 30-80 шкідливих речовин.
Ідентичні дані наводять Г. А. Васильєв і співавтори [(1981), які вивчали ПМ, використовувані в суднобудуванні.
Грунтуючись на результатах токсикологічних досліджень ряду конструкційних матеріалів, Я. Г. Двоскін (1981) прийшов до висновку про необхідність дослідження в токсикологічному експерименті всіх розроблюваних і модифікуються типових комплексів полімерних матеріалів, призначених для приміщень. Такий підхід дозволить, на думку автора, протягом найближчих 3-5 років перейти від експертизи окремих матеріалів до гігієнічної оцінки типових комплексів. Нові підходи знайшли застосування в судновий гігієни і токсикології шляхом проведення комплексних досліджень типових модулів, що включають широкий асортимент ПМ. Можливим шляхом вирішення представляється токсикологічний експеримент на лабораторних тварин безпосередньо на судах в далекому плаванні (Л. М. Шафран, 1976).
В останні роки показана можливість одночасного забруднення компонентами ПМ, зокрема, фенолом, формальдегідом, стиролом і іншими речовинами продуктів харчування, води і повітря (особливо повітряного середовища житла), що зумовило необхідність постановки досліджень по комплексному впливу токсичних речовин на організм. Провідні вітчизняні гігієністи вважають, що проблема оцінки комплексної дії хімічних речовин і пов`язана з нею проблема гігієнічної регламентації допустимого вмісту їх при надходженні в організм з повітрям, водою і їжею вимагають подальшої розробки (Г. Н. Красовський. І співавт., 1979- Г. І. Сидоренко, М А. Пінігін, 1980).
Одним з факторів навколишнього середовища, привнесених науково-технічної революцією, є статичне електричне поле (СЕП). У зв`язку з накопиченням СЕП на ПМ виникла проблема оцінки поєднаної дії компонентів полімерних матеріалів і СЕП (К. І. Станкевич, Б. М. Медведєв, 1973).
Використання ПМ в авіації, космонавтиці, суднобудуванні, промисловому будівництві і інших галузях народного господарства з урахуванням їх застосування в різних кліматичних зонах зумовлюють актуальність вивчення їх поєднаної дії з такими фізичними факторами, як висока температура, шум, вібрація і ін.
Дослідження комбінованого, комплексного і одночасного впливу полімерних матеріалів як елементу середовища проживання людини представляється одним з важливих напрямків розробки проблем єдиного гігієнічного нормування і інтегральної оцінки сукупності факторів навколишнього середовища, т. Е. Концепції максимально допустимого навантаження (Г. І. Сидоренко, М. А . Пінігін).
Загальні риси комбінованого, комплексного і поєднаної дії дозволяють уявити описане вище у вигляді наступних схем (рис. 1). У той же час кожне з досліджуваних явищ має свої особливості. При комплексній дії в якості факторів виступають різні шляхи надходження одного і того ж хімічного речовини (х), при комбінованому - різні хімічні речовини (x1, х2 ..., хп), при одночасному дії різна сама природа факторів - це хімічні речовини (x1 ) і фізичні дії (ф,), хімічні речовини та біологічні впливу. Необхідно враховувати і можливість дії випадкових, нерегістріруемих факторів (Zi).
Мал. 1. Схема експериментів з вивчення комплексного (А), комбінованого (В), поєднаного (С) дії хімічних і фізичних факторів
Методи вивчення комбінованого, комплексного і поєднаної дії. Першим кількісним методом вивчення комбінованої дії хімічних речовин був метод побудови изодинамического діаграм Loewe (1929). Він застосовується в даний час, є спроби його вдосконалення (Н. Н. Мельникова, 1981). Однак при цьому не враховуються недоліки методу, детально розглянуті Е. Н. Льовіной (1963), В. В. Кустова і співавторами (1975). Одним з найбільш істотних недоліків представляється ототожнення певної частини дози і відповідної частини викликається нею ефекту. Це положення, висунуте a priori, на практиці в більшості випадків не підтверджується, оскільки залежність доза-ефект має, як правило, нелінійний характер. Звідси можливість неправильного трактування результатів експерименту. Наприклад, випадки сумації ефекту можуть бути віднесені до антагонізму. У той же час метод не дозволяє оцінити ступінь достовірності відхилення експериментальних даних від лінії підсумовування. Clausing і Bieleke (1982) провели порівняння двох методів вивчення комбінованої дії хімічних речовин. У першому випадку досліджувані речовини вводили внутрішньошлунково в еквітоксіческіх дозах - ЛД10, ЛД20 і т. Д у другому - в дозах, кратних частин ЛД50-1 2, ЛД50-1 2, ЛД50 і т. Д. Автори прийшли до висновку , що оцінка комбінованої дії повинна грунтуватися на теоретичному складення еквітоксіческіх доз, а не частин ЛД50, при використанні яких можлива недооцінка потенцирования або переоцінка антагонізму. Зазначений недолік притаманний і ряду інших, запропонованих останнім часом, методів вивчення комбінованого і комплексного впливу.
Розглянемо основні напрямки застосовуються в даний час методів. Finney (1952) запропонований метод для оцінки ефекту комбінованої дії хімічних речовин в гострих дослідах, в основі якого лежить визначення залежностей доза - ефект для окремих речовин і їх комбінації.
Результати для ізольованих речовин підставляються в рівняння виду:
(I.)
де fA, fB - відносний вміст речовини А і В у комбінаціі- ЕД50 - середня ефективна доза окремих речовин А і В і їх суміші (А, В). За рівняння розраховується ЕД50 для комбінації (А, В), яка порівнюється з експериментально визначеною ЕД50 (А, В). Якщо величини рівні, то робиться висновок про суммационного ефекті, якщо фактична величина більше розрахункової - про антагонізм, менш розрахункової - про потенціювання. Автор призначав даний метод для речовин, що володіють однорідним типом дії і мають паралельні лінії регресії пробита по відношенню до логарифму доз, однак в подальшому сфера застосування методу була розширена.
На основі методу Finney Ю. С. Каганом (1973) розроблений спосіб оцінки комбінованого і комплексного впливу факторів, суть якого полягає в тому, що спочатку вивчають дію кожного чинника в окремо з визначенням ЛД50 або ЕД50. Потім оцінюють шкідливу дію комбінації чинників в певних співвідношеннях (або при одночасному надходженні одного і того ж речовини різними шляхами). Експериментально встановлені ЛД50 або ЕД50 висловлюють в частках від ЛД50 (ЕД50) кожного фактора і порівнюють з розрахунковим ЛД50 (ЕД50) для випадку підсумовування. З цього зіставлення випливає кількісна оцінка спостережуваного ефекту - ступеня потенціювання або антагонізму.
М. А. Пінігін (1975), з огляду на специфіку впливу атмосферних забруднень, запропонував покласти в основу оцінки залежність концентрація - час при виявленні відповідної реакції організму на ізоеффектівних рівні. Концентрації різних речовин, що викликають один і той же ефект - ізоеффектівних концентрації, підставляються в рівняння 1 замість ЕД50. Подальша оцінка комбінованого ефекту проводиться аналогічно методу Finney. Такий підхід суттєво розширює інформативні можливості методу, охоплюючи тимчасові аспекти спільного впливу чинників. У той же час цей метод складний в методичному виконанні. Так, у разі вивчення ефекту при безперервної інгаляції рекомендується випробовувати не менше 4-5 концентрацій кожної речовини, а також їх суміші, т. Е. Проводити не менше 12-15 дослідів. Як зазначає автор, отримання ізоеффектівних концентрацій при різних шляхах і режимах впливу - тривалий і трудомісткий процес.
Shelton і Weber (1981) розробили метод дослідження комбінованої дії хімічних речовин на кількісні, деградували показники функціонального стану організму. Речовини вводяться одноразово окремо і в еквімолярних сумішах. Показники відповідної реакції реєструються з різними інтервалами через 2-72 годин після введення. Криві доза - реакція при ізольованому введенні є основою для побудови розрахункової кривої для суміші речовин. Порівняння останньої з фактичної кривої доза - реакція для суміші речовин, отриманої в експерименті, може бути підставою для прогнозування характеру комбінованої дії. Цей метод містить ряд «умовних» моментів, наприклад порівняння паралельності кривих доза - ефект.
Л. А. Тиунов і співавтори (1981) використовували для прогнозу результату впливу декількох чинників на організм імовірнісний підхід. В основі такого підходу лежить уявлення про те, що результат впливу (тяжкість стану, порушення функції, смерть) є величиною випадковою, яка визначається низкою факторів, таких, як вихідне фізіологічний стан організму, його чутливість до даного виду впливу, умови, в яких протікає вплив і ін. Безліч випадків розглядається як повна система подій, т. е .:
(2.)
де 1 - номер результату, pi - ймовірність i-го результату.
При такому підході організм представляється у вигляді деякого перетворювача ( «чорний ящик») «вхідних впливів» (факторів, що впливають) в «вихідні реакції» (результати впливу). Взаємодія окремих органів і систем в організмі при цьому кількісно не розглядається.
Основою побудови моделей впливу декількох патогенних факторів є використання певного числа сполучень координат вектора. При цьому визначаються ймовірності результату дії і проводиться побудова поля цих ймовірностей для всього діапазону змін вектора комбінованого впливу. Автори не розглядають стохастичні моделі поєднаної дії як закінчені.
Для оцінки характеру комбінованого впливу складних парогазоповітряні сумішей - компонентів полімерних матеріалів щодо постійного складу А. Я. Бройтманом (1963) запропоновано використовувати регресійний аналіз (метод приватної регресії). Подальший розвиток застосування багатовимірного аналізу (регресійний, кореляційний, дисперсійний аналізи) знайшло в роботах В. В. Кустова і співавторів (1972), П. А. Нагорного (1971, 1973, 1977, 1979), І. М. Трахтенберга і співавторів ( 1975, 1977).
Пропоновані методи дозволяють дати кількісну оцінку зв`язку ефекту з діючими факторами, виявити фактор, який відіграє провідну роль у шкідливому впливі комплексу речовин, визначати ступінь сталості складу комплексу та ін. Можна погодитися з П. А. Нагорним (1977), який вважає, що методи багатофакторного аналізу слід використовувати в першу чергу при вивченні комбінованої дії комплексів недостатньо з`ясованого складу.
У той же час необхідно відзначити істотне обмеження можливостей цього методу, особливо в хронічному досліді, так як для його використання недостатньо досліджувати один-два рівня впливу кожного з факторів. Крім того, інтерпретація рівнянь множинної регресії з декількома закоррелірованнимі між собою змінними має елементи умовності і повинна проводитися з обережністю.
Без урахування ковариационной матриці (Хт, X) -1 наше розуміння регресійній моделі буде неповним, а іноді просто невірним (М. Кендалл, А. Стюарт, 1973).
Специфічним методом вивчення комбінованої дії компонентів полімерних матеріалів представляється метод, який передбачає використання витяжок. При токсикологічних дослідженнях витяжок з різних поліолефінів виявлена їх мала токсичність і встановлено, що факторами, що визначають можливість застосування поліолефінів, є їх органолептичні властивості (Б. Ю. Калінін і співавт., 1969- В. О. Шефтель, 1970).
Таким чином, огляд основних напрямків вивчення комбінованого, комплексного і поєднаної дії свідчить про наявність порівняно великої кількості різноманітних підходів, що відображають різні сторони настільки складної проблеми. Можна відзначити наступні основні моменти: а) многофакторность досліджуваних явищ- б) необхідність першочергового урахування мети експерімента- в) розгляд окремого досвіду як випадкової реалізації, яка визначається станом тварин, умовами впливу и др г) відмова про прямого співвіднесення кратності доз і кратності ефектів - д) недостатня обґрунтованість емпіричних порівнянь результатів спільного і ізольованої дії чинників-е) доцільність уніфікації умов експерименту, введення єдиної термінології оцінки ефекту та ін. мабуть, зараз жоден з розглянутих вище методів не враховує перерахованих моментів в їх спільності, т. е. практично відсутній єдиний методичний підхід до постановки таких досліджень, більш того, планування їх здійснюється часто інтуїтивно (довільний вибір числа дослідів, рівнів впливу факторів і термінів реєстрації показників, роздільне у часі використання дії окремих факторів і їх комбінацій і ін.) , немає однаковості в статистичній обробці матеріалів. Зазначені недоліки призводять до того, що дослідник робить висновок про характер спільної дії факторів на підставі окремих фрагментів досвіду і, отже, інформативна цінність досліджень значно знижується, можливі і просто невірні висновки.
Обговорюючи питання застосування графічних і аналітичних методів для оцінки комбінованої дії хімічних речовин, А. А. Голубєв і співавтори (1973) відзначають, що обмеженість застосування аналітичних методів оцінки комбінованої дії отрут є безумовно тимчасової. Стрімкий розвиток математичних методів планування експериментів, зокрема методів дисперсійного, факторного множинного кореляційного і особливо дискримінантного аналізу, а також методів математичного моделювання та використання для цих цілей електронних обчислювальних машин можуть стимулювати появу нових ідей в розробці проблеми аналітичної оцінки комбінованих ефектів.
Останнім часом докорінно змінився підхід до дослідження складних багатофакторних систем. У хімії і металургії, біології та електроніці успішно використовуються методи математичного планування експерименту (В. В. Налимов, 1971- Ю. П. Адлер і співавт., 1976: І. Г. Зедгенідзе, 1976, і ін.). Універсальність цих методів і висока ефективність дозволили застосувати їх для вивчення комбінованого, комплексного і поєднаної дії різних хімічних речовин (Р. Е. Сова та співавт., 1971, 1974 З. Д. Златев і співавт., 1976-
А. І. Ейтінгон і співавт., 1978- Г. І. Разоренов, 1979- Є.І. Спину і співавт., 1979).
Використання математичного планування експерименту при вивченні комбінованого, комплексного і поєднаної дії дозволяє на строго науковій основі вирішити наступні питання: як використовувати апріорну інформацію, скільки і яких дослідів треба поставити і як їх обробити, щоб вирішити поставлене завдання найбільш ефективно.
Отже, методи вивчення комбінованого, комплексного і одночасного впливу, на наш погляд, можна поділити на 5 груп:
- графічні методи побудови изодинамического і ізоболіческіх діаграм;
- аналітичні методи, засновані на вивченні залежностей доза - ефект, концентрація - час і ін .;
- методи, в основі яких лежить оцінка ступеня ймовірності певних ефектів;
- методи багатовимірного аналізу;
- методи математичного планування експерименту.
Кожна з наведених груп методів продовжує розвиватися, знаходячи додаток для вирішення окремих завдань. У той же час найбільш загальним методичним підходом до вивчення комбінованого, комплексного і поєднаної дії є постановка багатофакторних дослідів на основі методології математичної теорії експерименту (В. С. Тюхтін, С. Н. Вовк). Математичне планування, формалізуючи безпосередньо хід експерименту, в той же час надає експериментатору широкі можливості вибору плану дослідів в залежності від поставленої мети, числа факторів, рівнів їх варіювання і ін.
