Методи гігієнічної токсикології - токсикологія полімерних матеріалів

Основні методи гігієнічної токсикології полімерних матеріалів. Мета санітарно-токсикологічних досліджень полімерних матеріалів - визначення їх токсичності. Результат досліджень виражається в альтернативній формі: токсичний або нетоксичний ПМ. Позитивний результат токсикологічного вивчення полімерних матеріалів і виробів з них свідчить, що вони не можуть надати будь-якого шкідливого впливу на здоров`я людини в конкретних умовах їх застосування. Об`єктом токсикологічного вивчення є не сам матеріал, а комплекс мігруючих з нього летких речовин або витяжка, приготована в умовах, що відповідають реальним.
Токсичні властивості ПМ інтегрують біологічну активність виділяються ними хімічних речовин. Тому токсикологічне дослідження мономерів, пластифікаторів, стабілізаторів і інших добавок визначає гігієнічну оцінку не тільки існуючих, але і майбутніх матеріалів, що включають вже вивчені інгредієнти.
Метою санітарно-токсикологічних досліджень, що мігрують із полімерних матеріалів хімічних речовин, є отримання повної характеристики їх токсичності, включаючи віддалені ефекти і можливе алергенна дія. Результат досліджень - обгрунтування гігієнічного нормативу - допустимого рівня міграції в повітря і воду або допустимої кількості міграції в модельні середовища або харчові продукти. Допустимі рівні і допустимі кількості міграції - це максимальні концентрації мігруючих з полімерних матеріалів в воду, повітря і харчові продукти хімічних речовин, які не змінюють їх органолептичні властивості і не завдають вимірного шкоди здоров`ю живе або майбутніх поколінь.
У токсикології полімерних матеріалів широко застосовують такі методи: способи моделювання інтоксикацій, методи оцінки смертельного ефекту, кумулятивних властивостей речовин, встановлення порогів шкідливої дії, статистичні і розрахункові методи, в тому числі математичне моделювання біологічних процесів і явищ- біохімічні, патофізіологічні, патоморфологічні та інші методи дослідження функціонального стану організму і структури його органів і тканин.
Основним завданням токсікометріі, як найважливішої для гігієни частини токсикології, є кількісне визначення токсичності і небезпеки хімічних речовин і на цій підставі встановлення гігієнічного нормативу.
Для оцінки характеру і вираженості змін, що відбуваються в організмі у відповідь на вплив хімічних чинників, велике значення має правильний вибір комплексу необхідних методів дослідження. Важливу роль відіграє адекватна модель введення хімічних речовин експериментальним тваринам, яка повинна по можливості відповідати ситуацій реального отруєння в різних умовах середовища. Найбільш прості за технікою виконання і дозуванні пероральний і накожний шляху введення. Для моделювання інгаляційного шляху введення газоподібних з`єднань використовуються різноманітні затравочние камери.
Для вивчення біологічної активності комплексу хімічних речовин, що виділяються з будівельних полімерних матеріалів, А. Н. Боковим (1968) розроблена спеціальна установка, що складається з набору камер-генераторів різного об`єму, в які поміщаються зразки досліджуваних полімерних матеріалів, систем і пристроїв, що забезпечують створення і підтримання в них на заданому рівні необхідних параметрів, установок з дихальними ковпаками (при спостереженнях за людьми), набору затравочних камер, в яких розміщуються експериментальні тварини, і аспіраційної системи для відбору проб повітря. К. І. Станкевичем (1970) розроблена модель камери з охопленням моделювання більшої кількості чинників (температури і вологості повітря, кратності повітрообміну, інсоляції і т. Д.). Подібні установки дозволили вирішити питання моделювання умов експлуатації полімерних матеріалів, істотно впливають на рівень міграції з них летких речовин. У камерах-генераторах створюються повітряні суміші з якісними і кількісними характеристиками хімічного забруднення, відповідні реальним умовам експлуатації. Методичні підходи, розроблені А. Н. Боковим (1970), дозволяють моделювати основні умови експлуатації полімерних матеріалів, що застосовуються в будівництві будівель і споруд (житлові, громадські, промислові і сільськогосподарські будівлі, засоби наземного, повітряного і водного транспорту і т. Д.) з урахуванням будівельно-кліматичного районування території країни і пори року. На установках такого типу можна вивчати як окремі будівельні полімерні матеріали, так і конструкції з них різного призначення, а також будь-які поєднання їх. Спостерігається збіг характеру і рівня хімічного забруднення повітря та рівня концентрацій в модельованих в реальних умовах, що дозволяє екстраполювати дані, отримані в модельованих умовах, на натурні об`єкти. Таким чином, на підставі таких досліджень можна скласти висновок про характер і ступінь очікуваного впливу досліджуваних полімерних матеріалів (або їх поєднань) на умови проживання, самопочуття і здоров`я населення. На думку К. І. Станкевича (1972) і Н. С. Смирницкого (1973), це дає можливість обґрунтовувати регламенти застосування полімерних матеріалів в будівництві.
А. Н. Боков (1977) підкреслює специфічність зазначеного підходу. Так, виключення сторонніх (т. Е. Які пов`язані з будівельним ПМ) джерел хімічного забруднення повітря (газові прилади, інші побутові процеси) та інших численних факторів середовища проживання людини сприяє більш повної, чіткої та об`єктивної оцінки досліджуваних полімерних матеріалів. При цьому несуттєві по впливу на процес міграції в повітряне середовище хімічних речовин відмінності між моделлю і оригіналом, пов`язані, зокрема, зі зміною просторового (обсяг камер-генераторів значно менше обсягу житлових приміщень) та тимчасового масштабу (тривалість життя дрібних лабораторних тварин значно коротше тривалості життя людини), дозволяють вивчати будівельні полімерні матеріали з меншими витратами сил і засобів і в значно коротші терміни.
О. В. кайсин, І. І. Краснікова і Т. Д. Гадаліной (1978) розроблені методичні підходи для вивчення вікової реактивності тварин при впливі газовиділень з полімерних матеріалів. У дослідах використовували свіжо виготовлені полімерні матеріали (в період максимального виділення летких компонентів), а також після попереднього їх витримування. Зразки ПМ поміщали у вигляді конструкційних деталей меблів в експериментальні кімнати (з розрахунку реальної насиченості), де експонувалися піддослідні тварини, починаючи з моменту народження.
При виборі вікових груп тварин виходили з загальноприйнятою класифікацією вікових періодів в онтогенезі (В. Д. Розанова, 1968), згідно з якою розвиток білих щурів від народження до статевозрілого стану ділиться на 5 вікових періодів, що відрізняються за рівнем енергетичних витрат, діяльності дихальної та серцево судинної систем. Грунтуючись на цій класифікації, автори вивчали стан тварин у віці 9 і 21 день і 1,2 і 3 міс. Для порівняння вікової чутливості в досвід включили також статевозрілих тварин. Таким чином, період спостереження складався з вивчення стану організму з моменту народження тварин, в процесі росту і розвитку до завершення періоду статевого дозрівання. При цьому виходили з принципу, що вивчення зростаючого організму слід проводити з урахуванням усіх боків його життєдіяльності та механізму дії летючих інгредієнтів полімерних матеріалів.
Узагальнюючи результати досліджень, проведених з різними полімерними матеріалами (лак ПЕ-246, деревно-стружкові плити марки МФ-17, ПВХ лінолеум), автори дійшли висновку про виникнення найбільш виражених змін в стані тварин в ранньому віці (1 і 3 тижні), що пояснюється відносною слабкістю у них адаптаційно-захисних механізмів у порівнянні з статевозрілими тваринами. Це доводить доцільність обліку вікової реактивності при токсиколого-гігієнічній оцінці ПМ, використовуваних в будівництві і обладнанні дитячих установ.
З особливою відповідальністю необхідно ставитися до токсиколого-гігієнічній оцінці ПМ, призначених для виготовлення виробів дитячого асортименту. Токсикологічний експеримент при цьому проводиться з урахуванням вікової реактивності.

Новонароджених тварин поміщають в клітку, дно якої встеляється досліджуваним ПМ. При створенні «гнізда новонароджених» додатково вноситься подрібнений ПМ, який у міру забруднення замінюється новим, бажано щодня в строго фіксований час, що можна поєднувати з чищенням клітки або годуванням тварин. Зазвичай в посліді залишають 8-10 тварин, хоча число їх може змінюватися в залежності від виду та завдань дослідження.
Таблиця 3. Терміни проведення токсикологічних досліджень

Новонароджені залишаються в клітці з матір`ю до 21-го дня життя, потім мати відкидають.
Методичні вказівки рекомендують для оцінки зростання і розвитку тварин зважувати у віці 1, 7, 14, 21, 30, 45, 60 і 90 днів в певний час. Потім обчислюють відносну та абсолютну швидкість росту (Т. Я. Бельмагія, 1975). Можливо зважування і в інші терміни: щодня, 1 раз в 5 днів, щотижня. Оцінку розвитку проводять за часом появи вовняного покриву, відкриття очей, вух, прорізування різців, відкриття статевої мембрани, випускання сім`яників і появи першого еструса методом вагінальних мазків. Періодично реєструють частоту серцебиття і дихання в стані спокою. Для цієї мети можна використовувати реєстрацію ЕКГ і пневмограмму. Визначають споживання кисню в стані спокою. Контрольні тварини утримуються в аналогічних умовах, але не піддаються впливу ПМ.
Умови і строки проведення санітарно-токсикологічного експерименту повинні відповідати його меті та завданням (табл. 3).

В даний час вироблені основні прийоми і принципи, які використовуються в підготовчому періоді постановки токсикологічного експерименту, що забезпечують об`єктивну оцінку функціонального стану організму на різних стадіях вивчення токсичності. Дослідження проводять, як правило, на 2-3 видах лабораторних тварин з урахуванням аналізу даних про анатомічні, фізіологічних і біохімічних особливостях організму різних видів.
Так, при вивченні токсичної дії ароматичних амінів для дослідів більше підходять щурі та кролі, при вивченні отрут, що викликають кисневе голодування, - дрібні птахи, голуби, кішки, собаки, при дослідженні речовин, що викликають паренхиматозную дистрофію внутрішніх органів, - миші- фосфорограніческіх з`єднань - кішки, щури- отрут - метгемоглобинообразователей - щури, кішки, собаки-гідразінових похідних - щури (Л. А. Тиунов, 1967- О. Н. Єлізарова, 1971).
В експеримент беруть тварин, отриманих з однієї партії, з певного розплідника. Як правило, використовують статевозрілих тварин (табл. 4), якщо в експерименті не ставиться завдання оцінки токсичності ПМ, призначених для використання дітьми та підлітками. Показником віку здорових тварин служить величина маси їх тіла.
В експериментах можуть використовуватися лінійні і безпородні тварини. Однак при взятті в експеримент безпородних тварин не завжди можливо отримати повну характеристику токсичних ефектів, так як біохімічні та морфологічні особливості різних штамів різноманітні.
З огляду на можливість глистових інвазій і захворювань, що протікають без виражених клінічних проявів, перед початком експерименту протягом 2-3 тижнів тварин спостерігають. Зняття фонових показників у всіх груп тварин дозволяє виключити з досвіду особин з крайніми значеннями, оцінити варіабельність того чи іншого показника до затравки. Фонові показники не замінюють контрольні дані, які слід визначати протягом всього експерименту, паралельно з дослідами.
Ефект може бути не виявлений через недостатню чисельність вибірки або недостатнього терміну спостереження. Тому для успішної подальшої статистичної обробки результатів важливим є вибір необхідної чисельності тварин в групі.
Д. Сепетліев (1968) наводить розрахунок числа спостережень, достатнього для досягнення певної точності реєстрації величини показника:
Таблиця 4. Середня маса тварин, яка використовується в токсикологічних експериментах, г

де t - коефіцієнт Стьюдента, а - середнє відхилення досліджуваного показника,
А - максимальний розмір помилки вибірки, допустимої в даному дослідженні. Інформація про величинах може бути отримана на підставі даних попередніх досліджень або з літератури (М. Л. Рилова, 1964- І. М. Трахтенберг та співавт., 1978).
Розрахунок показує, що для більшості біологічних показників мінімальне число спостережень дорівнює 25. Оскільки контрольна група складається зазвичай з 10-12 тварин, реєстрований в цій групі показник може розглядатися тільки як один з можливих варіантів норми.
Як відомо, в якості кількісних критеріїв токсичності хімічних речовин використовують переносяться, смертельні, ефективні, порогові, підпорогової дози і концентрації, середній час загибелі тварин, зону токсичної дії, коефіцієнт кумуляції. Перераховані критерії встановлюються з різною точністю, інформативність їх нерівнозначна.
Характеристикою верхньої межі токсичності є смертельні дози (ЛД), індекс при яких вказує на відсоток загибелі тварин від їх введення. ЛД50 і ЛК50 (среднесмертельная концентрація речовини в повітрі) -основні параметри гострої токсичності. Для оцінки речовини іноді використовують ЛД16, ЛК16, ЛД84 і ЛК84, а також максимально стерпні, абсолютно смертельні дози і концентрації.
У поняття гостра токсичність входять ефекти, що виникають в результаті короткочасного впливу хімічних речовин. Гострі токсичні ефекти бувають оборотними і необоротними. При цьому можуть страждати печінка, нирки, імунна система, а також спостерігатися неврологічні і тератогенні поразки і т. Д.      
Гострі досліди, як підкреслює З. І. Жолдакова (1985), придбали принципово нового значення на сучасному етапі гігієнічного нормування в зв`язку з широким використанням методів прогнозу токсичності і небезпеки хімічних сполук (прогноз здатності речовин до кумуляції, розрахунок нешкідливих рівнів впливу та ін.) .
Завданням гострого досвіду є (Г. Н. Красовський, 1985):

1) встановлення ступеня токсичності речовини і отримання первинної інформації про його токсікодінаміке- 2) порівняльна оцінка токсичності декількох речовин-3) визначення видової, статевої і вікової чутливості лабораторних тварин до веществу- 4) виявлення орієнтовних рівнів доз для вивчення кумулятивних властивостей речовини, проведення підгострого і хронічного досвіду. Величина среднесмертельних доз і концентрацій залежить від швидкості всмоктування, виведення, метаболізму, виду, лінії, статі, віку, маси тіла тварини, умов його змісту, форми застосування речовини. Навіть при стандартизації цих умов величини ЛД50 можуть варіювати.