Програма практичних занять навчальної дисципліни

Тема 1. Класифікація екотоксикантів. Антропогенні екотоксиканти

Токсиканти – речовини, які проявляють токсичний ефект відносно живих організмів будь-яких таксономічних груп у різних середовищах мешкання.

Токсиканти бувають природного (токсини) та антропогенного походження (екотоксиканти).

Екотоксиканти – отруйні речовини антропогенного походження, які викликають серйозні порушення у структурах екосистем та живих організмах. Джерелами їхнього надходження у довкілля є промислові виробництва, сільськогосподарське виробництво, ТЕС, АЕС та інші енергетичні установки тощо. Перенесення і розсіювання ектоксикантів у біосфері обумовлені не тільки абіотичними факторами (циркуляція атмосфери, ґрунтові розчини, течії в океані та ін.), але і біотичними факторами – вони поглинаються живими організмами і переміщуються по трофічних ланцюгах за рахунок чого збільшують свої вихідні концентрації. Міграція екотоксикантів призводить до поширення шкідливого впливу на природні системи, живі організми, людину. Виникає загрозливий стан, коли живі організми активно беруть участь у розповсюдженні багатьох екотоксикантів. При характеристиці антропогенних екотоксикантів нами буде приділена увага не окремим організмам, а їхнім зв’язкам, тобто біоценозам та екосистемам, а також трансформації речовин у навколишньому природному середовищі.

Перш за все, слід з’ясувати основні типи класифікацій екотоксикантів, а потім розглянути механізми їхньої дії на екосистеми та живі організми.

 

Класифікація екотоксикантів

Є велика кількість різних класифікацій екотоксикантів, які відображають:

- різноманітність властивостей токсикантів і їхньої біологічної дії;

- різноманітність підходів до даної проблеми різних фахівців.

Усі класифікації токсикантів можна поділити на дві групи (таблиця):

загальні, в основу яких покладено певний загальний принцип оцінки;

спеціальні, в основу яких покладено зв’язок між окремими фізико-хімічними або іншими властивостями речовин і проявами їхньої токсичності.

Таблиця 1

Основні види класифікацій токсикантів

Загальна	Спеціальна
За хімічними властивостями (хімічна) За метою використання (практична) За ступенем токсичності (гігієнічна) За видом токсичної дії (токсикологічна) За „вибірковою токсичністю” За агрегатним станом	По типу виникаючого зниження вмісту кисню у тканинах організму (патофізіологічна) По механізму взаємодії з ферментними системами (патохімічна) По характеру біологічних наслідків ураження (біологічна) По ступеню канцерогенної активності та ін.

 

Найбільш широко використовують хімічну класифікацію речовин на органічні, неорганічні, елементорганічні і подалі відповідно з хімічною номенклатурою.

За використанням токсиканти поділяються на:

• промислові (розчинники, паливо, охолоджуючі рідини, хімічні реагенти, фарби, пластифікатори тощо);

• сільськогосподарські хімікати (мінеральні та органічні добрива, хлорорганічні пестициди, фосфорорганічні інсектициди, ртутьорганічні речовини, похідні карбонових кислот);

• мілітарні засоби (бойові отруйні речовини, екологічна зброя, сильно діючі отруйні речовини, піротехнічні і протилазерні засоби, маскуючі аерозолі тощо);

• лікарські засоби;

• побутові хімікати (харчові добавки; засоби санітарії, особистої гігієни та косметики; засоби догляду за одягом, меблями, автомобілем тощо);

• біологічні (рослинні та тваринні) отрути;

• побутові і виробничі відходи.

Мірою шкідливості є токсичність, а вона зворотно пропорційна смертельній дозі, але прямо пропорційна небезпеці ураження токсикантом. Небезпека ураження тим вища, чим нижче значення порогу шкідливої дії.

Таблиця 2

Класифікація небезпечності речовин

№ п/п	Показник токсичності	Норми для класів небезпечності
		І надзвичайно небезпечні	ІІ високо небезпечні	ІІІ помірно небезпечні	IV мало небезпечні
1	ГДК робочої зони, мг/м3	< 0,1	0,1 – 1,0	1,1 – 10,0	> 10,0
2	Середня смертельна доза, при введенні в шлунок, мг/кг	< 15	15 – 150	151 – 5000	> 5000
3	Середня смертельна доза, нашкірна, мг/кг	< 100	100 – 500	501 – 2500	> 2500
4	Середня смертельна концентрація, мг/м3	< 500	501 – 5000	5001 – 50000	50000
5	Коефіцієнт можливого інгаляційного отруєння	< 300	300 – 30	29 – 3	< 3
6	Зона гострої дії	< 0,6	6 – 18	18,1 – 54	> 54
7	Зона хронічної дії	> 10	10 - 5	4,9 – 2,5	< 2,5

 

У табл. 3 наведено дані про класифікацію шкідливості речовин при різних шляхах введення.

Таблиця 3

Класифікація шкідливості речовин

№ п/п	Ступінь токсичності	Клас небезпеки	Інгаляційний шлях		Ентеральний шлях введення, ЛД50, мг/кг
			ЛК50, мг/кг*	ГДК, мг/м3
1	І	Надзвичайно небезпечні	1,0	1,0	15,0
2	ІІ - ІІІ	Високо небезпечні	1,0 – 10,0	10,0	15,0 – 150,0
3	IV – V	Помірно небезпечні	11,0 – 40,0	1000,0	151,0 – 1500,0
4	VI - VIII	Мало небезпечні	40,0	> 100,0	> 1500,0

 

*  ЛК50 – смертельна концентрація, що свідчить про загибель 50\% тварин (рослин) при аерогенному введенні токсиканта.

Тема № 10. Встановлення парамтерів токсичності за даними гострого досліду

За даними гострого досліду розраховуються параметри, які дають першу уяву про здатність речовин до акумуляції: середній час загибелі тварин (ТЛ₅₀) та індекс кумуляції (І).

Для визначення ТЛ₅₀ складається робоча таблиця, аналогічна за таблицю розрахунків результатів гострого досліду. Строки загибелі тварин фіксуються у годинах.

За даними таблиці підраховується сумарний час загибелі тварин від кожної з доз (Sumt). З цих даних знаходять середній час загибелі однієї тварини (t_n) за формулою: t_n = Sumt_/n, де n – загальна кількість тварин, які загинули від даної дози. ТЛ₅₀ розраховують тими ж статистичними методами, що і сереньосмертельну дозу або будують прямокутну систему координат (у логарифмічному масштабі). По осі абсцис відкладають час загибелі тварин (у годинах), а по осі ординат – дози речовин (мг/кг). На графік наносять точки, які відповідають знайденим величинам t_n і через них проводять пряму, за допомогою якої знаходять ТЛ₅₀ – час загибелі тварин від дози, яка дорівнює ЛД₅₀.

Клаcифікація речовин за здатністю до кумуляції в гострих дослідах

Ступінь кумуляції	Показники кумуляції
	І	ТЛ50, год
Надкумуляція	> 0.5	> 48
Сильна	0.1 – 0.5	> 24 - 48
Середня	< 0.1	12 – 24
Слабка	0	< 12

Кількість тварин у гострому досліді повинна бути достатньої для статистичних розрахунків (не менше 10 для мишей). Спостереження за тваринами проводиться 14 днів після введення речовини. Фіксується час загибелі кожної тварини.

По таблиці визначають, до якого класу за здатністю до кумуляції відноситься речовина. Для визначення індекса кумуляції розраховуються величини ЛД50 за 1 добу та за результатами загибелі тварин впродовж 14 днів досліду.

Співвідношення між основними (первинними) и похідними (вторинними) параметрами токсикометриї.

П олученные в острых опытах параметры токсичности (CL₅₀, Lim_{ac int,} Lim_{ac sp}) позволяют рассчитывать зоны острого, хронического, специфического действия, которые дают возможность оценить опасность вещества.

Небезпека оцінюється двома групами кількісних показників:

– критерії потенційної небезпеки;

– критерії реальної небезпеки.

До потенційних критерії відноситься коефіцієнт можливого інгаляційного отруєння:

КМІО = С₂₀ / CL₅₀,

де С₂₀ – насичена концентрація шкідливих речовин у повітрі (летючість) при температурі 20 ⁰С, мг/м³.

Чим вище насичена концентрація речовини при кімнатній температурі та нижче середня смертельна концентрація (значення КМІО більше), тим більша вірогідність розвитку гострого отруєння.

Це одна з основних закономірностей тксикометрії. Аналіз оцінки небезпеки різних промислових отрут за величиною КМІО демонструє, що у ряді випадків малотоксична, але високо летюча речовина в умовах виробництва може виявитися більш небезпечною у плані розвитку гострого отруєння, ніж більш високотоксична, але мало летюча речовина.

Про реальну небезпеку розвитку готрого отруєння можна судити за величиною зони гострої дії.

Зона гострої дії (Z_ac) – це відношення середньої смертельної концентрації (дози) ждо порогової концентрації (дози) при одноразовій дії

Z_ac = CL₅₀ / Lim_ac.

Вона є інтегральним показником компенсаторних властивостей організма, його властивості до знешкодження та виведення з організму отрут та компенсації ушкоджених функцій. Чим меньше Z_ac, тим більше небезпека розвитку готрого отруєння.

Показниками реальної небезпеки хронічної інтоксикації є значення зон хронічної та біологічного дії.

Зона хронічної дії (Z_ch) – відношення порогової концентрації (дози) при одноразовій дії до порогової концентрації (дози) при хронічному впливі:

Z_ch = Lim_aс / Lim _ch.

Величина Z_ch викорстовується для характеристики небезпеки отрути при хронічній дії. Небезпека хронічного отруєннся прямо пропорційна величині Z_ch.

Зона хронічної дії є показником компенсаторних здібностей організму на низькомолекулярному рівні.

Зона біологічної дії (Z_biol) – відношення середньої смертельної концентрації (дози) до порогової концентрації (дози) при хроничній дії.

Z_biol = CL₅₀/ Lim _ch.

Чем більше значення Z_biol, тим більша здатність сполуки до кумуляції в організмі.

Після визначення параметрів токсикометрії проводять обґрунтування коефіцієнта запасу. Величина його залежить від особливостей дії отрути, адекватності таи чутливості поазників при визначенні Lim_ch и пр. У звичайних умовах коефіцієнт приймається в інтервалах від 3 до 20. Величина коефіцієнта запасу підвищується за наступних обставин:

– збільшенні абсолютної токсичності;

– збільшенні КМІО;

– зменшенні зоны гострої дії;

– збільшенні кумулятивних властивостей;

– дієвих (більше 3 раз) відмінностей у видовій чутливості;

– выраженій шкірно-резорбтивній дії.

Міжвидові відмінності у чутливості піддослідних тварин (не менше 4-х видів грызунів – мишей, морських свинок, пацюків, кроликів) оцінюються по відношенню DL₅₀ для найбільш стійкого вида тварин до DL₅₀ для найбільш чутливого при одному й тому ж шляху введення в організм. Накінець, маючи коефіцієнт запасу, розраховують гранично допустиму концентрацію (ГДК)шкідливої речовини:

ПДК = Lim _ch / k,

де k – коефіцієнт запаса.