<<
>>

ГЛАВА 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНТОКСИКАЦИЙ

Применительно к задачам гигиенического нормирования наибольшую актуальность имеет вопрос воспроизводимости и точности результатов санитарно-токсикологического экспери­мента. Имеющиеся данные убедительно свидетельствуют о том, что до сих пор существует значительное расхождение параметров одних и тех же веществ, в том числе величин ПДК, устанавливаемых разными исследователями.

Так, со­поставление отечественных и американских гигиенических нормативов одних и тех же веществ в воздухе рабочих поме­щений показало, что в перечнях ПДК почти половина вели­чин практически совпадали, но для 30 % веществ различия составляли от 10 до 20 раз и более [228]. То же отмечалось и при сопоставлении нормативов допустимого содержания вредных веществ в атмосферном воздухе. В требованиях к питьевой воде в разных странах имеются расхождения вели­чин ПДК, хотя эти различия менее выражены и обычно не превышают 2—5 раз и лишь в редких случаях достигают 10 раз и более.

Можно полагать, что расхождение результатов изучения токсичности одних и тех же веществ в разных лабораториях зависело от условий проведения экспериментов (в разное вре­мя года, с использованием различных по виду, возрасту, полу и индивидуальной чувствительности животных и пр.). Изме­нение условий моделирования интоксикаций оказывает суще­ственное влияние на результаты экспериментов.

Если токсичное вещество изучить в эксперименте с исполь­зованием крыс-самцов, то будут установлены одни параметры токсикометрии, например максимальные недействующие (МИД) и пороговые дозы (ПД), при использовании крыс-са- мок —другие, молодых животных — третьи. При проведении экспериментов в различные периоды года, использовании не­стандартного рациона питания, других видов животных и т. д. в каждом случае параметры токсикометрии будут иными. Дру­гими словами, надежность и точность переноса данных на че­ловека исходно зависят от учета факторов, обусловливающих вариабельность результатов токсикологических эксперимен­тов.

Важно определить, какие именно факторы являются ве­дущими. В наших исследованиях для выяснения сравнитель-
Таблица 2.1. Кратность различий индивидуальной чувствительности лабораторных животных к действию токсичных веществ
Статистические

параметры

Вид ЖИВОТНОГО
мышь крыса морская свинка все животные
х ± т 5,9 ± 0,41 4,18 ±0,41 3,39 ± 0,42 4,87 ± 0,21
о 3,3 2,7 1,3 2,34
п* 63 42 12 124

* Количество животных.

ной значимости различных факторов, влияющих на точность, надежность и воспроизводимость данных, были определены пределы колебания показателей токсичности веществ в зави­симости от изменения условий проведения опытов.

Пределы вариабельности индивидуальной чувствительности животных к ядам устанавливали по соотношению летальных доз Ы3100/Ы)0 для веществ, относящихся к хлорорганическим и неорганическим соединениям, спиртам жирного ряда и нит­росоединениям. Для выполнения расчетов использовали соб­ственные материалы по токсикологической оценке около 50 химических соединений. Кроме того, дополнительно учте­ны ряд работ по гигиеническому нормированию вредных ве­ществ в воде водоемов и отдельные публикации периодиче­ской литературы.

Результаты оценки пределов колебания индивидуальной чувствительности (х ± т) лабораторных животных к токсиче­скому действию более 100 вредных веществ приведены в табл.

2.1. В таблицу включены также сведения о средних квадрати­ческих отклонениях (а) и вариабельности индивидуальной чувствительности кроликов и кошек к действию шести ве­ществ (графа «все животные»).

Как свидетельствуют данные таблицы, пределы вариабель­ности индивидуальной чувствительности животных к ядам до­вольно велики и в среднем составляют 4—6 раз, а к действию отдельных веществ достигают 10-кратных различий.

Следует отметить, что различия в индивидуальной чувстви­тельности людей к токсическому действию веществ также весьма значительны. Так, Р. Уильямс (1960) установил, что 7 г этилового спирта могут оказывать на некоторых людей такое же влияние, как 70 г на других. Минимальные концен­трации хлористой ртути, вызывающие раздражение кожи, различались до 100 раз. Б. Е. Вотчал (1965) привел ряд при­меров, когда для достижения одного и того же эффекта от­дельным лицам требовались дозы лекарственных средств, различающиеся между собой в 8—10 раз. Наши наблюдения показали, что индивидуальная вариабельность 6 человек в чувствительности к действию ацетофоса достигала 4—6-крат­ных различий [124].

При хроническом воздействии токсичных веществ на орга­низм человека и животных в малых дозах сохраняется та же степень различий в индивидуальной чувствительности. На­пример, при изучении водно-нитратной метгемоглобинемии незначительное повышение метгемоглобина в крови некото­рых детей происходит при содержании нитратов в воде на уровне 11 и 50—60 мг/л [96]. Одинаковый токсический эф­фект фтора (флюороз зубов в слабой степени) отмечали у школьников, потреблявших питьевую воду с концентрациями фтора 0,9—1,25 и 4—4,5 мг/л [48]. В связи с этим особенно важно учитывать индивидуальную чувствительность при уста­новлении стандартов безопасности веществ для человека [405].

Вариабельность в чувствительности лабораторных живот­ных к хроническому действию веществ находится примерно в тех же пределах, однако в ряде случаев наблюдали одинако­вый токсический эффект при действии доз, отличающихся в

10 раз [94, 143].

В основе изменчивости индивидуальной чувствительности (внутривидовых различий) к токсикантам лежат генетиче­ские особенности одного и того же вида [334, 456]. Повы­шенная или пониженная чувствительность обусловлена му­тацией генов, отвечающих за синтез энзимов, рецепторных структур или транспортных белков [424, 455].

В качестве примера можно привести дефекты глкжозо-6- фосфатдегидрогеназы или гемоглобина у людей. Лица с по­добными дефектами реагируют на целый ряд веществ (суль- фо-, нитро-, аминосоединения и т. д.) бурным образованием метгемоглобина и гемолизом. У некоторых лиц из-за дефекта фермента реакция ацетилирования ксенобиотиков протекает с очень низкой скоростью, в частности период полупревраще­ния гидразина составляет 150—200 мин при норме 40—80 мин. Количество лиц с дефектом метаболизма в Европе около 50 % [138].

Для учета генетического полиморфизма ферментов в про­цессах биотрансформации веществ предлагается выявлять сре­ди населения лиц с аллелями генов, ответственных за деток­сикацию химических загрязнений среды [352, 454]. Только в системе 1-й и 2-й фаз метаболизма веществ участвуют не­сколько сот генов и еще больше — их аллельных вариантов. Например, ген, ответственный за транспорт органических анионов, имеет до 20 аллельных вариантов [131]. В перспек­тиве это затруднение, вероятно, преодолимо, если будет раз­вита биотехнология создания биочипов [212]. Реальные коли­чественные возможности методов выявления таких генов пока крайне ограничены: они не позволяют ответить на основной вопрос — во сколько раз более (или менее) чувствительными к веществу будут индивидуумы, имеющие конкретные модифи­кации генов. Такие методы пока не пригодны ни для опреде­ления коэффициентов запаса при обосновании гигиенических нормативов, ни для расчетов индивидуальных терапевтиче­ских доз с учетом их дрейфа, обусловленного генетическим полиморфизмом. Следует, однако, учесть, что, кроме врож­денного полиморфизма генов повышенной восприимчивости к веществам, весьма часто возникает приобретенная воспри­имчивость у людей к химическим загрязнениям среды из-за неудовлетворительных социально-экономических условий жизни, перенесенных болезней, несбалансированного пита­ния, предыдущих контактов с токсичными веществами и др.

В монографии «Клиническая эпидемиология. Основы дока­зательной медицины» [Флетчер Р. и др., 1998] приведен любо­пытный фактический материал о заболеваемости и смертности от туберкулеза в Англии за последние 150 лет. В начале первой трети XIX в. смертность составляла 400 случаев на 100 000 на­селения из-за повышенной чувствительности (восприимчиво­сти) к возбудителю этой инфекции. В последующие годы смертность стала неуклонно снижаться и упала почти в 50— 100 раз задолго до того, как начали применять антибиотики (в середине XX в.) и вакцинацию (вакцина была разработана еще позже). Авторы признают, что не совершенствование методов лечения, а улучшение социальных и экономических условий, влияющих на восприимчивость (уменьшение перена­селенности квартир, улучшение питания и др.), сыграло опре­деляющую роль в снижении заболеваемости туберкулезом в развитых странах. Хорошо известно, что у заключенных в тюрьмах из-за тесноты в камерах, ухудшения питания, стрес­сов и других факторов восприимчивость к заболеванию тубер­кулезом заметно повышается. Из этого следует, что в боль­шинстве случаев приобретенная восприимчивость оказывается более значимой, чем врожденный полиморфизм генов с гене­тически обусловленной предрасположенностью человека к данному заболеванию.

Интегральную оценку системы биотрансформации веществ неизмеримо быстрее, проще и строго количественно можно оценить с использованием нагрузочных тестов, например с помощью антипирина с определением в моче этого препарата и/или продуктов его трансформации.

Предварительный отбор животных для проведения опыта хотя и уменьшает разброс данных, но не позволяет полно­стью избежать влияния фактора индивидуальной чувстви­тельности на вариабельность результатов токсикологическо­го эксперимента.

Для определения пределов колебания возрастной чувстви­тельности животных к ядам были обобщены накопившиеся в области гигиенического нормирования материалы по возрас­тной токсикологии. Эти материалы дополнялись данными из справочников [452], монографий [181, 215] и периодических публикаций [335].

Всего были собраны сведения о результатах 215 экспериментов по определению сравнительной чувстви­тельности животных различных возрастных групп к действию хлор- и фосфорорганических пестицидов, растворителей, спиртов и лекарственных средств.

Сопоставление среднелетальных доз вешеств показало, что независимо от вида животных (мыши, крысы, кролики и со­баки) новорожденные более чувствительны к ядам по сравне­нию с молодыми и взрослыми животными в среднем в 3 раза и более. Эти различия были максимальными для крыс, осо­бенно при введении в желудок. Так, новорожденные крысята при пероральном способе введения оказались чувствительнее взрослых в 3,5 ± 0,73 раза, при внутрибрюшинном — в 1,2 ± 0,27, а при подкожном — в 2,2 ± 0,33 раза.

Анализ данных о чувствительности к ядам молодых живот­ных показал, что возрастная чувствительность может быть различной и не всегда молодой организм является наиболее уязвимым. К некоторым веществам: гранозану, диэтиловому эфиру, аллиловому спирту — молодые животные примерно в

2 раза менее чувствительны, чем взрослые. К ряду других ве­ществ: этиленгликолю, дихлорэтану, бензолу, бензину, хлор- органическим пестицидам — молодые животные в 4—6 раз чувствительнее взрослых. Установлены наибольшие различия в чувствительности молодых и взрослых животных к действию этанола и триоксида мышьяка —до 10 раз. Правда, по дан­ным М. Ф. Савченкова (1967), возрастные различия в чувст­вительности мышей к действию этанола не превышали 2— 4 раз.

Результаты оценки возрастных различий чувствительности к действию токсичных веществ представлены в табл. 2.2 и свидетельствуют о том, что в зависимости от возраста живот­ных параметры токсичности веществ, устанавливаемые в экс-

Таблица2.2. Пределы вариабельности в чувствительности животных различных возрастных групп к действию 86 веществ (для условий перорального поступления в организм)
Статистические параметры Лабораторные животные
молодые и взрослые взрослые и старые
х ± т 2,4 ± 0,23 1,4± 0,07
о 1,7 0,4
п 57 29

перименте, могут варьировать в пределах 2—3 раз, а в отдель­ных случаях — до 4—6 раз.

Сопоставление высших суточных фармакологических доз 84 лекарственных средств для различных возрастных групп показало, что дети примерно в 1,5—2 раза чувствительнее взрослых к действию многих химических соединений при условии их многократного поступления в организм [126]. В период полового созревания (дети 12—14 лет) различия в возрастной чувствительности достигают 3 раз. О повышен­ной чувствительности детей к длительному действию веществ в малых дозах свидетельствует также тот факт, что гигиени­ческие нормативы допустимого содержания фтора, стронция и нитратов в воде обоснованы с учетом их избирательного влияния на молодой организм.

Молодые и взрослые животные имеют различные диапазо­ны устойчивости и выносливости к действию токсичных веществ [14]. На наличие четких возрастных различий функ­ционального состояния всех звеньев гипоталамо-гипофизар- но-адренокортикальной системы у крыс указывают ряд исследователей [61]. По данным Г. Г. Авиловой (1962), мо­лодые крысы оказались в 10 раз чувствительнее взрослых животных к действию сравнительно малых концентраций бензола.

Для детей разных возрастных периодов характерна метабо­лическая незрелость ферментных систем печени. У детей ран­него возраста активность цитохрома Р450 составляет 20—80 % от уровня взрослого организма. Фильтрационная и секретор­ная функция почек развита еше недостаточно, в связи с чем замедлено выведение почками многих препаратов: салицила- тов, сульфаниламидов, антибиотиков и др. Повышенная про­ницаемость гематоэнцефалического барьера облегчает про­никновение веществ в мозг, что определяет большую токсич­ность наркотических средств, а также фосфорорганических веществ [401]. Наиболее существенное значение имеют разли­чия в скорости метаболизма и экскреции веществ из-за более низкой активности ферментных систем печени у молодого ор­ганизма. Так, скорость обезвреживания атропина печенью взрослых крыс равна 0,95, а молодых — 0,42 мг/кг в 1 мин [122].

При старении организма снижается активность многих функций организма, а в печени и почках наблюдаются на­копление тяжелых металлов и развитие процесса возрас­тной атрофии [17, 406, 460]. В руководствах по фармаколо­гии, учитывая неполноценность метаболизма в печени, реко­мендуют снижать начальные дозы препаратов для пожилых пациентов в 2—3 раза по сравнению со взрослыми людьми [97].

Таким образом, в настоящее время существуют основания признавать большую чувствительность молодых, особенно новорожденных, животных (до 3, иногда 6 раз) к кратковре­менному действию токсичных веществ в высоких дозах.

Избирательная возрастная чувствительность к отдельным веществам в каждом конкретном случае имеет свою специфи­ческую причину. Так, повышенная чувствительность к фтору питьевой воды объясняется его избирательным действием на формирующуюся костную систему, более высокая чувстви­тельность к морфину связана с недостаточностью гематоэн- цефалического барьера в этот период и т. д. Эти примеры не отражают, однако, общую закономерность избирательной чув­ствительности молодого организма к действию химических веществ. В равной мере можно привести примеры противопо­ложного характера.

В целом фактор возрастных различий в чувствительности животных к ядам может оказывать заметное влияние на ва­риабельность устанавливаемых в эксперименте параметров токсичности веществ.

Для определения пределов различий в половой чувствитель­ности животных к ядам анализировали результаты 283 острых опытов, в которых изучали свыше 200 химических соедине­ний. Исходная информация получена из работ по гигиениче­скому нормированию, справочных изданий и периодических публикаций. Большая часть данных относилась к условиям энтеральной интоксикации.

Проведенный расчет соотношения среднелетальных доз 149 веществ для мужских и женских особей животных пока­зал, что самки обычно обладают несколько большей чувст­вительностью к действию токсичных веществ, чем самцы, но степень половых различий чувствительности животных к ядам оказалась не столь велика. В среднем коэффициенты различия (чувствительность самцов принималась за едини­цу) были равны: для мышей — 0,92 ± 0,06, для крыс — 0.88 ± 0,04, т. е. половые различия не превышали 2 раз. В ряде случаев большей чувствительностью к ядам обладали самцы.

Пределы колебания величин среднелетальных доз различ­ных веществ для самцов и самок белых крыс представлены в !лбл. 2.3.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что в зависимо- ск1 от пола животных параметры токсичности веществ, уста­навливаемые в эксперименте, могут варьировать в пределах 2—3 раз. Лишь среди веществ, относящихся к группе фос- форорганических соединений, имелись препараты, к дейст- пмю которых самки чувствительнее самцов в 3—5 раз, а к

Таблица2.3. Кратность различий в половой чувствительности белых крыс к действию разных групп токсичных соединений

Химические соединения

Статисти­ческие па­раметры фосфор- орган и- ческие хлорор-

ганиче-

ские

карба­

маты

нитро-и амино- соеди- нения неорга­

ниче­

ские

прочие все ве­щества
х ± т 1,88 ± 1,39 ± 1,34 ± 1,18 ± 2,14 ± 1,43 ± 1,66 ±
±0,14 ±0,09 ±0,09 ±0,13 ±0,42 ± 0,14 ±0,09
а 1,14 0,51 0,3 0,26 0,95 0,71 0,99
п* 68 36 12 15 5 28 149

* Число соединений.

паратиону, дисистону —в 5—8 раз [345]. Однако к другим фосфорорганическим соединениям: малатиону, роннелу, ме­тил паратиону — самцы оказались в 1,7—2,1 раза чувствитель­нее самок.

Следовательно, далеко не во всех случаях женский орга­низм обладает повышенной уязвимостью к ядам. Более того, самки устойчивее самцов к ионизирующему излучению, голо­данию, холоду, наркотическим веществам [447], но не к цин­ку, фтору и хрому [1].

Женский организм оказывается более устойчивым к токси­ческому действию ряда веществ не только при однократном, но и при повторном введении в организм. Такие факты уста­новлены при изучении длительных интоксикаций малыми до­зами ртути, пентобарбитала, этанола. В то же время к дейст­вию других веществ, в частности молибдена и бензола, жен­ский организм чувствительнее мужского [328], а уровни со­держания свинца в крови ниже, чем у мужчин [88, 466], или не зависели от пола [374].

Кожа спины самок крыс примерно в 2 раза более прони­цаема для мочевины, бензойной кислоты, кортизона, чем ко­жа самцов. Процесс резорбции веществ также может прохо­дить с разной скоростью. Так, у женщин в желудочно-кишеч- ном тракте хуже всасывается салициловая кислота. У женщин, как правило, больше жировой ткани, что сказывается на ха­рактере распределения ксенобиотиков в организме. Известно, что ксенобиотики распределяются в биосредах организма — внеклеточной жидкости (примерно 14 л для человека с массой тела 70 кг), внутриклеточной жидкости (28 л) и жировой тка­ни, объем которой существенно влияет на концентрацию и токсичность жирорастворимых веществ [102]. Это обстоятель­ство также обусловливает половые различия распределения и токсичности гидрофильных и гидрофобных ксенобиотиков [138].

Таким образом, результаты моделирования интоксикаций зависят и от различий в половой чувствительности живот­ных. Этот фактор оказывает заметное влияние на вариа­бельность экспериментальных данных, особенно при изуче­нии токсичности фосфорорганических пестицидов и неор­ганических соединений.

Для нахождения пределов вариабельности в чувствительно­сти разных видов лабораторных животных к ядам использова­ли материалы отечественных авторов по обоснованию ПДК вредных веществ в воде водоемов. При анализе собранных сведений определяли кратность различий в чувствительности белых крыс по сравнению с другими видами лабораторных животных (по соотношению сред не летальных доз примерно 300 веществ). Результаты расчетов представлены в табл. 2.4.

Видовые различия в чувствительности животных к дейст­вию вредных веществ в среднем не превышали 2—6 раз, одна­ко весьма значительные величины средних квадратических от­клонений свидетельствуют о том, что в ряде случаев парамет­ры токсичности вешеств, установленные на разных видах жи­вотных, могут различаться в 10—20 раз. Видовые различия чувствительности животных к действию некоторых аромати­ческих аминов и нитросоединений составляли 10—15 раз. В исследованиях некоторые авторы [367, 472] отмечали, что токсикологические данные, полученные на разных видах жи­вотных, могут различаться до 230 раз.

Одним из типичных примеров выраженных различий видо­вой чувствительности являются данные об острой токсично­сти бора для различных видов животных (табл. 2.5).

Причины различия в чувствительности животных многооб­разны, зависят от интенсивности обмена веществ (большей — у мелких животных), степени связывания с белками плазмы, особенностей метаболизма и трансформации веществ, скоро­сти проникновения через клеточные мембраны и др. [315, 413, 479]. Так, видовая чувствительность может быть обуслов­лена различиями в скорости выведения веществ из организма, а скорость экскреции — от размеров выделяемой молекулы и

Таблица 2.4. Кратность различий в чувствительности белых крыс к действию токсичных веществ по сравнению с другими видами лабораторных животных
Статистиче­ские пара­метры Вид ЖИВОТНОГО
мышь морская

свинка

кролик кошка собака
х ± т 2,0 ±0,16 1,9 ±0,3 2,6 ± 0,33 6,0 ± 2,6 3,4 ± 1,1
о 6,2 3,8 5,5 10,2 2,3
п 178 54 70 10 6

Таблица 2.5. Различия чувствительности человека и животных к токсическому действию бора (по величинам смертельных доз при энтеральном поступлении)
Объект наблю­дения Смертель­ная доза Коэффици­ент различия Авторы
Человек 150 С. С. Р^еИ^ег и соавт. (1945)
Мышь 600 4,0 Те же
Крыса 460 3,1 Ю. А. Рахманин и соавт. (1969)
Морская свинка 310 2,1 Те же
Кошка 250 1.7 » »
Кролик 310 2.1 » »
Собака 310 2,1 » »
Овца 164 1,4 А. В. Ананичев (1960)

соответственно диаметра пор мембран. Для неорганических веществ — анионов, выделяющихся из печени, порог молеку­лярной массы составляет у крыс около 325 Д, морских сви­нок—400 Д, кроликов —475 Д. Для катионов порог для тех же видов животных составляет 200—250 Д. От диаметра пор гломерулярной мембраны почек различия зависят следующим образом: у человека через данный барьер не проникают моле­кулы более 15 000 Д, у собак — 4000 Д, у крыс — 2000 Д [138].

Наиболее резкие различия видовой чувствительности, как правило, имеют в своей основе различные скорости детокси­кации веществ (табл. 2.6).

Следовательно, фактор видовых различий в чувствительно­сти животных к ядам оказывает существенное влияние на точность и надежность устанавливаемых в эксперименте параметров токсичности веществ.

В последнее время усилился интерес к проблеме различий в чувствительности к ядам больного и здорового организма. В одной из первых работ, выполненных в области гигиениче-

Т а б л и ц а 2.6. Видовые различия в скорости метаболизма дихлорметилена [420]
Объект

наблюде­

ния

Образование проме­жуточных продуктов при участии цитохро­ма Р450, \/*вх (мг/ч/кг) Образование конъюга­тов при участии СЗ- трансферазы,

V™* (мг/ч/кг)

Соотношение скоро­стей метаболизма
Мышь 12,4 1208 98
Крыса 2,7 91 34
Хомяк 6,8 26 4
Человек 1,4 3,4 2,5

* Скорость детоксикации.

ского нормирования по этой проблеме, К. А. Буштуева (1964) указала, что чувствительность животных с патологией верхних дыхательных путей повышается примерно в 4 раза к действию сернистого газа, аэрозоля серной кислоты и их смеси. При оценке аэрозолей важно учитывать также анатомо-физиологи- ческие особенности дыхательных путей у разных видов жи­вотных [308].

Обобщение результатов исследований подобного рода пока­зывает, что у животных с поражением внутренних органов преимущественно органического характера (эксперименталь­ный нефрит, гепатит, некроз или частичное удаление печени, модель флюороза, коронарная недостаточность, токсический миокардит) чувствительность к различным ядам увеличивает­ся от 1,5 до 8 раз. Чувствительность животных с эксперимен­тальным нефритом в наибольшей степени изменяется к дей­ствию ртутьсодержаших соединений.

Кратность изменения чувствительности животных с моде­лированными заболеваниями функционального характера (гипо- и гипертиреоз, хронический алкоголизм, лучевая бо­лезнь, эпилепсия, экспериментально вызванный ацидоз и ал­калоз, общий наркоз, недостаточность половых гормонов) к токсическому действию 20 веществ в среднем составляла

2,7 ± 0,6 раза при о = 2,24. У животных с эксперименталь­ной эпилепсией чувствительность к гидроксиламину и стрих­нину повышалась в 5 раз. Общий наркоз оказывал незначи­тельное влияние на чувствительность животных к ядам.

Многие аспекты проблемы сравнительной чувствительно­сти к ядам больного и здорового организма остаются неяс­ными, но накопившиеся в литературе материалы указывают на необходимость учитывать влияние этого фактора на ва­риабельность экспериментальных данных.

Мы определили пределы колебания показателей токсично­сти веществ в зависимости от внутренних (биологических) факторов, но чувствительность животных к ядам зависит так­же от пищевого рациона, времени года, влияния циркадных ритмов и других так называемых внешних факторов.

Роль пищевого рациона в изменении токсичности веществ. Обобщение результатов ряда исследований показало, что из­быток или недостаток в диете белков, жиров, углеводов или витаминов изменял токсичность 25 веществ (пестициды, ани­лин, нитробензол, свинец, селен, таллий) в ту или другую сто­рону в среднем в 1,7 ± 0,24 раза при о = 0,67. В таких же пре­делах (в 1,5 ± 0,14 раза при а = 0,41) изменялись параметры токсичности веществ при содержании животных на голодном рационе. Интересно, что недостаток или полное отсутствие белка в рационе увеличивало в 2—3 раза токсичность многих фосфорорганических соединений, но мало влияло на измене­

ние токсичности хлорорганических пестицидов. С другой сто­роны, такое же 2—3-кратное увеличение токсичности хлорор­ганических пестицидов наблюдалось при избытке белка в пи­ще животных.

Таким образом, изменения в диете и режиме питания жи­вотных обусловливают вариабельность токсикологических данных в пределах 2—3 раз.

На чувствительность животных к ядам влияет также темпе­ратура окружающей среды. В частности, чувствительность жи­вотных к действию 79 веществ под влиянием низких темпера­тур (4—8 °С) повышается в 1,5 ± 0,14 раза при о = 0,57 по сравнению с условиями комнатной температуры. Высокие температуры (30—36 °С) изменяют токсичность веществ в

1,9 ± 0,2 раза при о = 0,99 [392]. Параметры токсичности се­роуглерода и стрихнина не меняются при повышении темпе­ратуры окружающей среды.

С. А. Куценко (2004), допуская некоторые упрощения, вы­делил три основных вида зависимости между температурой среды и токсичностью веществ, представленные на рис. 2.1.

Таким образом, влияние температуры среды на варьирова­ние результатов оценки токсичности веществ не превышает

1, 5—2 раз.

Другие метеорологические факторы — влажность воздуха и атмосферное давление — оказывают незначительное влияние на чувствительность животных к ядам.

Параметры токсичности веществ, устанавливаемые в экспе­рименте, могут варьировать в зависимости от численности животных в группах. В наибольшей степени этот эффект про­является при групповом и изолированном содержании под­опытных животных, но 2—4-кратные различия в токсичности веществ наблюдались даже в тех случаях, когда животные со­

держались совместно по 5 и 10 особей в группе. Например, для 5 из 6 веществ, действующих на ЦНС, токсичность при групповом содержании животных оказалась в 1,0—1,9 раза выше, чем при изолированном, а для фенамина возрастала в

6,8 раза.

Весьма существенное влияние на вариабельность экспери­ментальных данных оказывают используемые в опытах рас­творители веществ. Для испытания токсичности веществ в эксперименте применяют различные растворители: воду, изо­тонический раствор натрия хлорида, яичный желток, раствор желатина, различные виды растительных масел, целлозольв, диметилсульфоксид и др.; при изучении малорастворимых в воде веществ — раствор крахмала, глицерин и этанол.

При использовании в качестве растворителей воды или масла различия токсичности для 23 веществ в ту или другую сторону в среднем составляют 2,1 ± 0,4 раза при а = 1,6. Та­кая же вариабельность данных наблюдается при замене воды раствором 1—2 % крахмала или целлозольвом, причем и в этих случаях степень токсичности вешеств обычно колеблется в пределах 2—4 раз.

В зависимости от изменения объема, _ен_ и концентрации вводимого животным раствора токсичность веществ варьирует в пределах 2—3 раз.

Степень выраженности токсического эффекта зависит также от времени введения ядов в организм, т. е. фактора, который получил название «биологические часы». На результаты ток­сикологических экспериментов влияют различные биологиче­ские ритмы: циркадные (суточные), лунные, сезонные и одиннадцатилетние [5, 313]. Наиболее изучена роль циркад­ных и сезонных ритмов. Циркадные биоритмы обусловливают 2—3-кратные колебания показателей токсичности веществ в тех случаях, когда животные подвергаются интоксикации ут­ром, днем и вечером, при этом к действию одних веществ жи­вотные оказываются наиболее чувствительны в вечернее и ночное время, а к другим — утром. Примерно в таких же пре­делах изменяется чувствительность животных к ядам в зависи­мости от времени года.

Точность и надежность устанавливаемых в эксперименте параметров токсичности веществ в большей степени зависит от применяемых методов изучения функционального состоя­ния животных. Анализ накопленных материалов по обоснова­нию допустимого содержания нескольких сотен вредных ве­ществ в воде водоемов позволяет в настоящее время сделать некоторые выводы обобщающего характера.

Так, в исследованиях апробировано и многократно исполь­зовано свыше 200 биохимических, физиологических, биофи­зических, цитологических, цитогенетических тестов. Среди биохимических показателей для установления пороговых (ПК) и максимальных недействующих концентраций (МНК) веществ полезными оказались определение активности ами- нотрансфераз, амилазы, щелочной фосфатазы, содержания сульфгидрильных групп, глутатиона, холестерина, глюкозы, мочевины, билирубина, среди неспецифических показате­лей—тесты для оценки иммунологического, оксидантного и гормонального статусов, перекисного окисления липидов, по­веденческих реакций животных. Использовались показатели функциональной активности репродуктивной, выделительной, нервной, сердечно-сосудистой и других систем, а также тесты для оценки 1-й и 2-й фаз метаболизма ксенобиотиков.

Использование специфических тестов, адекватных токсико- динамическим свойствам изучаемых веществ (например, хо- линэстеразы для фосфорорганических соединений), позволи­ло находить в 5—15 раз более низкие пороговые и недейст­вующие дозы.

В целом в зависимости от методического оснащения работ токсикометрические параметры одного и того же вещества, установленные в хроническом эксперименте, могли отличать­ся в 15—70 раз и более.

Становится предельно ясной особая роль методов токсико­логических исследований, от правильного выбора и исполь­зования которых в значительной степени зависят достовер­ность и надежность рекомендуемых гигиенических норма­тивов.

Этот вывод находится в полном согласии с известными вы­сказываниями Н. С. Правдина (1947), Ю. И. Кундиева и И. М. Трахтенберга (2007) о том, что величины порога дейст­вия яда и надежность обоснования гигиенических нормативов зависят от адекватности, характера и чувствительности изби­раемых показателей, методов и тестов изучения функций ор­ганизма, а пороговых доз каждого яда может быть столько, сколько физиологических функций способен нарушить дан­ный яд. В связи с этим проблема совершенствования методи­ческих приемов всегда была в центре внимания исследовате­лей в области гигиенического нормирования.

Проведенный анализ методов исследования вместе с тем показал, что понятие «наиболее чувствительный тест» являет­ся относительным. Чувствительность того или иного теста за­висит от специфики действия веществ, поэтому только соче­танное применение комплекса тестов, направленных на все­стороннее изучение реакций различных систем организма, по­зволяет с надежностью установить пороговые и подпороговые дозы веществ в хроническом токсикологическом эксперимен­те. Тактика исследований в этом отношении должна быть достаточно гибкой, так как в вопросе выбора тестов недопус­тимы какие-либо шаблонные рекомендации и решения.

При анализе условий проведения экспериментов было рас­смотрено небольшое число факторов, обусловливающих ва­риабельность токсикологических данных. На результаты экс­перимента могут оказать влияние и такие факторы, как изме­нение физиологического состояния организма, вызванное двигательной активностью, вакцинациями или беременно­стью, различный способ введения ядов животным (из поилок, с пищей или зондом в желудок). Так, японские исследователи обнаружили, что некоторые микроэлементы при интраназаль- ном поступлении (в частности, при плавании) могут прохо­дить в мозг по обонятельному тракту, минуя гематоэнцефали­ческий барьер [380]. Некоторые факторы трудно учесть и про­контролировать в эксперименте на животных. Токсичность веществ может варьировать из-за изменения положения тела, сезонных ритмов, случайного шума, изменения освещения. Установлено, например, что при 8-недельном хранении рабо­чих растворов трибромэтанола в результате спонтанной хими­ческой реакции в них появляются высокотоксичные вещества с потенциальным летальным действием на животных [396].

Аналогичных примеров много, однако важно подчеркнуть тот факт, что исследователь может просто не иметь представ­ления о целом ряде факторов, оказывающих влияние на эф­фект действия токсичных веществ. В частности, Е. 8. Уе§е11 (1967) неожиданно обнаружил, что токсичность лекарствен­ных веществ для крыс и мышей изменялась почти в 2 раза в зависимости от сорта опилок и стружек (из сосны или бере­зы), используемых в клетках в качестве подстилки. Известно, что сама по себе процедура введения желудочного зонда по­вышает основной обмен у крыс на 20—25 %, но если живот­ных более часто только брать в руки без каких-либо манипу­ляций, то спустя уже 3 нед они будут заметно устойчивее к различным факторам внешней среды. Подобные стрессовые воздействия на лабораторных животных при проведении экс­периментов весьма различны, их трудно предугадать и тем бо­лее точно дозировать.

Для оценки степени влияния случайных, не поддающихся учету и контролю факторов на вариабельность токсикологиче­ских данных в наших исследованиях многократно на протяже­нии 3 лет в строго унифицированных условиях опыта опреде­ляли величины среднесмертельных доз сернокислого кобальта и хлористого кадмия. Из 6 серий опытов, в которых было ис­пользовано около 500 белых мышей, самцов примерно одной массы, наименьшая среднелетальная доза кобальта в расчете на ион оказалась равна 66 мг/кг, наивысшая — 164 мг/кг. В ос­тальных сериях опытов параметры острой токсичности кобаль­та находились в пределах 80—120 мг/кг. Показатели острой токсичности кадмия, установленные в повторных эксперимен­тах, также варьировали в пределах 2—2,5 раза. Следовательно,

Таблица 2.7. Межлабораторные различия среднелетальных доз 155 веществ для условий энтерального введения их в организм животных
Статисти­ческие па­раметры Вид ЖИВОТНОГО
мышь крыса мор­

ская

свинка

кошка кролик собака все жи­вотные
х ± т 2,06 ± 2,30 ± 2,82 ± 1,37 ± 2,40 ± 2,96 ± 2,34 ±
±0,10 ±0,08 ± 0,32 ±0,06 ±0,27 ±0,60 ±0,06
о 1,45 1,65 1,6 0,17 2,00 1,7 1,65
п* 230 467 25 8 56 8 794

* Количество животных.

даже в случае полной сопоставимости условий проведения экс- периментов из-за вариабельности ряда практически трудноуст­ранимых и непредусмотренных факторов различия токсиколо­гических параметров достигают 2—2,5 раза.

В аналогичных исследованиях С. 8. \УеЛ и соавт. (1966) на белых крысах ежегодно в течение 12 лет определяли средне­летальные дозы 26 веществ, причем показатели острой ток­сичности каждого соединения различались только в 2 раза и лишь при использовании нестандартных по массе тела живот­ных различия составляли 4—5 раз. Интересный метод реше­ния этого вопроса применил }. Р. Сп1ШН (1964). Он раздал своим коллегам из шести различных токсикологических лабо­раторий три образца моюших средств для определения пока­зателей острой токсичности в сопоставимых условиях прове­дения опытов. Результаты исследований различались в 2—3 раза. По мнению автора, разброс данных обусловлен рядом случайных причин и такая вариабельность лежит в пределах точности определения токсичности веществ.

Для получения более обширной информации о влиянии комплекса случайных факторов на вариабельность данных на­ми также была предпринята попытка установить степень меж- лабораторных различий в оценке токсичности одних и тех же веществ. Из группы вредных веществ, изученных с целью их гигиенического нормирования в воде водоемов, были выбра­ны 155 соединений, острая токсичность которых также опре­делялась в других лабораториях. Результаты оценки межлабо- раторных различий в определении токсичности одних и тех же веществ приведены в табл. 2.7.

Как следует из приведенных данных, межлабораторные раз­личия параметров токсичности веществ в среднем составляли 2—3 раза, а для отдельных веществ кратность различий дости­гала 4—6 раз. Конечно, трудно было ожидать полного совпа­дения величин токсических доз в проводимых независимо

Таблица 2.8. Допустимые пределы вариабельности параметров токсичности, установленные в опытах на животных, по данным разных авторов
Авторы Год Допустимая вариабель­ность токсичности, разы
Р. ТгиМаи! 1965 3—4
С. Д. Заугольников и соавт. 1967 2—3
А. А. Летавет, А. И. Корбакова 1967 До Ю
И. П. Уланова и соавт. 1969 3—4
Л. В. Работникова 1970 5
И. В. Саноцкий 1972 2—3
Г. Н. Красовский и соавт. 1986 2—3
Б. М. Штабский, М. Р. Гжегоцкий 2003 2—3

друг от друга экспериментальных исследованиях. Для этого требуется такое количество случайных совпадений, что воз­можность осуществления подобного случая несомненно сле­дует отнести к числу маловероятных событий. В связи с этим нельзя не согласиться с мнением Н. А. Толоконцева (1968), который неоднократно подчеркивал, что все токсикологиче­ские параметры веществ являются приближенными величина­ми и имеют вероятностный характер.

Вместе с тем определение пределов точности (воспроизво­димости) результатов токсикологических экспериментов и ус­тановление влияния комплекса случайных факторов на вариа­бельность данных позволили получить представление не только о возможных, но и о допустимых пределах колебания параметров токсичности. Следовательно, при проведении экс­периментальных токсикологических исследований в строго сопоставимых условиях из-за неизбежного влияния случай­ных факторов получаемые данные могут варьировать как ми­нимум в пределах 2—3 раз.

Представление о пределах точности установленных в экспе­рименте параметров токсичности является одним из основных вопросов количественной токсикологии, и многие авторы пы­тались установить допустимые пределы вариабельности дан­ных при моделировании интоксикаций в опытах на животных (табл. 2.8). Анализ этих данных подтверждает вывод о возмож­ности получения экспериментальной токсикологической ин­формации с точностью в пределах 2—3 раз. Конечно, в недос­таточно безупречно проведенных опытах, при планировании и проведении которых экспериментатор не будет обращать должного внимания на осложняющую роль хотя бы некото­рых дополнительных факторов, вариабельность токсичности может быть более значительной и достигать 3—5 раз. Следует также указать, что вывод А. А. Летавета и А. И. Корбаковой

(1967) о еще меньшей воспроизводимости экспериментальных данных относится к результатам хронического токсикологиче­ского опыта.

Мнение А. А. Летавета и А. И. Корбаковой справедливо, однако, для тех случаев, когда в эксперименте используются различные по своей чувствительности методы исследования. Пределы точности результатов хронического опыта зависят также и от величины дробности доз веществ, испытываемых в конкретном эксперименте. Оптимально выбранная градация доз предопределяет возможность нахождения параметров ток­сичности веществ в хроническом опыте с точностью до 5 раз, если используются одинаковые или равноценные по своей чувствительности методы, а эксперименты проводят в строго унифицированных условиях. Правда, подобная точность не всегда достигается в токсикологических исследованиях. Об этом свидетельствуют результаты одновременно выполненных работ по санитарно-токсикологической оценке одних и тех же веществ. Например, между подпороговыми дозами прометри- на, по данным трех независимо проведенных хронических опытов Л. Н. Габрилевской, Б. П. Ласкиной (1967 г., Москва), Ф. В. Авраман (1968 г., Киев) и М. Р. Гжегоцкого (1968 г., Львов), различия составляли от 8 до 16 раз. В этих случаях экспериментально установленные показатели острой токсич­ности веществ в сравниваемых опытах различались лишь в 2— 3 раза.

Таким образом, рассмотрев роль комплекса случайных, не поддающихся контролю и учету факторов, можно заключить, что из-за их влияния определение параметров острой токсич­ности веществ возможно лишь с точностью в пределах 2—

3 раз. При проведении хронических санитарно-токсикологи­ческих экспериментов возможно получение данных с точно­стью до 5 раз.

На заключительном этапе анализа ряда факторов, влияю­щих на точность и воспроизводимость результатов экспери­мента, важно оценить их сравнительную значимость и выде­лить те факторы, от которых в наибольшей степени зависит надежность установления гигиенических нормативов.

В биологических исследованиях для количественной оценки изучаемых в эксперименте факторов применяют различные математические методы: дисперсионный и вариационный ана­лиз, метод ковариации и другие способы многофакторного анализа, но они мало пригодны для оценки сравнительной зна­чимости большого числа (10—15) факторов. Следует отметить, что во всех разработанных методах многофакторного анализа используется показатель а (среднее квадратическое отклоне­ние) для характеристики вариабельности данных в зависимо­сти от интенсивности воздействия изучаемого фактора. С ори­ентацией на этот принцип был применен графический метод оценки сравнительной значимости различных факторов, обу-

А: I— воспроизводимость данных токсикологического эксперимента (межлабора- торные колебания токсичности); II — индивидуальная чувствительность; III—ви­довая чувствительность: 1 — мышь, 2—крыса, 3—морская свинка, 4—кролик, 5—все виды животных; IV—пол животных. Группы веществ: 1—фосфорорга- нические, 2—хлорорганические, 3—карбаматы, 4—нитро-амино-азосоедине- ния, 5—неорганические, 6—сводная группа веществ; V—возраст животных: 1 — молодые и взрослые, 2—старые и взрослые, 3—молодые и старые, 4— животные всех возрастов; VI — моделированные заболевания: 1 — функциональ­ные изменения, 2—органические поражения, 3—различные патологические со­стояния.

словливающих вариабельность экспериментальных данных. На рис. 2.2 вертикальными линиями обозначены пределы колеба­ний показателей токсичности веществ (х ± 2а) в зависимости от роли каждого из проанализированных факторов.

На этих же линиях в виде кружочка с утолщением отмече­ны средние величины степени вариабельности данных с их доверительными границами. Для оценки сравнительной зна­чимости каждого фактора на левой части рисунка даны вели-

80-

40-

14-

13-

12-

11-

10-

9-

8~

7-

6-

5”

4-

1 23 4 5
Б
II
III IV V VI
VII
Рис. 2.2. Продолжение.

Б: I—пищевой рацион: 1 — голодание и недостаток белка, 2 —избыток белка и витаминов, 3— различные изменения рациона; II — температура: 1 — ниже 13 °С, выше 22 °С, 3—различные изменения температуры; III—-атмосферное давле­ние; IV—изолированное и групповое содержание; V—характер растворителя: 1 —чистый продукт, масло, 2 — вода—масло, 3—вода—целлозольв, 4—раз­ные растворители; VI—-разведение раствора вводимого вещества; VII — колеба­ния токсичности в зависимости от характера тестов, использованных в экспери­менте. Сравнение метода условных рефлексов с другими тестами: 1—уровень сульфгидрильных групп, 2—система гипофиз—надпочечники, 3—иммунологи­ческие тесты, 4—гистологические тесты, 5—методы оценки функции печени. На оси ординат— степень вариабельности результатов токсикологических экспе­риментов.

чины межлабораторных различий в определении токсичности веществ. Эти величины соответствуют критерию точности (допустимому пределу вариабельности) параметров токсично­сти веществ, устанавливаемых в эксперименте на животных.

Из представленных данных следует, что факторы, обуслов­ливающие вариабельность данных в пределах свыше 3 раз, под­лежат строгому учету при планировании и проведении токси­кологических экспериментов (стандартизация условий отбора животных в опыт, учет индивидуальной чувствительности, бо­

лее жесткая унификация растворителей, с которыми вводится изучаемое вещество в организм). Изучение возрастных, поло­вых и особенно видовых различий в чувствительности живот­ных к ядам рассматривается как предпосылка к обоснованию условий экстраполяции экспериментальных данных на челове­ка в отличие от некорректного переноса результатов со «сред­него животного» на «среднего человека» [217].

Переходя к обоснованию условий переноса результатов экс­перимента на человека, необходимо определить, какие крите­рии следует положить в основу сравнительной оценки чувст­вительности и животных к ядам. Этот вопрос по существу имеет прямое отношение к проблеме моделирования, и по­этому представляется полезным провести его анализ с точки зрения общих принципов теории моделирования.

В настоящее время моделирование с последующей экстра­поляцией результатов рассматривается как один из универ­сальных методов научного познания, при этом необходимо учитывать широту, направленность и границы экстраполяции. По мнению В* А. Андрусенко и Д. В. Пивоварова (1965), важ­но обосновать критерии истинности («фильтры правильно­сти») как выбора моделей, так и определения области распро­странения научного знания (экстраполяции).

Известно, что для выявления связи качественных и количе­ственных сторон в аналогичных явлениях природы следует ис­пользовать критерии подобия. Для многих физических систем критерии подобия представляют собой комплексы параметров модели и оригинала. Для выявления подобия в функциониро­вании отдельных биологических систем у млекопитающих це­лесообразно использовать комплекс физиологических показа­телей. Следовательно, с точки зрения моделирования интокси­каций модель должна быть сходна с оригиналом по параметрам систем, реагирующих на введение яда.

Данные сравнительной физиологии и биохимии убедитель­но свидетельствуют о близости всех представителей животно­го мира по химическому строению и обмену веществ. Один и тот же ряд ферментов можно обнаружить у животных, в дрож­жах, бактериальных клетках и листьях растений. Например, для превращения глюкозы в молочную кислоту требуется

11 ферментов, действующих последовательно, при этом одна и та же схема гликолиза с одинаковым набором ферментов приложима ко всем живым существам —от высших растений и низших животных до человека. На протяжении филогенеза у всех позвоночных сохраняется как общий принцип органи­зации клетки, так и четыре тканевые системы. У всех сущест­вующих ныне форм жизни имеется принципиально единый триплетный генетический код, а биохимические закономерно­сти, лежащие в основе митоза, практически одни и те же для всех организмов. Колхицин вызывает остановку митоза на од­ной и той же стадии у всех живых существ. Мышцы живот­ных от червей до высших позвоночных, включая человека, сходны в своем строении. У примитивных позвоночных про­цессы возбуждения в нервной системе и их распространение осуществляются на той же молекулярной основе, что и у выс­ших животных и человека. У всех животных одинакова суб- микроскопическая структура межнейронных синапсов и т. д.

Подобные примеры позволили Д. Берналу (1969) заметить, что одна из самых поразительных вещей в биологии — это проявляющееся на биохимическом уровне единство всего то­го, что на Земле называют «жизнь». На всем протяжении ор­ганической эволюции мы почти не находим сколько-нибудь радикальных химических нововведений.

Одной из причин, заставляющей исследователей предпола­гать, что человек наиболее уязвим к действию ядов по сравне­нию со всеми представителями животных, было широко рас­пространенное представление о его наивысшей сложности и организованности. Однако эволюция млекопитающих, в част­ности приматов, не сопровождалась принципиальным совер­шенствованием биохимических структур, и в материалах по сравнительной физиологии нет указаний на существование каких-либо биохимических элементов, специфичных только для человека. Например, головной мозг человека биохимиче­ски не отличается от мозга обезьян, а, как показал X. С. Кош­тоянц (1951, 1957), в головном мозге человека нет никаких только ему свойственных структур. Более того, самой харак­терной чертой биохимической эволюции животных были рег­рессивные изменения обмена с последовательным исключе­нием определенных этапов в цепях синтеза белка и уменьше­нием числа биологически активных элементов в клетках. Пик биохимической сложности живых существ был достигнут микроорганизмами, в дальнейшем эволюция шла по пути уп­рощения звеньев обмена веществ.

В самом деле, высшие растения и микроорганизмы способ­ны синтезировать все аминокислоты, а животные только 8— 10 из 20 незаменимых аминокислот. То же самое относится к ряду витаминов, в частности витаминов группы В. Это обу­словлено мутационным изменением генетической информа­ции в те древние времена, когда формировались типы обмена веществ у растений и животных.

Стремление природы использовать любую возможность экономии генов, необходимых для синтеза сложных белков, привело к утрате клетками высших животных 60 ферментов [274]. В связи с этим, предполагая возможные различия в ре­акциях человека и животных на действие яда, следовало бы скорее исходить из «упрощенности» биохимического функ­ционирования клеток человека и отсутствия в них рада био­логически активных элементов, однако регрессивные измене-

ни я биохимических структур животных возникли на ранних стадиях филогенеза и в этом отношении высшие позвоноч­ные, в частности все представители млекопитающих, вклю­чая человека, «пострадали» в равной степени. Эта генетиче­ская «патология» оказалась закрепленной отбором и стала одним из характерных признаков всего класса млекопитаю­щих.

В отдельных случаях процесс биохимической инволюции продолжался и у высших животных. Например, этот процесс привел к исключению двух ферментов, синтезирующих вита­мин С из глюкуроновой кислоты, у отряда приматов (включая человека), некоторых грызунов (морские свинки), а также у ряда птиц и летучих мышей. Различается у высших животных и цепь ферментативных реакций распада пуринов. Полный набор таких ферментов есть только у низших беспозвоноч­ных, а затем эволюция шла по пути последовательного ис­ключения концевых ферментов этого ряда. «Усеченная» цепь ферментов, расщепляющих белки до простых неорганических компонентов, обнаруживалась у обезьян, человека и некото­рых подвидов собак.

Существенные различия человека и животных характерны для метаболизма веществ, особенно для 1-й и 2-й фаз био­трансформации , что может оказывать весьма выраже н н ое влияние на токсико-кинетические и токсико-метрические по­казатели ксенобиотиков для млекопитающих. При действии большинства ядов на животных и человека у них наблюдается выраженное сходство патогенеза отравлений и редко встреча­ются исключения из этого правила. В качестве иллюстрации приведем лишь один пример из огромного количества собст­венных и литературных данных, свидетельствующих о совпа­дении спектра симптомов интоксикации у человека и лабора­торных животных, относящихся к классу млекопитающих (табл. 2.9).

Человек — единственный представитель млекопитающих, обладающий сознанием, второй сигнальной системой и раз­витой речью. Эти черты, как и способность человека к прямо­хождению, абстрактному мышлению, его гуманность и все то, что входит в понятие «сознание», являются принципиальны­ми, качественными отличиями человека от всех животных. Не умаляя роли и значения биологических факторов в развитии сознания, нельзя не признать ведущую роль социальной сущ­ности человека.

В связи с этим возникает вопрос: можно ли для оценки сходства человека и животных при моделировании интоксика­ций использовать в качестве критерия подобия показатели их физиологических систем?

Как известно, в основе токсического процесса лежит взаимодействие молекул химических соединений или с кле-

Таблица 2.9. Сопоставление видов биологического действия свинца, установленных у человека и животных (по О. Г. Чарыеву, 1977).
Вид биологического действия свинца Наблюдаемый

эффект

Авторы
животное человек
Общетоксическое
Уровень содержания 6-аминолевулиновой ки­слоты в моче +++ +++ [210]
Снижение содержания сульфгидрильных групп в крови ++ ++ [26]
Увеличение содержания холестерина в крови ++ + [95]
Увеличение активности альдолазы в крови ++ + [295]
Нарушение высшей нервной деятельности ++ ++ [322]
Накопление свинца в органах +++ +++ [18]
Эмбриотоксическое
Снижение оплодотворяющей способности и нарушение эмбрионального развития ++ ++ [419]
Г онадотоксическое
Функциональные показатели сперматозоидов +++ --
Мутагенное
Хромосомные аберрации + + [445]
Атерогенное
Усиление процессов склерозирования аорты и сосудов сердца + + [229]

Условные обозначения. «+» — слабовыраженный эффект, «++» — заметный, «+++» — выраженный.

точными структурами (физическая токсичность, свойствен­ная неэлектролитам, например веществам наркотического действия), или с ферментами и другими биологически ак­тивными элементами организма, в сумме составляющими первично-реагирующие системы (химическая токсичность, свойственная действию многих органических и неорганиче­ских ядов) [9].

Первым условием подобия должно быть сходство человека и животных по набору и соотношению функциональных сис­тем и биологически активных элементов организма.

С точки зрения моделирования интоксикаций именно ла­бораторные животные из класса млекопитающих в наиболь­шей степени сходны с оригиналом (человеком) по биологиче­ским параметрам систем, реагирующих на действие ядов. Вместе с тем при рассмотрении принципов выбора животных для исследований токсичности неизменно отмечалось особое значение метаболизма ксенобиотиков для оценки сходства ла­бораторных моделей с человеком, поэтому вторым условием подобия следует признать общность характеристик метаболиз­ма веществ у человека и животных. Весьма важна полнота воспроизведения на лабораторных моделях всего спектра сим­птомов интоксикации у человека — это третий критерий по­добия.

Четвертым условием подобия является близость чувстви­тельности к действию вредных веществ по показателям токси­кометрии, устанавливаемых для человека и модели, при этом из всех токсикометрических величин безупречными могут быть лишь показатели, учитывающие ответную реакцию орга­низма.

При проведении углубленных исследований видовых, воз­растных и половых различий к действию химических соедине­ний некоторые авторы справедливо указывают на необходи­мость дифференцировать ответные реакции на стадиях: при­способляемость (адаптация), резистентность, выносливость [150] или чувствительность, реактивность, резистентность [249]. Но в гигиеническом нормировании для решения про­блем экстраполяции токсикологических данных на человека целесообразно рассчитывать межвидовые различия (сравни­тельную чувствительность человека и животных) на основе сопоставления изоэффективных доз веществ.

Принципы количественной токсикологии и фармакологии предусматривают использование таких показателей, исходя из зависимости доза—время—эффект. Каждый из трех показате­лей, взятый изолированно, самостоятельного значения не имеет, но при учете их взаимной связи могут быть точно оп­ределены количественные параметры, являющиеся основой токсикологических исследований вообще и тех из них, кото­рые применимы для сравнения чувствительности человека и животных к действию ядов. В практических токсикологиче­ских исследованиях наибольшее распространение получила зависимость доза—эффект, поэтому почти все сравнительно­токсикологические исследования основаны на сопоставлении изоэффективных доз ядов.

Следовательно, критериями подобия, обусловливающими адекватность моделирования и надежность экстраполяции, являются: сходство у человека и экспериментальной модели биологических параметров систем, реагирующих на токсичное вещество; общность характеристик метаболических процес­сов; полнота воспроизводимости на лабораторных животных всего спектра симптомов интоксикации у человека и, наконец, близость чувствительности по показателям токсикометрии, устанавливаемых для человека и модели [119].

Отметим, что Н. Н. Каркищенко (2004), глубоко и всесто­ронне теоретически обосновав в монографии «Основы биомо­делирования» критерии подобия при выборе эксперименталь­

ных моделей, в заключение процитировал именно эту форму­лировку.

Фактор времени в сравнительных токсикологических экс­периментах нередко оправданно отходит на задний план как практически наиболее трудноконтролируемый и наименее точный показатель. Правда, принципы моделирования вооб­ще и токсикодинамических процессов в частности требуют учета не статичных, а функциональных закономерностей, но при этом временные параметры модели и оригинала не обяза­тельно должны точно соответствовать друг другу — они долж­ны быть лишь линейно соизмеримы между собой. Основная роль временного фактора при моделировании интоксикаций в экспериментальных исследованиях — биологически обуслов­ленное сокращение времени исследований во столько раз, во сколько различаются скорости обмена веществ у человека и лабораторных животных, при этом не теряются точность ток­сикологических данных и корректность их экстраполяции на человека.

Таким образом, лабораторные животные —это классиче­ские биологические модели, реакции которых на действие токсичных веществ во многом подобны реакциям человека.

Одному из критериев подобия — количественной оценке сравнительной чувствительности человека и животных к дей­ствию токсичных веществ — не было уделено должного вни­мания, и эта проблема нуждалась в целенаправленном рас­смотрении.

<< | >>
Источник: Красовский Г. Н., Рахманин Ю. А., Егорова Н. А.. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. 2009

Еще по теме ГЛАВА 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНТОКСИКАЦИЙ:

  1. Оглавление
  2. Глава 8. Нейрофизиологические аспекты наркологии ЮЛ.Арзуманов, С.К.Судаков
  3. ОГЛАВЛЕНИЕ
  4. ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСТРАПОЛЯЦИИ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ С ЖИВОТНЫХ НА ЧЕЛОВЕКА
  5. ГЛАВА 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНТОКСИКАЦИЙ
  6. ГЛАВА 5 ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ЭКСТРАПОЛЯЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА ДАННЫХ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
  7. ГЛАВА 6 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЛОМЕТРИИ В ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ И БИОЛОГИИ
  8. Глава 15 НЕВРОЗЫ
  9. БИБЛИОГРАФИЯ