Методическое пособие для студентов к лабораторным и практическим занятиям по курсу «основы токсикологии»

УДК 615.9+543.1 В26 Рецензент: Кудров А.Н. МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для студентов к лабораторным и практическим занятиям по курсу «ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ» Подготовлено к печати на кафедре экологической и промышленной биотехнологии Редактор Компьютерная верстка Подписано в печать Сдано в производство Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл. печ.л. Уч.–изд. л. Тем. план 200 г., поз. Заказ Тираж экз. Электронный набор, Москва © Московский государственный университет инженерной экологии, 2007 г. Оглавление Принятые сокращения CL50– средняя смертельная концентрация. DL50– средняя смертельная доза. Кcum – коэффициент кумуляции. Zac – зона острого действия. Zch – зона хронического действия. ЖКТ – желудочно–кишечный тракт. КВИО – коэффициент возможности ингаляционного отравления. ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (максимально разовая). ПДКс.с. – средняя суточная допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны. ПДКа.в. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенной местности. ПДКм.р. – максимальная разовая допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенной местности. ПДКв – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воде водных объектов хозяйственно–питьевого и культурно–бытового водопользования. Dmin50 – пороговая доза (вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов). Работа 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТОКСИКОЛОГИИ 1.1.  Общие сведения об исследования токсичности Контакт человека с промышленными ядами в условиях производ­ства может приводить к возникновению профессиональных отравлений, а, в общем случае, вызывать самые разнообразные заболевания. Ниже представлены примеры наиболее распространенных токсических веществ. Анилин – производство красителей, красильные предприятия. Бензол – синтез пластмасс, производство красок, лаков. Бериллий – производство керамики, производство радиоламп, порошковая металлургия, производство люминофоров. Кадмий – производство щелочных аккумуляторов, изготовление кадмиевых ламп. Марганец – производство стекол, электросварка. Мышьяк – производство инсектицидов, в фармацевтической промышленности, в электронике. Нитрогазы – производство удобрений, взрывные работы, испытание высоковольт­ной аппаратуры. Ртуть – производство пестицидов, производство взрывча­тых веществ, в термометрах, мано­метрах, рентгеновских трубках, электролампах, амальгамы в стоматологии. Свинец – производство свинцовых красок, производство аккумуляторов, полиграфическое производство. Сернистый газ – производство серной кислоты, процесс отбеливания в текстильной промышленности, дезинфекция фрук­тов. Сероводород – процесс осаждения металлов из растворов в текстильной и кожевенной промышлен­ности. Угарный газ (оксид углерода) – процесс неполного сгорания материалов, содержащих углерод. Фтор – производство суперфосфата, синтез полимеров. Следует различать понятия «отравление острое» и «отравление хроническое». Острое отравление наблюдается редко, возникает внезапно, в основном, при аварийных ситуациях с выделением или выбросом значительного количества вредных веществ. Хроническое отравление возникает медленно при длительной работе в условиях воздействия относительно невысоких концентраций вредных веществ. Хронические отравления возникают при действии ядов, обладающих свойст­вом вызывать материальную или функциональную кумуляцию в организме. Задачами промышленной токсикологии являются всесторонняя токсикологическая характеристика промышленных ядов в условиях острого и хрониче­ского воздействия и обоснование предельно допустимых концентраций (ПДК) токсических веществ. В основе установления последних лежит представление о пороговости действия токсических веществ. Во многих случаях токсические эффекты наступают, если достигается определенная интенсивность воздействия – порог острого или хронического действия. Пороговость действия позволяет устанавливать предельно допустимые концентрации токсических веществ для различных объектов окружающей среды и в том числе для воздуха рабочей зоны промышленных предприятий. Наличие этого норматива, в свою очередь, позволяет ограничивать загрязнение воздуха промышленными предприятиями, что является важной мерой профилактики острых и хронических отравлений. В соответствии со стандартами по гигиене труда ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.1.007 и ГОСТ 12.4.034 действует следующее определение ПДК: “концентрации, которые при ежедневной (кроме вы­ходных дней) работе в тече­ние 8 ч или при другой продолжи­тельности (но не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений”. Установление величины ПДК для определенного вещества является итогом токсикологических исследований. Схема исследования химических веществ, внедряемых в производство, включает следующие основные этапы: 1. Получение информации о физико–химических свойствах и условиях применения изучаемого вещества. 2. Оценка токсичности в условиях острого воздействия (определение средних смертельных доз и концентраций, порога острого действия, коэффициента кумуляции, изучение местного и кожно–резорбтивного действия). Эти данные позволяют составить представление об опасности острых отравлении при воздействии данного яда. 3. Изучение воздействия яда в условиях хронического эксперимента, позволяющее определить пороговые концентрации при длительной экспозиции. Основные токсикологические показатели устанавливаются на основе пороговых концентраций, определяемых на лабораторных животных в острых и хронических экспериментах. Затравка животных проводится в специальных затравочных камерах. Задачей хронического эксперимента является выявление пороговых (минимально действующих) и недействующих концентраций при длительной экспозиции в течение 4 мес. при ежедневном 4-часовом воздействии токсического вещества. Как правило, опыты проводятся на белых крысах, а при выраженных различиях видовой чувствительности и на более чувствительном виде животных. Для оценки токсического действия применяются следующие показатели: 1. Интегральные показатели, отражающие общее состояние организма: оценка функционального состояния центральной нервной системы (метод условных рефлексов, электроэнцефалография, хронаксиметрия, способность к суммации подпороговых импульсов), изучение работоспособности, функции внешнего дыхания и др. 2. Показатели, выявляющие функциональное отдельных органов и систем, например, показатели функционального состояния печени (определение белков сыворотки крови, осадочные пробы, проба Квика, исследование углеводного обмена и др.). 3. Изучение состояния биохимических систем (определение активности различных ферментов). 4. Морфологические методы (патогистологическое и гистохимическое исследование органов и тканей, определение весовых коэффициентов органов, определение картины крови). 1.2.  Ориентировочная оценка токсичности веществ по некоторым химическим и физико-химическим свойствам Биологическое действие веществ зависит от их химического строения и физико-химических свойств. Наличие связи между химическим строением вещества и его токсикологическим действием важно для промышленной токсикологии, так как, зная химическую структуру вещества, возможно в некоторой сте­пени предвидеть характер его токсического действия. В связи с этим для оценки новых соединений используют сведения о токсичности веществ, сходных по химическому строению и физико-химическим свойствам. Характеристику вещества начинают с получения сведений о его структурной формуле, физических и физико-химических свойствах (молекулярная масса, температура кипения, упругость пара, растворимость в воде и др.). Из физико-химических свойств в первую очередь принимают во внимание абсолютную летучесть, коэффициенты распределения вода/воздух и масло/вода. Абсолютная летучесть ― максимально достижимая концентрация вещества в воздухе при данной температуре. Её определяют по формуле: , где ― абсолютная летучесть при температуре 20 °С, мг/л; Р ― давление насыщенного пара (упругость) при температуре 20°С, мм рт. ст.; М ― молекулярная масса; 18.3 ― коэффициент (76022.4(273+20)/(2731000)). Вещества, имеющие высокую летучесть, легко испаряются и создают в воздухе рабочих помещений большие концентрации токсических веществ. Поэтому при возможности выбора предпочтение отдается менее летучим веществам. Для суждения о непосредственной опасности возникающих концентрации для развития острых отравлений сопоставляют летучесть с величиной средних смертель­ных концентраций. Для суждения о накоплении в организме паров и газов, поступаю­щих в кровь через легкие на основе закона диффузии (так называемых нереагирующих паров и газов), в промышленной токсикологии используется коэффициент распределения в сис­теме артериальная кровь/альвеолярный воздух. Коэффициент распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воз­дух без большой погрешности может быть заменен коэф­фициентом растворимости вода/воздух и вычислен по формуле: , где ^ S – раствори­мость в воде, г/л; Т – абсолютная температура в градусах Кельвина, К (273+t °С); М – молекуляр­ная масса, г; P – упругость пара, мм рт.ст. Вещества, хорошо растворяющиеся в воде, имеют большие значе­ния коэффи­циента . Эти вещества легко диффундируют из альвеоляр­ного воздуха в кровь, но скорость насыщения артериальной крови до концентраций, максимально воз­можных при данном содержании ве­щества в воздухе, для них незначительна. Наоборот, вещества, имею­щие малое значение коэффициента , быстро насыщают артериальную кровь и опасны в отношении развития острых отравлений. Показателем растворимости веществ в жирах и липоидах служит коэффици­ент распределения масло/вода (Овертон – Мейера). Неэлектролиты, имеющие высокие значения этого коэффициента (10…105 и более), проникают через неповрежденную кожу и слизистые оболочки, легко про­ходят через клеточные мембраны, быстро прони­кают в клетки и быстро из них выводятся. Их распределение в организ­ме определяется условиями кровоснабже­ния органов и тканей. Особен­но быстро насыщается мозг, содержащий много липидов и имеющий развитую систему кровоснабжения. ^ 1.3. °Оценка токсичности веществ в условиях острого воздействия Оценка токсичности в условиях острого воздействия проводится путем определения следующих показателей: 1. средние смертельные дозы и концентрации; 2. коэффициент возможности ингаляционного отрав­ления (КВИО); 3. порог и зона острого действия; 4. раздражающее, местное и кожно–резорбтивное действие. ^ 1.3.1. Средние смертельные дозы и концентрации DL50 – средняя смертельная доза при введении в желудок – доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном введении в желудок. CL50 – средняя смертельная концентрация – концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при 2–4–часовом ингаляционном воздействии (2 ч – мыши, 4 ч – крысы). Определение средних смертельных кон­центраций целесообразно произво­дить не менее чем на двух видах лабораторных жи­вотных. Обычно используются белые мыши (масса 18–24 г) и крысы (масса 180–240 г). Картина отравления регистри­руется в течение 2 недель. После двухнедельного срока на­блюдения отмечают количество погибших животных. Определение DL50 Определение CL50 Каждая испытуемая доза вводится 6 белым мышам в чистом виде, в водном растворе или в 0,2 мл рафинированного подсолнеч­ного масла. За 3 ч до опыта мышей лишают корма и вновь дают его через 3 ч после отравления. Затравка производится однократно в камерах при динамической подаче вредного вещества. Каждая концентрация испытывается не менее чем на 6 животных. Во время затравки регистрируют проявления раздражающего действия, потерю рефлексов на звуки, наступление бокового положения, судороги, наркоз. Расчет средней смертельной концентрации и дозы может производиться по методу Першина, позволяющему вычислить или при разном числе жи­вотных в группах и разных интервалах между выбранными дозами: , где – смертельная концентрация для 50% мышей при ингаляци­онной затравке, мг/л; а, b – величины смежных испытанных концентра­ций, мг/л; m, n – соответствующие этим концентрациям частоты смертельных исходов в процентах. При расчете по формуле Першина составляется специальная таб­лица, облегчающая проведение расчетов (см. работу 2). 2. Коэффициент возможности ингаляционного отрав­ления (КВИО) КВИО – коэффициент возможности ингаляционного отравления – отношение максимально допустимой концентрации вредного вещества в воздухе при температуре 20оС к средней смертельной концентрации для мышей: КВИО = , где – абсолютная летучесть при температуре 20°С, мг/м3; –средняя смер­тельная концентрация, мг/м3. Вещества, имеющие большое значение КВИО, опасны в отноше­нии развития ингаляционных отравлений. 3. Порог и зона острого действия Минимальная разовая концен­трация, вызывающая измене­ния биологических показа­телей на уровне целостного организма при однократном поступлении вещества в организм, называется порогом острого действия (Limac , мг/м3). Пороговая доза, вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов, обозначается Dmin50 (мг/г массы тела). Limac и зона острого действия (Zac) характеризуют опасность вещества и вероятность острого отравления. При определении порога острого действия используют не менее двух видов животных. Время воздействия для мышей составляет 2 ч, для крыс – 4ч. Zac – зона острого действия – отношение средней смертельной концентрации к порогу острого действия: , где – сред­няя смертельная концентра­ция, мг/м3. Узость зоны острого действия указывает на высокую вероятность острых отравлений, и, наоборот, чем шире зона острого действия, тем сильнее выражены компенсаторные реакции при действии данного яда (обнаружение и реагирование) и тем ниже потенциальная возможность острых отравлений. 4. Раздражающее, местное и кожно–резорбтивное действие Раздражающее действие оценивается по изменению частоты дыхания у кроликов, изменениям в дыхательной системе у крыс, по появлению слюнотечения у кошек и субъективным ощу­щениям у человека. Исследо­вание местного действия может производиться путем внесения изу­ча­емого вещества в конъюнктивальный мешок глаза кролика с последу­ющей реги­страцией гиперемии, отечности, инъекции сосудов склеры и роговицы, её про­зрачности и т.п. Кожно–резорбтивное действие изучают путем аппликаций вещества на вы­стриженные участки кожи живота крыс или кроликов. Место ап­пликации яда за­крывают колпачком. Наблюдения за животными про­должают 2 недели. Для веществ, вызывающих гибель животных, опреде­ляют среднюю смертельную концентрацию при нанесении на кожу. Для экспресс–оценки местного и кожно–резорбтивного действия применя­ют метод аппликаций яда на кожу хвостов мышей. При изучении кожно–резорбтивного действия на лабораторных животных исследуют состояние кожных покровов, определяют количество вещества в крови, моче и фекалиях, накопление вещества в подкожной жировой клетчатке. ^ 1.4. °Оценка кумулятивного действия Количественная оценка кумуляции производится на уровне действия смертельных доз путем опреде­ления коэффициента кумуляции (Кcum). Коэффициент кумуляции – отно­шение суммарной средней смертельной дозы , полученной в опыте с повторным введением веще­ства, к таковой же при однократ­ном введении : . Чем ниже коэффициент кумуля­ции, тем меньше вещество выво­дится из ор­ганизма, тем больше оно депонируется и тем оно опаснее. Иногда для нагляд­ности используют обратную величину – степень куму­ляции . Чем степень кумуляции выше, тем опаснее вещество. Методики изучения кумуляции: 1 2 Обычно затравки производят ежедневно (или в рабочие дни) дозами, равными 1/10, 1/20 или 1/50 от . В итоге каждое животное получает суммарно за 4 месяца соответственно 10; 5 и 2 . По методике “субхронической токсичности” первые 4 дня животные получают по 0,1, следующие 4 дня по 0,15, затем с 9 по 12 день – по 0,22, с 13 по 16–й день – по 0,34с 17 по 20 – по 0,50, и с 21 по 24 по 0,75, с 25 по 28 день – 1,12. В итоге суммарная доза – 12,8 (Lim R.K. с соавторами [3]). При оценке не смертельных, а эффективных доз, если они могут быть учтены альтернативно (есть эффект – нет эффекта), для оценки куму­лятивных свойств на пороговом уровне пригодны оба изложенных метода. Однако по второму методу (“субхронической токсичности” Lim R.K. at al. [3]) выявляется как кумуляция, так и привыкание, то есть выявляется адаптивная возможность организма к данному виду яда. Поэтому величина Кcum, найденная по второму методу, может быть выше, чем по первому. Для качественной оценки величины Кcum можно пользоваться шкалой Л.И.Медведя и соавт. в модификации Б.И.Люблиной [4]. Шкала для оценки кумулятивного действия Коэффициент кумуляции Оценка действия <1 Сверхкумуляция 1–2,2 Выраженная кумуляция 2,2–5 Средняя кумуляция >5 Слабая кумуляция Вещества с выраженным кумулятивным эффектом более опасны в отноше­нии развития хронических отравлений, чем отравлений острых.

Похожие:

	Методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов... Методическое пособие для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям по курсу гистологии, цитологии и эмбриологии....		Руководство к практическим занятиям по разделу «Гигиена воздуха» Гигиена воздуха: Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов лечебного факультета /Авторы: Т. Р. Зyлькaрнаев,...
	Методическое пособие к курсовому проектированию и лабораторным занятиям... Основы градостроительства и планировка населенных мест: методическое пособие к курсовому проектированию и лабораторным занятиям для...		Методические указания к лабораторным и практическим занятиям для... ...
	Методическое пособие к лабораторным работам для студентов дневной... Электроника. Методическое пособие к лабораторным работам Вологда: Вогту, 2007. 62 с		«Круговорот веществ в природе» Методическое указание к практическим... Методическое указание к практическим занятиям по теме: «Круговороты веществ в природе» для студентов специальности 330200 кгасу,...
	Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Газоснабжение» «Газоснабжение» для студентов специальностей 290700, 100700 очной и заочной форм обучения		Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов II курса лхф Курс «История садово-паркового искусства» призван научить студентов ориентироваться во всем многообразии приемов ландшафтного искусства,...
	Учебно-методическое пособие Практическая грамматика английского языка.... Пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом и включает задания и упражнения для самостоятельной...		Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Социальная... Методические указания по курсу «Социальная экология и устойчивое развитие» предназначены для студентов специальности «Экология»....