Химия окружающей среды 2 0 1 5

Химия окружающей среды
ВОРОБЬЁВ Д., MSC
2015
Лекция 9
 Основы токсикологии: терминология
Что изучает токсикология
 Как наука в современном понимании этого слова
токсикология насчитывает уже более 100 лет.
 Токсикология (греч. toxicon - яд и logos - учение) наука, изучающая взаимодействие яда и организма.
 Данное определение является наиболее общим.
Уточняя, можно сказать, что токсикология - наука,
изучающая эффекты и потенциальную опасность
действия токсичных веществ на биологические
объекты
 Термины «токсичное вещество», «яд», «вредное
вещество», «токсин», «токсагент», «загрязняющее
вещество», «ксенобиотик» («чуждый живому» - лат.)
в дальнейшем мы будем считать тождественными.
Токсичное вещество - это:
 вещество, которое при контакте с биологическим объектом может





вызвать отклонения от его нормального (естественного)
функционирования;
• химический компонент среды обитания, по своему количеству (реже
- качеству) не соответствующий врожденным или приобретенным
свойствам организма;
химический фактор нарушения способности к авторегуляции гомеостаза;
• всякий фактор, имеющий тенденцию нарушать равновесие между
индивидом и ОС.
Явление токсичности (если исключить эндотоксины) представляет
собой нарушение равновесия организма с внешней средой, т.е. случай,
когда интен-сивность химического воздействия превышает
адаптационную емкость конкретного биологического объекта.
Следовательно, токсичность является мерой несовместимости
вещества с жизнью данного биологического объекта.
Обозначение токсичности
 NOAEL (no observed adverse effect level ) - не наблюдается уровня





вредного влияния.
LOAEL (lowest-observed-adverse-effect level) – Наблюдается
уровень с самым низким пагубным воздействием.
RfD (reference dose) - Референтная доза - Максимальная
приемлемая пероральная доза токсичного вещества. Environmental
Protection Agency
LD50 ЛД50 (полулетальная доза, также DL50 (от др.-греч. δόσις и лат.
lētālis), также LD50 англ. lethal dose) — средняя доза вещества,
вызывающая гибель половины членов испытуемой группы. Один из
наиболее широко применяемых показателей опасности ядовитых и
умеренно-токсичных веществ. (мг/кг)
LC50 (Lethal Concentration 50) - ЛК50 – полулетальная концентрация
при которой за определенный промежуток времени гибнет 50%
организмов
EC50 (half maximal effective concentration) полумаксимальная
эффективная концентрация
Доза-эффект

Типичная сигмоидная кривая «концентрация-эффект». Концентрация лиганда
отложена по горизонтальной оси, отношение зарегистрированного эффекта к
максимально возможному — по вертикальной. Значение EC50 совпадает с точкой
перегиба кривой.
Количество вещества и виды тестов
 Для обозначения количества вещества, действующего на биологический
объект, используют понятие - доза. Например, введение в желудок крысе
весом 250 г и кролику весом 2000 г токсиканта в количестве 500 мг, означает,
что животным введены дозы равные соответственно 2 и 0,25 мг/кг
 In vitro (с лат. — «в стекле») — это технология выполнения экспериментов,
когда опыты проводятся «в пробирке» — вне живого организма.
 In vivo (в буквальном переводе с лат. — «в (на) живом»), то есть «внутри
живого организма» или «внутри клетки».
В науке in vivo обозначает проведение экспериментов на (или внутри) живой
ткани при живом организме. Такое использование термина исключает
использование части живого организма (так, как это делается при тестах in vitro)
или использование мёртвого организма. Тестирование на животных и
клинические испытания являются формами исследования in vivo.
Ex vivo (с лат. — «из жизни»), означает «то, что происходит вне организма», то
есть проведение экспериментов в живой ткани, перенесённой из организма в
искусственную внешнюю среду. Наиболее распространённая техника ex vivo
использует живые клетки или ткани, извлечённые из живого организма и
выращенные (сохранённые) в стерильных лабораторных условиях в течение
нескольких дней или недель.
Другая терминология







KOW (Octanol-Water Partition Coefficient ) - Октанол-вода Коэффициент
распределения.
BCF (Bioconcentration Factor ) Одной из основных проблем для окружающей среды
является степень загрязнения, в которой загрязнители концентрируются из воды в
водных организмах, таких как рыбы.
BAF (Bioaccumulation Factor ) Коэффициент биоаккумуляции (также называется БАФ)
аналогично КБК [фактор биоконцентрации], но относится к полевым измерениям или
лабораторным измерениям с несколькими путями воздействия. БАФ представляет собой
отношение концентрации примеси, измеренной в биоте в части ее (или в нескольких
условиях эксплуатации) к измеренной концентрации в окружающей воде
PNEC (Predicted No Effect Concentration) Расчетная неэффективная концентрация
PBT (Persistent, bioaccumulative and toxic ) вещества представляюющие собой класс
соединений, которые имеют высокую устойчивость к деградации от абиотических и
биотических факторов, высокой подвижностью в окружающей среде и высокой
токсичности.
vPvB (VeryPersistent very bioaccumulative) высоко стойкоe и с высокой
биоаккумулирующей способностью
VOC (volatile organic compounds) — летучие органические вещества, русский эквивалент
— ЛОВ). Органические вещества, которые имеют достаточно высокое давление пара при
нормальных условиях, чтобы в значимых концентрациях попадать в окружающую среду
(помещение, атмосферу). Широкий класс органических соединений, включающий
углеводороды, альдегиды, спирты, кетоны, терпеноиды и др.
Классификация веществ по токсичности
а) По химическим свойствам.
б) По агрегатному состоянию.
в) По цели применения:
• промышленные яды;
• пестициды, ядохимикаты;
• боевые отравляющие вещества;
• лекарственные препараты.
г) По токсической избирательности:
• специфические (с избирательным, сильным направленным
воздействием);
 • неспецифические
 д) По величине параметров токсикометрии
 е) По виду токсического действия









Классификация веществ по виду токсического
действия
Группа веществ
Эффект воздействия
Примеры веществ
Нервные (нейротропные)
Нарушение функций центральной и
периферийной нервной системы, судороги,
паралич
Углеводороды, спирты жирного ряда,
анилин, H2S, тетраэтилсвинец, фосфорорганические соединения
Раздражающие
Поражение верхних и глубоких дыхательных Хлор, NH3, SO2, NO2, туманы кислот,
путей
фосген, ароматические у/в
Прижигающие
Поражение кожи и слизистых, нарывы, язвы
Неорганические к-ты и щелочи, неко-торые
органические к-ты, ангидриды
Ферментные
Нарушение структуры и инакти-вация
ферментов
HCN и ее соли, As и его соединения, соли
Hg, фосфорорганика
Печеночные
Структурные изменения ткани печени
Хлорированные у/в, селен, бромбензол,
фосфор
Кровяные
Изменение состава и структуры крови
СО, NOx, гомологи бензола, аромати-ческие
смолы, РЬ и его соединения
Аллергены
Изменения в реактивной спо-собности
организма
Некоторые соединения Ni, производ-ные
пиридина, алкалоиды
Мутагены
Воздействие на генетический аппарат клетки
Этилендиамин, соединения Pb, Hg, оксиды
этилена, некоторые хлориро-ванные
углеводороды
Канцерогены
Образование злокачественных опухолей
3,4-бензпирен, асбест, каменноуголь-ная
смола, ароматические амины, азо-и
диазосоединения
КОНЦЕПЦИЯ ПОРОГОВОСТИ ДЕЙСТВИЯ
 Существует минимальная концентрация, (доза)
вещества в объекте окружающей среды, при
действии которой в нем (при конкретных
условиях поступления вещества и стандартной
статистической группе биологических объектов)
возникают изменения, выходящие за пределы
физиологических реакций, или скрытая,
временно компенсируемая патология.
 ПДК – предельно-допустимая концентрация.
 ВДК – временная допустимая концентрация.
Рассчеты ВДК
 В настоящее время для загрязнений атмосферного
воздуха населенных мест регламентируются два типа
предельно допустимых концентраций максимальная разовая - ПДКмр - и среднесуточная ПДКсс. Определение величин ПДКмр и ПДКсс
опирается соответственно на значения порогов
рефлекторного и резорбтивного действия.
 Для расчета ВДКав наиболее доступны уравнения,
опирающиеся на значения ПДКрз и CL50:
 lg ВДКав = 0.62*lg ПДКрз - 1.77;
 lg ВДКав = 0.58*lg CL50 -1.6.
Водные объекты
 Загрязнения водных объектов в зависимости от
способа их использования также
регламентируются двумя типами предельно
допустимых концентраций - ПДКхп - для водных
объектов хозяйственно-питьевого и
коммунально-бытового водопользования и
ПДКрх - для водных объектов,
рыбохозяйственного назначения.
 lg ВДКхп = 0.61*lg ПДКрз - 1.0;
 lg ВДКхп = 1.7*lg CL50 - 2.12;
 lg ВДКхп = 1.39*lg DL50 - 4.76.
Продукты питания
 В настоящее время расчетный метод регламентирования






остаточных веществ в продуктах питания используется лишь
для пестицидов. В общем случае временную допустимую
концентрацию пестицидов в продуктах питания - ВДКпр можно рассчитывать по формуле:
lg ВДКпр = 0.13*10 *lg DL50 + 0.76.
Более точное приближение дают формулы для отдельных
классов пестицидов, опирающиеся на значение ПДКхп.
Для форсфорорганических:
ВДКпр = 1.45*ПДКв + 0.68;
хлорорганических:
ВДКпр = 2.2*ПДКв + 0.33.
-2
Почва
 Расчет временных допустимых концентраций
веществ в почвах - ВДКп - также в настоящее время
проводится лишь для пестицидов и основывается на
значениях предельно допустимых концентраций
соответствующего пестицида в овощах и плодах:
 ВДКпр = 1.23 + 0.48*lg ПДКпр.
Терминология REACH
 REACH (англ. Registration, Evaluation and Authorisation
of CHemicals) — регламент Европейского союза
(Regulation (EC) No 1907/2006), регулирующий с 1 июня
2007 года[1] производство и оборот всех химических
веществ, включая их обязательную регистрацию.
 CAS – Химическая реферативная служба (англ. Chemical
Abstracts Service, CAS. Регистрационный номер CAS (англ.
CAS registry number — уникальный численный
идентификатор химических соединений, полимеров,
биологических последовательностей нуклеотидов или
аминокислот, смесей и сплавов). Используются также
обозначения CAS numbers
 EINECS - Европейский перечень существующих
коммерческих химических веществ (European inventory of
existing commercial chemical substances)
CLP
 Европейский Регламент (EC) № 1272/2008 о




классификации, маркировке и упаковке веществ
и смесей, вступил в силу 20 января 2009 года во
всех государствах-членах ЕС, включая
Великобританию. Он известен как - CLP.
The Globally Harmonized System of Classification
and Labeling of Chemicals (GHS)
Важные ссылки:
http://echa.europa.eu/
http://eur-lex.europa.eu/legalcontent/en/ALL/?uri=CELEX:32008R1272
Пиктограммы опасности
Использованная литература
 Основы токсикологии: Краткий текст лекций/Иван.
гос. хим.-технол. ун-т; Иваново, 1999. - 105 с.
 http://echa.europa.eu/
 http://eur-lex.europa.eu/legalcontent/en/ALL/?uri=CELEX:32008R1272
 Головко А.И., Куценко С.А., ИвницкийЮ.Ю. идр.
Экотоксикология.— СПб.: Изд-во НИИХ СПб ГУ,
1999. —124 с.