Приоритетной задачей профессиональной и экологической токсикологии является улучшение предотвращения или существенного ограничения воздействия на здоровье опасных агентов в общей и профессиональной среде. С этой целью были разработаны системы количественной оценки риска, связанного с данным воздействием (см. раздел «Нормативная токсикология»).
Воздействие химического вещества на определенные системы и органы зависит от величины воздействия и от того, является ли воздействие острым или хроническим. Ввиду многообразия токсического воздействия даже в пределах одной системы или органа предложена единая философия в отношении критического органа и критического воздействия с целью оценки риска и разработки санитарно-гигиенических рекомендуемых пределов концентрации токсических веществ в различных средах окружающей среды. .
С точки зрения профилактической медицины особенно важно выявить ранние побочные эффекты, исходя из общего предположения, что предотвращение или ограничение ранних эффектов может предотвратить развитие более серьезных последствий для здоровья.
Такой подход был применен к тяжелым металлам. Хотя тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий и ртуть, относятся к особой группе токсичных веществ, хронический эффект активности которых зависит от их накопления в органах, определения, представленные ниже, были опубликованы Рабочей группой по токсичности металлов (Nordberg 1976).
Определение критического органа, предложенное Целевой группой по токсичности металлов, было принято с небольшим изменением: слово металл было заменено выражением потенциально токсичное вещество (Даффус, 1993).
Считается ли тот или иной орган или система критической, зависит не только от токсико-механики опасного агента, но также от пути абсорбции и подверженного воздействию населения.
- Критическая концентрация для клетки: концентрация, при которой в клетке происходят неблагоприятные функциональные изменения, обратимые или необратимые.
- Критическая концентрация органов: средняя концентрация в органе в момент, когда наиболее чувствительный тип клеток в органе достигает критической концентрации.
- Критический орган: тот конкретный орган, который первым достигает критической концентрации металла при определенных условиях воздействия и для данной популяции.
- Критический эффект: определенная точка в отношениях между дозой и эффектом у индивидуума, а именно точка, в которой возникает неблагоприятное воздействие на клеточную функцию критического органа. При уровне воздействия ниже того, который дает критическую концентрацию металла в критическом органе, могут возникать некоторые эффекты, которые не нарушают клеточную функцию как таковую, но обнаруживаются с помощью биохимических и других тестов. Такие эффекты определяются как субкритические эффекты.
Биологическое значение подкритического эффекта иногда неизвестно; он может обозначать биомаркер воздействия, индекс адаптации или предшественник критического эффекта (см. «Методы токсикологических испытаний: биомаркеры»). Последняя возможность может быть особенно значимой с точки зрения профилактических мероприятий.
В таблице 1 приведены примеры критических органов и воздействия различных химических веществ. При хроническом воздействии кадмия из окружающей среды, когда путь абсорбции не имеет большого значения (концентрация кадмия в воздухе колеблется от 10 до 20 мкг/м3 в городе и 1-2 мкг/м3 в сельской местности) критическим органом является почка. В профессиональных условиях, когда ПДК достигает 50 мкг/м3 и вдыхание представляет собой основной путь воздействия, два органа, легкие и почки, считаются критическими.
Таблица 1. Примеры критических органов и критических воздействий
| Вещество | Критический орган при хроническом воздействии | Критический эффект |
| Кадмий | Легкие | беспороговый: Рак легкого (удельный риск 4.6 х 10-3) |
| Почка | порог: Увеличение экскреции низкомолекулярных белков (β2 -М, RBP) в моче |
|
| Легкие | Эмфизема легкие изменения функции | |
| Вести | Взрослые Кроветворная система |
Увеличение экскреции дельта-аминолевулиновой кислоты с мочой (ALA-U); повышение концентрации свободного эритроцитарного протопорфирина (СЭП) в эритроцитах |
| Периферическая нервная система | Замедление скорости проведения более медленных нервных волокон | |
| Меркурий (элементал) | Маленькие дети Центральная нервная система |
Снижение IQ и другие малозаметные эффекты; меркуриальный тремор (пальцы, губы, веки) |
| Меркурий (ртутный) | Почка | протеинурия |
| Марганец | Взрослые Центральная нервная система |
Нарушение психомоторных функций |
| Дети Легкие |
Респираторные симптомы | |
| Центральная нервная система | Нарушение психомоторных функций | |
| Толуол | Слизистые оболочки | Раздражение |
| Винилхлорид | Печень | рак (единичный риск ангиосаркомы 1 x 10-6 ) |
| Этилацетат | Слизистая оболочка | Раздражение |
Для свинца критическими органами у взрослых являются кроветворная и периферическая нервная системы, где критические эффекты (например, повышенная концентрация свободного протопорфирина эритроцитов (ССП), повышенная экскреция дельта-аминолевулиновой кислоты с мочой или нарушение проводимости по периферическим нервам) проявляются при уровень свинца в крови (показатель поглощения свинца в организме) приближается к 200-300 мкг/л. У маленьких детей критическим органом является центральная нервная система (ЦНС), и симптомы дисфункции, выявленные с помощью набора психологических тестов, проявляются в обследованных популяциях даже при концентрациях Pb в диапазоне около 100 мкг/л. в крови.
Был сформулирован ряд других определений, которые могут лучше отражать смысл понятия. Согласно ВОЗ (1989 г.), критический эффект определяется как «первый неблагоприятный эффект, который проявляется при достижении пороговой (критической) концентрации или дозы в критическом органе. Побочные эффекты, такие как рак, для которых не определена пороговая концентрация, часто расцениваются как критические. Решение о том, является ли эффект критическим, зависит от экспертной оценки». В Руководстве Международной программы химической безопасности (МПХБ) по разработке Документы по критериям гигиены окружающей среды, критический эффект описывается как «побочный эффект, который считается наиболее подходящим для определения переносимого потребления». Последнее определение было сформулировано непосредственно для целей оценки пределов воздействия на здоровье человека в окружающей среде. В этом контексте наиболее важным представляется определение того, какой эффект можно считать неблагоприятным. Согласно современной терминологии, неблагоприятное воздействие — это «изменение морфологии, физиологии, роста, развития или продолжительности жизни организма, которое приводит к нарушению способности компенсировать дополнительный стресс или к повышению восприимчивости к вредному воздействию других воздействий окружающей среды. Решение о том, является ли какой-либо эффект неблагоприятным, требует экспертного заключения».
На рис. 1 представлены гипотетические кривые доза-реакция для различных эффектов. В случае воздействия свинца A может проявляться субкритическим эффектом (ингибирование эритроцитарной АЛК-дегидратазы), B критический эффект (увеличение эритроцитарного протопорфирина цинка или усиление экскреции дельта-аминолевулиновой кислоты, C клинический эффект (анемия) и D фатальный эффект (смерть). В отношении воздействия свинца имеется множество данных, иллюстрирующих, как конкретные последствия воздействия зависят от концентрации свинца в крови (практический аналог дозы), либо в виде зависимости доза-реакция, либо в зависимости от различных переменных (пола, возраста и т. д.). .). Определение критических эффектов и зависимости доза-реакция для таких эффектов у человека позволяет прогнозировать частоту данного эффекта для данной дозы или его аналога (концентрация в биологическом материале) в определенной популяции.
Рисунок 1. Гипотетические кривые доза-реакция для различных эффектов
Критические эффекты могут быть двух типов: те, которые считаются пороговыми, и те, для которых может существовать некоторый риск при любом уровне воздействия (непороговые, генотоксичные канцерогены и микробные мутагены). Когда это возможно, в качестве основы для оценки риска следует использовать соответствующие человеческие данные. Чтобы определить пороговые эффекты для населения в целом, необходимо сделать предположения относительно уровня воздействия (переносимое потребление, биомаркеры воздействия) таким образом, чтобы частота критического эффекта в популяции, подвергшейся воздействию данного опасного агента, соответствовала частоте этого эффекта в общей популяции. При воздействии свинца максимально рекомендуемая концентрация свинца в крови для населения в целом (200 мкг/л, медиана ниже 100 мкг/л) (ВОЗ, 1987) практически ниже порогового значения предполагаемого критического эффекта — повышенного уровня свободного протопорфирина эритроцитов, хотя не ниже уровня, связанного с воздействием на ЦНС у детей или АД у взрослых. В целом, если данные хорошо проведенных популяционных исследований, определяющих уровень отсутствия наблюдаемых побочных эффектов, являются основой для оценки безопасности, то коэффициент неопределенности, равный десяти, считается приемлемым. В случае профессионального облучения критические эффекты могут относиться к определенной части населения (например, 10%). Соответственно, при профессиональном воздействии свинца рекомендуемая концентрация свинца в крови для здоровья была принята равной 400 мг/л у мужчин, где 10%-й уровень ответа на ALA-U, равный 5 мг/л, имел место при концентрациях PbB примерно от 300 до 400 мг/л. . Для профессионального воздействия кадмия (предполагая, что повышенная экскреция с мочой низкомолекулярных белков является критическим эффектом), уровень кадмия 200 ppm в корковом веществе почек считался допустимым значением, так как этот эффект наблюдался у 10% детей. подвергающееся воздействию население. Обе эти величины рассматриваются на предмет снижения во многих странах в настоящее время (т.е. в 1996 г.).
Нет четкого консенсуса в отношении надлежащей методологии оценки риска химических веществ, для которых критический эффект может не иметь порогового значения, таких как генотоксичные канцерогены. Для оценки таких эффектов был принят ряд подходов, основанных главным образом на характеристике зависимости доза-реакция. Из-за отсутствия социально-политического признания риска для здоровья, вызванного канцерогенами, в таких документах, как Руководство по качеству воздуха для Европы (ВОЗ, 1987), только такие значения, как единичный пожизненный риск (т. е. риск, связанный с пожизненным воздействием 1 мкг/м3 вредного агента) представлены для непорогового воздействия (см. «Нормативная токсикология»).
В настоящее время основным шагом в проведении мероприятий по оценке риска является определение критического органа и критических эффектов. Определения как критического, так и неблагоприятного воздействия отражают ответственность за принятие решения о том, какое из воздействий на данный орган или систему следует считать критическим, и это напрямую связано с последующим определением рекомендуемых значений для данного химического вещества в общей окружающей среде. -Например, Руководство по качеству воздуха для Европы (ВОЗ, 1987 г.) или санитарно-гигиенические пределы воздействия на рабочем месте (ВОЗ, 1980 г.). Определение критического воздействия из диапазона докритических воздействий может привести к ситуации, когда рекомендуемые пределы концентрации токсичных химических веществ в общей или производственной среде практически невозможно соблюдать. Рассмотрение в качестве критического эффекта, который может перекрывать ранние клинические эффекты, может привести к принятию значений, при которых неблагоприятные эффекты могут развиться у некоторой части населения. Ответственность за решение о том, следует ли считать тот или иной эффект критическим, остается за экспертными группами, специализирующимися на оценке токсичности и риска.