Характер действия загрязняющих веществ «доза-эффект» при чрезвычайных ситуациях

Взаимодействие химического вещества с биологической системой определяет ответную реакцию организма на определенный стимул химической, физической природы. Реакция на дозу (концентрация поллютанта) может быть количественно оценена либо по размеру воздействия, либо по времени, необходимому для проявления специфического эффекта. По длительности воздействия эффекты бывают острыми и хроническими, а по степени интенсивности воздействия их подразделяют на летальные и сублетальные.

Гипотетически схема взаимоотношений между дозой токсиканта и его воздействием показана на рис. 1.8. Существуют два типа реакции организма на поступление химических веществ: а) на поступление вещества, необходимого для жизни (биофилы - жизненно важные элементы), и б) вещества, не требуемого для жизнедеятельности (небиофилы - нежизненно важные элементы).

В случае (а) гомеостазис (оптимум) наблюдается между дозами С2 и С3. Ниже уровня С2 существует дефицит питательного вещества, а в концентрациях выше С3 вещество выступает уже в роли токсиканта. Необратимые изменения и смерть могут произойти ниже уровня С1 и выше С4. В случае (б), когда поступают химические вещества, не требуемые для жизни, они выступают в качестве токсикантов при концентрациях выше С3, представляющих собой предельно допустимую концентрацию (ПДК).

Численное и графическое выражение взаимосвязей в системе «доза-эффект» основывается на следующих предположениях:

1. эффект (ответ) есть функция концентрации токсичного агента в зоне воздействия;
2. концентрация токсиканта в зоне воздействия есть функция дозы;
3. эффект и доза причинно взаимосвязаны.

В токсикологии принят индекс токсичности, который определяет меру чувствительности организма на поступление токсиканта и связан прямо или косвенно с биохимическими, физиологическими или поведенческими функциями, уже установленными или реально предполагаемыми. Одним из таких индексов является количественный ответ типа «все или ничего». Существует группа моделей, основанных на так называемой «теории попадания» (hit theory) (табл.1.3).

Дополнением к этим моделям является включение в рассмотрение фонового ответа, когда ср > 0, что позволяет моделировать природные воздействия. Для моделей, приведенных в табл. 1.3, где Р(0) = 0, учет влияния природного фона рассмотрен с использованием следующего выражения:

где Р(Д) указано в этой же таблице.

Дополнительный риск по сравнению с природным фоном оценен при этом по формуле:

Р(Д) =(Р(Д)-Р)/(1-р) (1.2)

В настоящее время такой подход очень распространен, поскольку в условиях глобального загрязнения зачастую трудно вычленить реальный природный фон, поэтому приходится оценивать дополнительное воздействие токсикантов в условиях уже существующего загрязнения. Аналогично этот подход может быть использован и для оценки воздействия токсикантов в природных биогеохимических провинциях, где природный фон существенно отличается от региональных характеристик.

Время - эффект-отношения наряду с дозой токсиканта (концентрацией в окружающей среде) для понимания токсикологического воздействия имеют важное значение. Пример взаимосвязей между дозой, временем и эффектом показан на рис. 1.9, из которого видно, что характер кривых, характеризующих относительное воздействие, зависит от дозы: чем больше доза, тем раньше проявляется эффект от поступления токсиканта.

Время само по себе также является немаловажным фактором в оценке воздействия одной и той же дозы. Особенно существенным оказывается период, когда еще не проявляется ответ на воздействие токсиканта, так называемый лат-период, или латентный период. Это имеет очень большое значение при проведении биотестов.

На рис. 1.10 показана кривая токсичности, связывающая величины для водной экосистемы со временем воздействия данных доз. Концентрацию, при которой кривая становится асимптотичной (независимой) к временной шкале, называют «пороговой». Концентрации токсикантов ниже этой величины не будут вызывать смертность в течение короткой экспозиции. Эту величину часто используют в качестве критериев риска для природных популяций организмов, подвергающихся хроническому воздействию загрязняющих веществ.

Таким образом, время воздействия или длительности биотестирования является критическим фактором в определении «безопасных» уровней воздействия. Разработан ряд математических моделей, связывающих дозы и время воздействия с откликом тест-организмов или популяции.