Токсичность — это степень, в которой химическое вещество или конкретная смесь веществ могут повредить организму . [1] Токсичность может относиться к воздействию на целый организм, например, животное , бактерию или растение , а также к воздействию на субструктуру организма, например, клетку ( цитотоксичность ) или орган, например, печень ( гепатотоксичность ). Иногда это слово более или менее синонимично отравлению в повседневном использовании.
Центральная концепция токсикологии заключается в том, что эффекты токсичного вещества зависят от дозы ; даже вода может привести к водной интоксикации , если ее принять в слишком большой дозе, тогда как даже для очень токсичного вещества, такого как змеиный яд, существует доза, ниже которой не обнаруживается токсического эффекта. Токсичность специфична для вида, что делает кросс-видовой анализ проблематичным. Новые парадигмы и показатели развиваются, чтобы обойти тестирование на животных , сохраняя при этом концепцию конечных точек токсичности. [2]
В древнегреческой медицинской литературе прилагательное τoξικόν (что означает «токсичный») использовалось для описания веществ, которые обладали способностью «вызывать смерть или серьезное истощение или проявлять симптомы инфекции». [3] Слово берет свое начало от греческого существительного τόξον toxon (что означает «дуга»), в отношении использования луков и отравленных стрел в качестве оружия. [3]
В англоязычной американской культуре существует несколько образных определений термина «токсичность» , часто при описании пагубных межличностных отношений или черт характера (например, « токсичная мужественность »). [4]
Люди имеют глубоко укоренившуюся историю не только осознания токсичности, но и использования ее в качестве инструмента. Археологи, изучающие костяные стрелы из пещер Южной Африки, отметили вероятность того, что некоторые из них, возрастом от 72 000 до 80 000 лет, были погружены в специально приготовленные яды для увеличения их летальности. [5] Хотя ограничения научного инструментария затрудняют конкретное доказательство, археологи предполагают, что практика изготовления отравленных стрел была широко распространена в культурах еще в эпоху палеолита. [6] [7] Народ сан из Южной Африки сумел сохранить эту практику до современной эпохи, имея базу знаний для формирования сложных смесей из ядовитых жуков и растительных экстрактов, в результате чего получается наконечник стрелы со сроком хранения от нескольких месяцев до года. [8]
Обычно выделяют пять типов токсичности: химическая, биологическая, физическая, радиоактивная и поведенческая.
Болезнетворные микроорганизмы и паразиты токсичны в широком смысле, но обычно называются патогенами, а не токсикантами. Биологическую токсичность патогенов может быть трудно измерить, поскольку пороговая доза может быть одним организмом. Теоретически один вирус , бактерия или червь могут размножаться, чтобы вызвать серьезную инфекцию . Если у хозяина неповрежденная иммунная система , внутренняя токсичность организма уравновешивается реакцией хозяина; тогда эффективная токсичность представляет собой комбинацию. В некоторых случаях, например, холерный токсин , заболевание в основном вызывается неживым веществом, выделяемым организмом, а не самим организмом. Такие неживые биологические токсиканты обычно называются токсинами , если они вырабатываются микроорганизмом, растением или грибком, и ядами , если они вырабатываются животным.
Физические токсиканты — это вещества, которые из-за своей физической природы мешают биологическим процессам. Примерами служат угольная пыль, асбестовые волокна или мелкодисперсный диоксид кремния , все из которых в конечном итоге могут быть смертельными при вдыхании. Коррозионные химикаты обладают физической токсичностью, поскольку они разрушают ткани, но не являются напрямую ядовитыми, если они не мешают непосредственно биологической активности. Вода может действовать как физический токсикант, если ее принимать в чрезвычайно высоких дозах, поскольку концентрация жизненно важных ионов резко снижается при слишком большом количестве воды в организме. Удушающие газы можно считать физическими токсикантами, поскольку они действуют, вытесняя кислород из окружающей среды, но они инертны, а не химически токсичны.
Радиация может оказывать токсическое воздействие на организмы. [9]
Поведенческая токсичность относится к нежелательным эффектам по существу терапевтических уровней лекарств, клинически показанных для данного расстройства (DiMascio, Soltys and Shader, 1970). Эти нежелательные эффекты включают антихолинергические эффекты, альфа-адренергическую блокаду и дофаминергические эффекты, среди прочих. [10]
Токсичность можно измерить по ее воздействию на цель (организм, орган, ткань или клетку). Поскольку у людей обычно разный уровень реакции на одну и ту же дозу токсичного вещества, часто используется популяционная мера токсичности, которая связывает вероятности результата для данного человека в популяции. Одной из таких мер является LD 50 . Когда таких данных нет, оценки делаются путем сравнения с известными похожими токсичными веществами или с похожими воздействиями на похожие организмы. Затем добавляются « факторы безопасности », чтобы учесть неопределенности в данных и процессах оценки. Например, если доза токсичного вещества безопасна для лабораторной крысы, можно предположить, что одна десятая этой дозы будет безопасна для человека, что позволяет использовать фактор безопасности 10 для учета межвидовых различий между двумя млекопитающими; если данные получены по рыбам, можно использовать фактор 100 для учета большей разницы между двумя классами хордовых (рыбы и млекопитающие). Аналогичным образом, дополнительный фактор защиты может использоваться для людей, которые, как считается, более восприимчивы к токсическим эффектам, например, во время беременности или при определенных заболеваниях. Или недавно синтезированному и ранее не изученному химическому веществу, которое, как полагают, очень похоже по эффекту на другое соединение, можно присвоить дополнительный фактор защиты 10, чтобы учесть возможные различия в эффектах, которые, вероятно, намного меньше. Этот подход очень приблизительный, но такие факторы защиты намеренно очень консервативны, и этот метод оказался полезным в самых разных приложениях.
Оценка всех аспектов токсичности канцерогенных агентов включает в себя дополнительные вопросы, поскольку неясно, существует ли минимальная эффективная доза для канцерогенов , или риск слишком мал, чтобы его увидеть. Кроме того, возможно, что для развития полного эффекта достаточно одной клетки, преобразованной в раковую (теория «одного удара»).
Токсичность химических смесей определить сложнее, чем чистое химическое вещество, поскольку каждый компонент проявляет свою собственную токсичность, и компоненты могут взаимодействовать, вызывая усиление или ослабление эффектов. Обычные смеси включают бензин , сигаретный дым и промышленные отходы . Еще более сложными являются ситуации с более чем одним типом токсичных веществ, например, сброс с неисправной очистной станции, содержащей как химические, так и биологические агенты.
Доклинические испытания токсичности на различных биологических системах выявляют токсические эффекты исследуемого продукта, зависящие от вида, органа и дозы. Токсичность веществ можно наблюдать путем (a) изучения случайных воздействий вещества (b) исследований in vitro с использованием клеток/клеточных линий (c) воздействия in vivo на подопытных животных. Испытания токсичности в основном используются для изучения конкретных нежелательных явлений или конкретных конечных точек, таких как рак, кардиотоксичность и раздражение кожи/глаз. Испытания токсичности также помогают рассчитать дозу No Observed Adverse Effect Level (NOAEL) и полезны для клинических исследований. [11]
Для того, чтобы вещества регулировались и обрабатывались надлежащим образом, они должны быть надлежащим образом классифицированы и маркированы. Классификация определяется утвержденными мерами тестирования или расчетами и определяет пороговые уровни, установленные правительствами и учеными (например, уровни отсутствия наблюдаемых неблагоприятных эффектов , пороговые предельные значения и допустимые суточные уровни потребления ). Пестициды являются примером хорошо зарекомендовавших себя систем классов токсичности и маркировок токсичности . Хотя в настоящее время во многих странах действуют различные правила относительно типов испытаний, количества испытаний и пороговых уровней, внедрение Глобально согласованной системы [12] [13] начало объединять эти страны.
Глобальная классификация рассматривает три области: физические опасности (взрывы и пиротехника), [14] опасности для здоровья [15] и опасности для окружающей среды [16] .
Типы токсичности, при которых вещества могут вызывать летальность для всего тела, летальность для определенных органов, серьезные/незначительные повреждения или вызывать рак. Это общепринятые определения того, что такое токсичность. [15] Все, что не попадает под определение, не может быть классифицировано как этот тип токсиканта.
Острая токсичность рассматривает летальные эффекты после перорального, дермального или ингаляционного воздействия. Она делится на пять категорий тяжести, где Категория 1 требует наименьшего количества воздействия, чтобы быть смертельным, а Категория 5 требует наибольшего воздействия, чтобы быть смертельным. В таблице ниже показаны верхние пределы для каждой категории.
Примечание: ожидается, что неопределенные значения будут примерно эквивалентны значениям категории 5 для перорального и дермального введения. [ необходима ссылка ]
Разъедание и раздражение кожи определяются с помощью анализа кожного пластыря, аналогичного аллергическому воспалительному пластырю . Это позволяет оценить серьезность нанесенного ущерба; когда он был нанесен и как долго сохраняется; является ли он обратимым и сколько испытуемых были затронуты.
Разъедание кожи веществом должно проникнуть через эпидермис в дерму в течение четырех часов после нанесения и не должно устранить повреждение в течение 14 дней. Раздражение кожи показывает повреждение менее серьезное, чем разъедание, если: повреждение происходит в течение 72 часов после нанесения; или в течение трех последовательных дней после нанесения в течение 14-дневного периода; или вызывает воспаление , которое длится 14 дней у двух испытуемых. Легкое раздражение кожи — это незначительное повреждение (менее серьезное, чем раздражение) в течение 72 часов после нанесения или в течение трех последовательных дней после нанесения.
Серьезное повреждение глаз включает повреждение тканей или ухудшение зрения, которые не полностью восстанавливаются в течение 21 дня. Раздражение глаз включает изменения в глазу, которые полностью восстанавливаются в течение 21 дня.
Экологическую опасность можно определить как любое условие, процесс или состояние, оказывающее неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Эти опасности могут быть физическими или химическими и присутствовать в воздухе, воде и/или почве. Эти условия могут нанести значительный вред людям и другим организмам в экосистеме.
Агентство по охране окружающей среды ведет список приоритетных загрязняющих веществ для тестирования и регулирования. [18]
Работники различных профессий могут подвергаться большему риску нескольких типов токсичности, включая нейротоксичность. [19] Выражение «Безумный как шляпник» и «Безумный шляпник» из книги «Алиса в стране чудес» происходят от известной профессиональной токсичности шляпников , которые использовали токсичный химикат для контроля формы шляп. Воздействие химикатов на рабочем месте может потребоваться для оценки специалистами по промышленной гигиене. [20]
Опасности в искусстве были проблемой для художников на протяжении столетий, хотя токсичность их инструментов, методов и материалов не всегда осознавалась должным образом. Свинец и кадмий, среди других токсичных элементов, часто включались в названия масляных красок и пигментов художников, например, «свинцовые белила» и «кадмиевый красный».
Художники-граверы и другие художники 20-го века начали узнавать о токсичных веществах, токсичных методах и токсичных парах в клеях, средах для живописи, пигментах и растворителях, многие из которых на своих этикетках не давали никаких указаний на свою токсичность. Примером было использование ксилола для очистки шелкографии . Художники начали замечать опасность вдыхания сред для живописи и разбавителей, таких как скипидар . Зная о токсичных веществах в студиях и мастерских, в 1998 году гравер Кит Ховард опубликовал книгу «Нетоксичная глубокая печать» , в которой подробно описал двенадцать инновационных методов глубокой печати, включая фототравление , цифровое изображение , методы ручного травления акриловым резистом и введение нового метода нетоксичной литографии . [21]
Существует множество инструментов для картирования здоровья окружающей среды. TOXMAP — это географическая информационная система (ГИС) из Отдела специализированных информационных служб [22] Национальной медицинской библиотеки США (NLM), которая использует карты США, чтобы помочь пользователям визуально изучать данные из программ Агентства по охране окружающей среды США (EPA) Toxics Release Inventory и Superfund . TOXMAP — это ресурс, финансируемый федеральным правительством США. Информация о химическом и экологическом здоровье TOXMAP взята из токсикологической сети данных NLM (TOXNET) [23] и PubMed , а также из других авторитетных источников.
Тестирование водной токсичности подвергает ключевые индикаторные виды рыб или ракообразных воздействию определенных концентраций вещества в их среде обитания для определения уровня летальности. Рыбы подвергаются воздействию в течение 96 часов, а ракообразные — в течение 48 часов. Хотя GHS не определяет токсичность выше 100 мг/л, EPA в настоящее время классифицирует водную токсичность как «практически нетоксичную» при концентрациях более 100 ppm. [24]
Примечание: Категория 4 установлена для хронического воздействия, но в нее входят любые токсичные вещества, которые в основном нерастворимы или не имеют данных об острой токсичности.
На токсичность вещества может влиять множество различных факторов, таких как путь введения (наносится ли токсикант на кожу, проглатывается, вдыхается, вводится инъекцией), время воздействия (кратковременное или длительное), количество воздействий (однократная доза или многократные дозы в течение определенного времени), физическая форма токсиканта (твердое вещество, жидкость, газ), концентрация вещества и, в случае газов, парциальное давление (при высоком давлении окружающей среды парциальное давление будет увеличиваться для данной концентрации как газовая фракция), генетический состав человека, общее состояние здоровья человека и многие другие. Здесь включены некоторые термины, используемые для описания этих факторов.
Учитывая ограничения концепции зависимости «доза-реакция» , недавно был предложен новый абстрактный индекс токсичности лекарственных средств (DTI). [25] DTI переопределяет токсичность лекарственных средств, выявляет гепатотоксичные препараты, дает механистическую информацию, прогнозирует клинические результаты и имеет потенциал в качестве инструмента скрининга.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )