Токсичность — степень, в которой химическое вещество или определенная смесь веществ могут повредить организм . [1] Токсичность может относиться к воздействию на весь организм, например животное , бактерию или растение , а также к воздействию на подструктуру организма, например клетку ( цитотоксичность ) или орган, например печень . ( гепатотоксичность ). Иногда это слово является более или менее синонимом отравления в повседневном использовании.
Центральная концепция токсикологии заключается в том, что действие токсиканта зависит от дозы ; даже вода может привести к водной интоксикации при приеме в слишком высокой дозе, тогда как даже для очень токсичного вещества, такого как змеиный яд, существует доза, ниже которой не наблюдается заметного токсического эффекта. Токсичность зависит от вида, что делает межвидовой анализ проблематичным. Новые парадигмы и показатели развиваются, чтобы обойти испытания на животных , сохраняя при этом концепцию конечных точек токсичности. [2]
В древнегреческой медицинской литературе прилагательное τoξικόν (означающее «токсичный») использовалось для описания веществ, которые обладали способностью «вызывать смерть или серьезное истощение или проявлять симптомы инфекции». [3] Слово происходит от греческого существительного τόξον toxon (что означает «дуга») и относится к использованию луков и отравленных стрел в качестве оружия. [3]
В англоязычной американской культуре принято несколько образных значений токсичности , часто при описании вредных межличностных отношений или черт характера (например, « токсичная мужественность »). [4]
У людей есть глубоко укоренившаяся история: они не только осознают токсичность, но и используют ее в качестве инструмента. Археологи, изучающие костяные стрелы из пещер Южной Африки, отметили вероятность того, что некоторых стрел в возрасте от 72 000 до 80 000 лет окунали в специально приготовленные яды, чтобы повысить их смертоносность. [5] Хотя ограничения научного оборудования затрудняют конкретные доказательства, археологи предполагают, что практика изготовления ядовитых стрел была широко распространена в культурах еще в эпоху палеолита. [6] [7] Народу сан в Южной Африке удалось сохранить эту практику до наших дней, обладая базой знаний по созданию сложных смесей из ядовитых жуков и растительных экстрактов, в результате чего получается продукт с наконечниками стрел со сроком годности, превышающим от нескольких месяцев до года. [8]
Обычно существует пять типов токсичности; химические, биологические, физические, радиоактивные и поведенческие.
Болезнетворные микроорганизмы и паразиты токсичны в широком смысле, но обычно их называют патогенами , а не токсикантами. Биологическую токсичность патогенов может быть трудно измерить, поскольку пороговая доза может приходиться на один организм. Теоретически один вирус , бактерия или червь могут размножаться и вызывать серьезную инфекцию . Если у хозяина неповрежденная иммунная система , присущая организму токсичность уравновешивается реакцией хозяина; тогда эффективная токсичность представляет собой комбинацию. В некоторых случаях, например, при холерном токсине , болезнь вызывается главным образом неживым веществом, выделяемым организмом, а не самим организмом. Такие неживые биологические токсиканты обычно называют токсинами , если они производятся микроорганизмами, растениями или грибами, и ядами , если они производятся животными.
Физические токсиканты – это вещества, которые по своей физической природе препятствуют биологическим процессам. Примеры включают угольную пыль, асбестовые волокна или мелкодисперсный диоксид кремния , которые в конечном итоге могут быть смертельными при вдыхании. Коррозионные химические вещества обладают физической токсичностью, поскольку они разрушают ткани, но не являются напрямую ядовитыми, если только они непосредственно не мешают биологической активности. Вода может действовать как физический токсикант, если принимать ее в чрезвычайно высоких дозах, поскольку концентрация жизненно важных ионов резко снижается при избытке воды в организме. Удушающие газы можно считать физическими токсикантами, поскольку они действуют путем вытеснения кислорода в окружающей среде, но они являются инертными, а не химически токсичными газами.
Радиация может оказывать токсическое воздействие на организмы. [9]
Поведенческая токсичность относится к нежелательным эффектам терапевтических доз лекарств, клинически показанных для данного расстройства (DiMascio, Soltys and Shader, 1970). Эти нежелательные эффекты включают, среди прочего, антихолинергические эффекты, альфа-адренергическую блокаду и дофаминергические эффекты. [10]
Токсичность можно измерить по ее воздействию на мишень (организм, орган, ткань или клетку). Поскольку люди обычно имеют разные уровни реакции на одну и ту же дозу токсичного вещества, часто используется показатель токсичности на популяционном уровне, который связывает вероятности исхода для данного человека в популяции. Одной из таких мер является LD 50 . Если таких данных нет, оценки проводятся путем сравнения с известными аналогичными токсичными веществами или с аналогичными воздействиями на аналогичные организмы. Затем добавляются « коэффициенты 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 допускает коэффициент безопасности 10, позволяющий учитывать межвидовые различия между двумя млекопитающими; если данные получены от рыб, можно использовать коэффициент 100, чтобы учесть большую разницу между двумя классами хордовых (рыбы и млекопитающие). Аналогичным образом, дополнительный фактор защиты может использоваться для людей, которые считаются более восприимчивыми к токсическим воздействиям, например, во время беременности или при определенных заболеваниях. Или недавно синтезированному и ранее неизученному химическому веществу, которое, как полагают, по действию очень похоже на другое соединение, можно присвоить дополнительный коэффициент защиты 10, чтобы учесть возможные различия в эффектах, которые, вероятно, намного меньше. Этот подход очень приблизителен, но такие коэффициенты защиты намеренно очень консервативны, и этот метод оказался полезным в самых разных приложениях.
Оценка всех аспектов токсичности канцерогенов сопряжена с дополнительными проблемами, поскольку неясно, существует ли минимальная эффективная доза канцерогенов или риск слишком мал, чтобы его можно было увидеть. Кроме того, возможно, что для достижения полного эффекта достаточно одной клетки, трансформированной в раковую (теория «одного удара»).
Определить токсичность химических смесей труднее, чем чистого химического вещества, поскольку каждый компонент проявляет свою токсичность, и компоненты могут взаимодействовать, вызывая усиление или ослабление эффекта. Обычные смеси включают бензин , сигаретный дым и промышленные отходы . Еще более сложными являются ситуации с более чем одним типом токсичных объектов, например, сбросы неисправных очистных сооружений, содержащих как химические, так и биологические агенты.
Доклинические испытания токсичности на различных биологических системах выявляют токсические эффекты исследуемого продукта в зависимости от вида, органа и дозы. Токсичность веществ можно наблюдать путем (а) изучения случайного воздействия вещества (б) исследований in vitro с использованием клеток/клеточных линий (в) воздействия in vivo на экспериментальных животных. Тесты на токсичность в основном используются для изучения конкретных побочных эффектов или конкретных конечных точек, таких как рак, кардиотоксичность и раздражение кожи/глаз. Тестирование на токсичность также помогает рассчитать дозу уровня отсутствия наблюдаемых побочных эффектов (NOAEL) и полезно для клинических исследований. [11]
Для того чтобы вещества можно было регулировать и обращаться с ними надлежащим образом, они должны быть правильно классифицированы и маркированы. Классификация определяется утвержденными мерами тестирования или расчетами и определяет пороговые уровни, установленные правительствами и учеными (например, уровни, при которых не наблюдается побочных эффектов , пороговые значения и допустимые уровни ежедневного потребления). Пестициды служат примером хорошо зарекомендовавших себя систем классов токсичности и маркировки токсичности . Хотя в настоящее время во многих странах действуют разные правила относительно типов тестов, количества тестов и пороговых уровней, внедрение Согласованной на глобальном уровне 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 привести к летальному исходу для всего тела, летальному исходу для определенных органов, серьезному или незначительному повреждению или вызвать рак. Это общепринятые определения того, что такое токсичность. [15] Все, что выходит за рамки этого определения, не может быть отнесено к этому типу токсикантов.
Острая токсичность предполагает летальные эффекты при пероральном, кожном или ингаляционном воздействии. Он разделен на пять категорий серьезности: категория 1 требует наименьшего 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 кожного введения. [ нужна цитата ]
Разъедание и раздражение кожи определяются с помощью кожного теста, аналогичного тесту на аллергическое воспаление . При этом оценивается тяжесть нанесенного ущерба; когда оно возникло и как долго оно сохраняется; обратимо ли это и сколько испытуемых пострадало.
Разъедание кожи от вещества должно проникнуть через эпидермис в дерму в течение четырех часов после нанесения и не должно обратить вспять повреждение в течение 14 дней. Раздражение кожи указывает на менее серьезное повреждение, чем коррозия, если: повреждение происходит в течение 72 часов после нанесения; или в течение трех дней подряд после подачи заявления 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 дней подряд после нанесения.
Серьезное повреждение глаз включает повреждение тканей или ухудшение зрения, которое полностью не восстанавливается в течение 21 дня. Раздражение глаз вызывает изменения в глазах, которые полностью исчезают 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 загрязнителей для тестирования и регулирования. [18]
Работники различных профессий могут подвергаться более высокому уровню риска нескольких типов токсичности, включая нейротоксичность. [19] Выражения «Безумный как шляпник» и «Безумный шляпник» из книги « Алиса в стране чудес » происходят от известной профессиональной токсичности шляпников , которые использовали токсичные химикаты для контроля формы шляп. Специалистам по промышленной гигиене может потребоваться оценка воздействия химических веществ на рабочем месте. [20]
Опасности в искусстве были проблемой для художников на протяжении веков, 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 «кадмиевые красные».
Гравюры 20-го века и другие художники начали осознавать токсичные вещества, токсичные методы и токсичные пары в клеях, красках, пигментах и растворителях, на маркировке многих из которых не было указаний на их токсичность. Примером может служить использование ксилола для очистки шелковых ширм . Художники начали замечать опасность вдыхания красящих веществ 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 описывались двенадцать инновационных методов глубокой печати, включая фототравление , цифровое изображение , методы ручного травления с использованием акрилового резиста, а также вводился новый метод нетоксичной печати. -токсичная литография . [21]
Существует множество инструментов для картирования состояния окружающей среды. TOXMAP — это географическая информационная система (ГИС) Отдела специализированных информационных служб [22] Национальной медицинской библиотеки США (NLM), которая использует карты США, чтобы помочь пользователям визуально изучать данные Агентства по охране окружающей среды США. Агентство по охране окружающей среды (EPA) осуществляет инвентаризацию выбросов токсичных веществ и программы Superfund . TOXMAP — это ресурс, финансируемый федеральным правительством США. Информация TOXMAP о химическом здоровье и здоровье окружающей среды взята из Сети токсикологических данных NLM (TOXNET) [23] и PubMed , а также из других авторитетных источников.
При испытаниях на водную токсичность ключевые индикаторные виды рыб или ракообразных подвергаются воздействию определенных концентраций вещества в их среде обитания для определения уровня смертности. Рыба подвергается воздействию в течение 96 часов, а ракообразные - 48 часов. Хотя СГС не определяет токсичность выше 100 мг/л, Агентство по охране окружающей среды в настоящее время называет токсичность для водной среды «практически нетоксичной» при концентрациях более 100 частей на миллион. [24]
Примечание. Категория 4 устанавливается для хронического воздействия, но просто содержит любое токсичное вещество, которое в основном нерастворимо или не имеет данных об острой токсичности.
На токсичность вещества может влиять множество различных факторов, таких как путь введения (наносится ли токсикант на кожу, проглатывается, вдыхается, вводится), время воздействия (кратковременное или длительное), количество воздействия (однократная доза или несколько доз в течение определенного периода времени), физической формы токсиканта (твердая, жидкая, газообразная), генетической структуры человека, общего состояния здоровья человека и многих других. Сюда включены некоторые термины, используемые для описания этих факторов.
Учитывая ограничения концепции «доза-реакция» , недавно был предложен новый абстрактный индекс токсичности лекарств (DTI). [25] DTI дает новое определение токсичности лекарств, идентифицирует гепатотоксичные препараты, дает понимание механизмов, прогнозирует клинические исходы и имеет потенциал в качестве инструмента скрининга.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )