Раздел 3. Токсикометрия 3 страница

На основе полученных характеристик ксенобиотик может быть отнесен к одному из четырех классов токсичности (Таблица 6).

Таблица 6. Классификация ксенобиотиков по степени токсичности

Степень токсичности	Энтеральное введение	Ингаляционное введение
	ЛД50 (мг/кг)	ЛК50 (мг/л)	ПДК (мг/м3)
Чрезвычайно токсичные Высокотоксичные Умеренно токсичные Малотоксичные	менее 15 15 - 150 151 - 1500 более 1500	Менее 1 1 - 10 11 - 40 более 40	менее 1 10 100 более 100

(Заугольников С.Д. и соавт., 1967)

Отнесение веществ к мало- или высокотоксичным во многом носит субъективный характер. Так, Hodg G. и Gleason S. (1975) предлагают иную шкалу токсичности ксенобиотиков (таблица 7).

Таблица 7. Шкала токсичности (смертельное действие) веществ, при их поступлении через рот (По Hodg G., Gleason S., 1975)

Степень токсичности	Сухое вещество (мг/кг)	Жидкое вещество (на человека)
Сверхтоксичные Высокотоксичные Токсичные Умеренно токсичные Малотоксичные Нетоксичные	менее 5 5 - 50 50 - 500 500 - 5000 5000 - 15000 более 15000	менее 7 капель 7 капель - ложка ложка - рюмка (30 мл) 30 мл - 0,5 л 0,5 л - 2 л более 2 л

В настоящее время в России химические вещества принято разделять на 4 класса опасности (таблица 8).

Таблица 8. Классификация химических веществ по степени опасности (ГОСТ 12.1.007-76)

Показатели	Класс опасности
ПДК мг/м3	<0,1	0,1-1,0	1,1-10,0	>10,0
ЛД50 p/o мг/кг	<15	15-150	151-5000	<5000
ЛД50 р/cut мг/кг	<100	100-500	501-2500	<2500
ЛК50/2 час мг/м3	<500	500-5000	5001-50000	<50000
КВИО*	>300	300-30	29-3	>3

* КВИО - коэффициент возможности ингаляционного отравления. Определяют, как отношение максимально возможной концентрации токсиканта (пара) в воздухе, к среднесмертельной концентрации

2. Для определения уровней безопасного воздействия токсиканта. Для большинства веществ можно определить дозы, при уменьшении которых, вещества утрачивают способность инициировать токсический процесс. Доза, ниже которой современными методами исследования не выявляется действие химического вещества на биологический объект (организм), называется "пороговой дозой". Концепция пороговости полезна тем, что на её основе с помощью специальных методов определяют, а затем оценивают и юридически утверждают дозы веществ, признаваемые безопасными для человека в условиях повседневной жизни, производства, специальных ситуаций (аварии) - ПДК, МДК, ОБУВ и т.д.
На основе экспериментальных данных по определению зависимости "доза-эффект" также устанавливаются (с учетом представлений о допустимом риске)(см. ниже) пределы допустимого воздействия токсикантов, способных вызывать "беспороговые" эффекты.
3. Для первичной характеристики эффективности специфических противоядий. В ходе подобных исследований обычно устанавливают соотношение параметров кривых зависимости "доза-эффект", полученных в условиях изолированного действия токсиканта и на фоне примененного противоядия (см. ниже).

4.2. Зависимость "доза-эффект" при комбинированном действии нескольких веществ

Схема изучения совместного действия веществ на группе лабораторных животных может быть различной. Обычно изучают выраженность действия одного из веществ в возрастающей дозе на фоне предварительного введения другого вещества в фиксированной дозе. Наиболее часто для объяснения и анализа получаемых результатов используют математический аппарат и представления оккупационной теории. Так, параллельный сдвиг кривой доза-эффект свидетельствует о возможном конкурентном действии препаратов на биомишени в исследуемом организме; понижение или повышение уровня максимального эффекта при совместном действии веществ косвенно указывает на различные точки приложения веществ (рисунок 15).

Рисунок 15. Сочетанное действие апоморфина, ДЛК и галоперидола на двигательную активность крыс в открытом поле при внутрибрюшинном способе введения веществ. (1) - апоморфин; (2) - апоморфин + 0,063 мг/кг галоперидола; (3) - апоморфин + 100 мкг/кг ДЛК; (4) - апоморфин + 100 мкг/кг ДЛК + 0,063 мг/кг галдоперидола. Данные свидетельствуют о потенцирующем действии ДЛК на эффект апоморфина (различные точки приложения веществ) и конкурентном действии галоперидола.

Как следует из данных, представленных на рисунке 15, галоперидол, являясь антагонистом апоморфина, теоретически может использоваться как противоядие при интоксикации последним. Напротив, при интоксикации ДЛК апоморфин усугубит тяжесть развивающегося состояния.

ГЛАВА 3.2. ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ТОКСИКОЛОГИИ

В ряде случаев, очевидно, что причина того или иного заболевания - действие химического вещества. Например, отек легких после действия хлора или фосгена, развитие судорожного синдрома вследствие воздействия фосфорорганического вещества, угнетение кроветворения как итог контакта с ипритом и т.д. Однако нередко трудно доказать наличие причинно-следственной связи между действием токсиканта и развитием конкретной патологии у человека. Огромное число симптомов и синдромов заболеваний неспецифично, и их возникновение возможно в результате пример инфекционных, факторов. Это является причиной неопределенности суждений как в случае выявления заболеваний (связаны ли они с воздействием токсикантов?), так и в случае оценки возможных последствий воздействия токсикантов (выявляются ли неблагоприятные для здоровья эффекты?). Затруднения часто возникают также, когда недуг развивается в результате длительного действия вещества в малых дозах, а проявлению патологического процесса предшествует длительный скрытый период (канцерогенез). Задачи подобного свойства усложняются еще и тем, что реакция людей на токсикант в определенной дозе колеблется в очень широких пределах: от практически не диагностируемых субклинических эффектов, до отчетливо выраженных заболеваний.

доказательства значения химического вещества, как этиологического фактора, в токсикологии используют ряд методических приемов:

- экспериментальное изучение зависимости "структура-активность";

- полномасштабные исследования на лабораторных животных токсичности, механизма действия, особенностей повреждения отдельных органов и систем, канцерогенной, мутагенной, тератогенной активности;

- краткосрочные скрининговые исследования для уточнения отдельных сторон токсического действия;

- глубокий анализ случаев острых и хронических интоксикаций в условиях клиники;

- компьютерное моделирование;

- эпидемиологические исследования популяций людей, подвергающихся действию токсикантов.

Ни один из указанных приемов не лишен недостатков. Поэтому конечное решение вырабатывается с учетом данных, получаемых всеми методами. В последние годы, как весьма продуктивный, зарекомендовал себя метод эпидемиологических исследований.

Эпидемиологические исследования в токсикологии основываются на выявлении различий в состоянии здоровья отдельных людей и популяций, находящихся в условиях воздействия химических соединений, в сравнении с контрольными группами. Подобные исследования строятся на наблюдениях над естественно складывающимися событиями. Поэтому основное различие между экспериментом и эпидемиологическим анализом состоит в том, каким образом формируется база анализируемых данных. В ходе экспериментального исследования сам экспериментатор активно создает группу объектов будущего анализа, воздействуя на организм оцениваемым фактором в требуемых условиях. В ходе эпидемиологических исследований воздействие изучаемого фактора никак не регулируется исследователем. Под его контролем находятся только этапы выбора из генеральной совокупности репрезентативных групп обследуемых и подбор адекватных методов анализа полученной информации.

По указанной причине эпидемиологический анализ позволяет сформировать гипотезы, выявить важные тенденции, но не даёт исчерпывающих доказательств наличия причинно-следственных связей между воздействием и наблюдаемым эффектом, и в этом его ограниченность. Тем не менее в медицинской науке этот метод играет все возрастающую роль. По всей видимости, при изучении влияния факторов среды на здоровье людей, эпидемиологический анализ может оказаться единственно полезным методом, поскольку эксперимент на людях не возможен. Но в этой связи совершенно недопустимы скоропалительные выводы по итогам исследований, а ответственность исследователей перед обществом весьма велика.

Принципиально возможны два типа ошибок в ходе эпидемиологических исследований. Ошибка первого типа: ложно позитивный результат - декларация наличия причинно-следственной связи между оцениваемым фактором и эффектом там, где её реально нет; ошибка второго типа: ложно отрицательный результат - декларация отсутствия связи при её реальном наличии.

Любое эпидемиологическое исследование включает следующие этапы:

- уяснения задачи предстоящей работы;

- выбор замысла исследования;

- сбор фактического материала;

- выбор математического аппарата анализа баз данных;

- обработка данных;

- анализ полученных результатов;

- формулировка выводов и предложений.

1. Основные категории и типы эпидемиологических исследований

Можно выделить три категории эпидемиологических исследований:

- описательные;

- аналитические (этиологические);

- интервенционные.

Описательные исследования представляют собой регистрацию распространенности того или иного заболевания или эффекта среди обследуемой популяции. Величина показателя исследуется в зависимости от возраста, пола, расовой и социальной принадлежности, характера профессиональной деятельности, привычек и т.д. В ходе этой работы формулируются новые гипотезы об особенностях действия токсикантов, идентифицируются новые факторы риска для здоровья человека.

Аналитические исследования направлены на определение причинно-следственных связей между неким воздействием ("вредностью") и нарушениями здоровья, анализ ответных реакций организма и популяции на комбинированные воздействия. Задачи могут быть решены лишь при соблюдении определенных правил: верный учет временной составляющей (сначала воздействие, затем эффект), тщательный контроль сопутствующих воздействий, максимально возможное устранение косвенных влияний, соответствие получаемых результатов теориям, описывающим действие рассматриваемых факторов на биологический объект.

Интервенционные исследования также преследуют цель установления причинно-следственных связей, однако в данном случае исследователь оценивает результаты своего активного вмешательства в изучаемое явление (последствия оздоровительных мероприятий, эффективность системы контроля качества среды и т.д.).

Эпидемиологические исследования в токсикологии проводятся в рамках текущего наблюдения, санитарно-эпидемиологического надзора, целевого программного исследования.

Текущим наблюдением называется систематическая оценка одного или нескольких параметров окружающей среды либо показателей здоровья. Такой вид работы выполняют, в частности, учреждения гидрометеорологической службы, онкологические диспансеры, другие организации, получающие информацию о качестве окружающей среды, заболеваемости населения.

Санитарно-эпидемиологический надзор предполагает постоянное сопоставление данных текущего наблюдения за качеством окружающей среды и текущего наблюдения за здоровьем. На основании данных такого комбинированного наблюдения могут выдвигаться гипотезы о причинной связи между параметрами окружающей среды и состоянием здоровья.

Целевое программное исследование - это частное или всеобъемлющее эпидемиологическое исследование, относящееся к одной из описанных выше категорий, направленное на решение конкретной задачи, как правило, по оценке влияния некоего фактора на здоровье определенной группы лиц.

По способу организации схемы выполнения также можно выделить несколько основных типов эпидемиологических исследований:

- регистрации серии событий;

- исследование типа "случай-контроль" - связанный с экспозицией риск вычисляется путем сравнения группы заболевших ("случаев") и группы здоровых лиц ("контролей") по показателю экспонированности их токсикантом;

- когортное исследование - оценивается риск заболевания среди экспонированных токсикантом лиц в сравнении с контрольной группой;

- корреляционные исследования - выявляются пространственные, временные, профессиональные, алиментарные или другие связи заболеваемости (распространенности) и экспозиции токсикантом.

По временной направленности плана изучения связи заболеваний и воздействий можно выделить:

- ретроспективные исследования - осуществляются по результатам регистрации заболеваний и экспонированности лиц за какой-то отрезок времени в прошлом;

- "поперечные" исследования на основе оценки текущей распространенности заболевания (или заболеваемости) и воздействия фактора;

- проспективные исследования, предусматривающие определенный план регистрации заболеваний и экспозиции людей в будущем в течение заданного периода времени с последующим анализом данных.

Любое эпидемиологическое исследование только выигрывает, если ему сопутствует (или предшествует) классический токсикологический эксперимент на лабораторных животных. Часто именно экспериментальные исследования, в которых обнаруживается тот или иной неблагоприятный эффект от действия токсиканта, побуждают к проведению эпидемиологического анализа. Однако возможна и противоположная ситуация.

2. Основные показатели, привлекаемые для организации эпидемиологических исследований

2. 1 Классификация показателей

Можно выделить четыре группы показателей, используемых в эпидемиологическом исследовании:

- показатели состояния обследуемой популяции (группы);

- характеристики исследуемого фактора (строение токсиканта, концентрация в окружающей среде или биосредах, продолжительность воздействия, колебания интенсивности воздействия во времени и т.д.);

- показатели, характеризующие другие факторы, модулирующие действие основного (вредные привычки: курение, прием лекарств, отношение к алкоголю и т.д., производственные условия, характер работы, место жительства и т.д.);

- "запутывающие" факторы (социальная принадлежность, пол, возраст, раса и др.). Влияние "запутывающих" факторов можно исключить, путем составления программы исследования, в которой предусмотрено равномерное распределение этих факторов в сравниваемых группах, использования соответствующих статистических методик. Важно представлять, что "запутывающий" фактор в одном исследовании может являться основным в другом.

Получаемые и анализируемые данные, в зависимости от условий, могут представляться: а) в альтернативной (категорийной) форме (типа "да - нет"); б) в виде шкалы непрерывных количественных показателей (концентрация токсиканта в среде, величина артериального давления у обследуемых); в) в форме порядковых показателей (уровень воздействия: - отсутствует - низкий - средний - высокий).

2.1.1. Показатели состояния обследуемой популяции

Основными исходными данными для эпидемиологического исследования являются заболеваемость и распространенность анализируемого эффекта (токсического процесса).

Заболеваемость в популяции является показателем риска развития заболевания. Она определяется числом новых случаев заболеваний (появление эффекта) в популяции, выявленных в течение определенного периода времени. Например - число случаев смерти (смертность) от новообразований на 1000 человек, занятых определенным видом деятельности, в возрасте от 45 до 54 лет за год (плотность случаев смертности). Иногда эту величину называют скоростью охвата популяции.

Распространенность анализируемого эффекта характеризует долю лиц с интересующим исследователя признаком (заболеванием) в определенной группе или выборочной совокупности лиц без учета того, когда признак (заболевание) у них появился. Например - количество лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями среди рабочих фабрики. Распространенность эффекта определяется не только заболеваемостью, но и продолжительностью болезни. Этот показатель ничего не говорит исследователю о потенциальном значении исследуемого фактора, как причины заболевания, до тех пор, пока не будут представлены данные о распространённости заболевания в аналогичной группе лиц, отличающихся тем, что на них изучаемый фактор не действовал (или не действует в момент исследования). Допустив известное упрощение (постоянство скорости развития заболевания в популяции; выживание заболевшего в течение длительного времени), можно постулировать, что распространенность эффекта прямо пропорциональна заболеваемости.

В эпидемиологических исследованиях часто используют производные характеристики заболеваемости и распространенности, позволяющие сравнивать получаемые результаты. Это относительный риск (коэффициент риска), атрибутивный риск, стандартизованная заболеваемость.

Относительный риск (ОР) - это отношение распространенности эффекта в группе лиц, контактировавших с "вредным" фактором, к распространенности в группе, не имевших такого контакта:

ОР = (Б_П/П)/(Б_НП/НП)

Б_П - число случаев заболевания среди подвергающихся воздействию фактора;

П - общее число обследованных лиц подвергающихся воздействию;

Б_НП - число случаев заболевания среди неподвергающихся воздействию фактора;

НП - общее число обследованных лиц неподвергающихся воздействию.

Величины (Б_П/П) и (Б_НП/НП) называют абсолютным риском заболевания. Поскольку показатели абсолютного риска в разных обследуемых группах чрезвычайно изменчивы, для верификации получаемых результатов необходимо иметь статистические характеристики их достоверности. Часто она осуществляется с помощью критерия ² для четырехпольной таблицы с одной степенью свободы:

² = (|ad-bc|-N/2)² N/[(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)],

где a и b - соответственно число заболевших и не заболевших в изучаемой группе, c и d - то же в контрольной группе, N - сумма a+b+c+d.

Если ² превышает критическое значение на выбранном уровне значимости ( ²_0,05 = 3,84; ²_0,01 = 6,63), то ОР признается значимым. При малых N (меньше 30 - 70), для оценки значимости различий, можно использовать иные методы оценки. В тех случаях, когда в силу естественного разброса данных доверительные интервалы велики, а величина относительного риска приближается к 1, сделать определенный вывод об усилении (уменьшении) риска для здоровья действующего фактора по результатам обследования не представляется возможным.

Атрибутивный риск (АР). Эту характеристику полезно использовать, когда выявляемый эффект (заболевание) может быть следствием действия не только изучаемого, но и иных факторов. В этом случае определяются: абсолютный риск заболевания в группе лиц, контактировавших с комплексом факторов, в том числе и изучаемым (Р_Ф); абсолютный риск заболевания в группе лиц, контактировавших с аналогичным комплексом факторов, за исключением изучаемого (Р_О). Атрибутивный риск (АР) рассчитывают по формуле:

АР = (Р_Ф - Р_О)/Р_Ф

или, используя величину относительного риска:

АР = (ОР - 1)/ОР

где ОР = Р_Ф/Р_О. Эта величина показывает, какая часть от общего числа заболеваний в обследуемой группе, обусловлена действием изучаемого фактора.

Стандартизованная заболеваемость (СЗ). Для сравнения результатов различных эпидемиологических исследований необходимо использовать упорядоченные величины. Исходные характеристики, получаемые в ходе обследований, могут быть использованы для сравнений лишь в том случае, если параметры сравниваемых групп, в которых оценивалось воздействие фактора, идентичны. Общим методом, с помощью которого характеристики одной или более групп сравнения упорядочиваются в форму статистических величин, является стандартизация.

СЗ равна числу случаев заболевания, выявленных в обследуемой группе лиц, контактировавших с "вредным" фактором, отнесенному к числу заболеваний, прогнозируемому в группе, с учетом числа обследуемых. Число прогнозируемых случаев заболевания рассчитывается исходя из уровня заболеваемости в контрольной группе населения. Это прогнозируемое число, таким образом, является чисто гипотетической величиной. Так, выявленное при обследовании число случаев смерти от рака мочевыделительных органов, среди 1413 рабочих, контактировавших со стекловолокном (период наблюдения 19 лет) равно 5. Прогнозируемое число случаев (с учетом частоты заболевания в контрольной группе и числа лиц обследованной группы) равно 2,4. Таким образом, стандартизованный показатель смертности в группе работающих со стекловолокном от рака мочевыделительных органов составил 2,077.

3. Замысел эпидемиологического исследования

3.1. Метод регистрации серии событий

Это самый простой, но и наименее эффективный тип эпидемиологического анализа. Он состоит в простой констатации (документально оформленной официальными службами контроля) факта появления в популяции заболевания вслед за воздействием некоего вредного фактора. Этот метод может оказаться полезным лишь в тех случаях, когда изучаемый фактор вызывает эффект, с очень высокой скоростью охвата популяции, либо когда оцениваемый эффект чрезвычайно редко встречается в контрольной популяции, или, наконец, когда хорошо известен механизм действия изучаемого фактора и появление эффекта в обследуемой популяции является ожидаемым событием. Например, центр контроля заболеваемости США смог предупредить врачей Нью-Йорка о появлении среди горожан синдрома приобретенного иммунодефицита, поскольку в городе были зарегистрированы случаи заболеваний, вызванных Pneumocystis carinii, ранее здесь вообще не встречавшиеся.

В тех случаях, когда наблюдаемый эффект является следствием действия нескольких факторов, выводы, построенные только на результатах исследования данным методом, могут быть ошибочными. Поэтому в большинстве случаев констатация факта появления в популяции некоего эффекта используется лишь как повод для формирования гипотезы, которая в дальнейшем проверяется другими методами эпидемиологического анализа.

3.2. Исследование типа "случай-контроль" (болезнь - контроль).

Исследования типа "случай-контроль" позволяют сравнительно надежно определять относительный риск, обусловленный действием вредного фактора. Они применимы при учете как остро протекающих, так и хронических токсических процессов с длительным латентным периодом.

В процессе исследования случайным образом формируются репрезентативные группы лиц, из числа имеющих (случай) и не имеющих (контроль) определенное (интересующее исследователя) заболевание. После этого в каждой из групп выявляют лиц, подвергавшихся (или подвергающихся в момент исследования) воздействию определенного химического агента.

При наличии реальной связи заболевания с действием вредного фактора среди группы "случаев" доля экспонированных лиц (например, принадлежащих к определенной профессиональной группе, или работавших с токсикантом, или питавшихся загрязненной пищей) оказывается выше, чем в контроле, что и оценивается количественно. Для этого по результатам обследования составляется таблица данных (таблица 1) и производятся необходимые вычисления.

Таблица 1. Вариант таблицы представления результатов исследования типа "случай-контроль"

Этиологический фактор (воздействие фактора)	Численность лиц в группах исследования	Всего
В группе лиц с заболеванием ("случаи")	В группе лиц без заболевания ("контроль")
Имеется	A	b	a+b
Отсутствует	c	d	c+d
Всего	a+c	b+d	N = a+b+c+d

Как указывалось ранее, величина относительного риска определяется отношением распространенности заболевания (токсического процесса) в экспонированной фактором группе лиц к распространенности среди не подвергавшихся воздействию. В случае представления результатов по форме предложенной на таблице величина относительного риска определяется по формуле:

ОР = a d / b c

где a,b,c,d - показатели, полученные в результате исследования по методу "случай-контроль" (Таблица 1.1). Если ОР > 1, то можно сделать заключение о наличии положительной корреляции между интересующим этиологическим фактором и конкретным заболеванием (эффектом).

В качестве примера можно привести данные одного из первых эпидемиологических исследований, посвященных оценке зависимости между развитием рака мочевого пузыря и курением сигарет (таблица 2).

Таблица 2. Распределение по признаку курения сигарет пациентами в группах: а) больных раком мочевого пузыря и б) не имеющих заболевания

Этиологический признак	Больные раком мочевого пузыря	Контрольные пациенты	Всего
Курящие сигареты
Некурящие
Всего

Величина относительного риска возникновения рака мочевого пузыря в связи с курением сигарет составляет:

ОР = (192·181)/(129·156) = 1,73

Тот факт, что ОР > 1, свидетельствует о наличии положительной корреляции между фактом развития рака мочевого пузыря и курением.

Проверка статистической значимости вывода осуществляется с помощью критерия ² (см. выше). Расчет показывает, что в условиях исследования ² = 11,5. Таким образом, найденное значение относительного риска достоверно с вероятностью более 99%, а это означает, что курение является одной из причин рака мочевого пузыря.

Важнейшим этапом исследования типа "случай-контроль" является подбор контрольных и опытных групп. Его проводят таким образом, чтобы максимально учесть действие дополнительных факторов и избежать влияния на результат "запутывающих" факторов. Исследование является, как правило, ретроспективным, причем, по определению, в группу обследованных попадают лишь те, у кого к моменту начала изучения уже развилась диагностируемая форма патологии. В этой связи метод не применим для оценки влияния существующих в реальном масштабе времени факторов окружающей среды на здоровье. Уязвимым местом исследования является процедура сбора информации о характере воздействия изучаемого фактора. Источники такой информации далеко не всегда являются вполне надежными (профессиональные карты, больничные листы и другие подобные документы). Нередко для выявления факта воздействия агента на обследуемого используют метод опроса, что, несомненно, снижает достоверность получаемых результатов. Другим недостатком метода является высокая вероятность недоучета дополнительных факторов, значимых для формирования оцениваемой патологии.

3.3. Метод когортных исследований

Когортное исследование основывается на результатах обследования группы лиц (когорты), находящихся (находившихся) в условиях воздействия некоего фактора, с целью установления частоты случаев развития у них ожидаемой патологии. Таким образом, этот метод применяется с целью выявления последствий для здоровья воздействия фактора, в отношении которого сформирована конкретная гипотеза (например: у лиц, контактирующих с бензолом в производственных условиях возможно развитие заболеваний крови). С целью решения задачи формируются когорты из числа лиц, не контактирующих и контактирующих с фактором (бензолом) в различных условиях, с последующей оценкой эффекта (наличие заболеваний крови). Когортные исследования могут быть как ретроспективными, так и проспективными. И в том и другом случаях в различных когортах определяют количество или уже имеющихся к моменту исследования, или вновь появляющихся, случаев заболевания (состояний) и затем сравнивают их друг с другом.