Загальні зауваження

Спектр проявів токсичного процесу визначаються будовою токсиканту. Однак вираженість ефекту, що розвивається, є функцією кількості діючого агента.
Для позначення кількості речовини, що діє на біологічний об'єкт використовують поняття - доза. Наприклад, введення в шлунок щура вагою 250 г і кролика вагою 2000 г токсиканту в кількості 500 мг означає, що тваринам введені дози рівні відповідно 2 і 0,25 мг/кг (докладніше поняття "доза" буде розглянуто нижче).
Залежність " доза-ефект " можна простежити всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до популяційного. При цьому в переважній більшості випадків реєструватиметься загальна закономірність: зі збільшенням дози - збільшується ступінь пошкодження системи; у процес залучається дедалі більше складових її елементів.
Залежно від діючої дози практично будь-яка речовина за певних умов може виявитися шкідливою для організму. Це справедливо для токсикантів, що діють як місцево (таблиця 1), і після резорбції у внутрішні середовища (таблиця 2).

Таблиця 1. Залежність між концентрацією формальдегіду у повітрі, що вдихається, і вираженістю токсичного процесу

(P.M. Misiak, J.N. Miceli, 1986)

Таблиця 2. Залежність між концентрацією етанолу в крові та вираженістю токсичного процесу

(T.G. Tong, D. Pharm, 1982)

На прояв залежності "доза-ефект" істотно впливає внутрішньо- і міжвидова мінливість організмів. Дійсно, особини, що належать до того самого виду, істотно відрізняються один від одного за біохімічними, фізіологічними, морфологічними характеристиками. Ці відмінності здебільшого обумовлені їх генетичними особливостями. Ще більш виражені, з тієї ж генетичних особливостей, міжвидові відмінності. У зв'язку з цим дози конкретної речовини, в яких вона викликає ушкодження організмів одного і того ж і, тим більше, різних видів, часом дуже суттєво різняться. Отже, залежність "доза-ефект" відбиває властивості як токсиканту, а й організму, який він діє. Насправді це означає, що кількісну оцінку токсичності, засновану на вивченні залежності "доза-ефект", слід проводити в експерименті на різних біологічних об'єктах, і обов'язково вдаватися до статистичних методів обробки даних, що отримуються.

Залежність "доза-ефект" на рівні окремих клітин та органів

2.1.Попередні зауваження

Найпростішим об'єктом, необхідним реєстрації біологічної дії токсиканту, є клітина. При вивченні механізмів токсичної дії це положення не рідко опускають, концентруючи увагу на оцінці характеристик взаємодії хімічної речовини з молекулами-мішенями (див. вище). Такий спрощенський підхід, виправданий на початкових етапах роботи, зовсім не допустимий при переході до вивчення основної закономірності токсикології – залежності "доза-ефект". На цьому етапі необхідно вивчити кількісні та якісні характеристики реакції всього ефекторного апарату біооб'єкта на дози токсиканту, що зростають, і зіставити їх із закономірностями дії ксенобіотика на молекулярному рівні.

2.2.Основні поняття

Рецепторна концепція дії токсикантів на клітину або орган передбачає, що в його основі лежить реакція речовини з певною біологічною структурою – рецептором (див. розділ "Механізм дії"). Найбільш глибоко ці уявлення розвивалися в ході досліджень на моделях взаємодії ксенобіотиків із селективними рецепторами ендогенних біорегуляторів (нейромедіаторів, гормонів та ін.). Саме в таких дослідах встановлені базові закономірності, що лежать в основі залежності "доза - ефект". Загальновизнано, що утворення комплексу речовини з рецептором підпорядковується закону діючих мас. Однак гіпотетичними досі залишаються уявлення, що дозволяють пов'язати кількісні та якісні характеристики цієї первинної реакції та вираженість ефекту з боку цілісної біологічної системи. Для подолання складнощів прийнято виділяти дві токсикометричні характеристики ксенобіотика:
1. Афінність – відображає ступінь спорідненості токсиканту до рецептора даного типу;
2. Ефективність – характеризує здатність речовин викликати певний ефект після взаємодії з рецептором. При цьому ксенобіотики, що імітують дію ендогенного біорегулятора, називають його агоністами. Речовини, що блокують дію агоністів, називаються антагоністами.

2.3.Афінність

Вимірювання афінності токсиканту до рецептора, по суті, є експериментальним вивченням залежності між кількістю речовини, що додається в інкубаційне середовище, і кількістю утворюється в результаті взаємодії токсикант-рецепторного комплексу. Звичайний методичний прийом – радіолігандні дослідження (див. вище).
З використанням закону діючих мас визначення афінності необхідно враховувати, що досліднику відомі кількісні характеристики змісту у середовищі лише з учасників процесу - токсиканту [P]. Кількість рецепторів [R] T , що беруть участь у реакції, завжди не відома. Існують методичні прийоми та припущення, що дозволяють у ході експерименту та на етапі аналізу обробки отриманих результатів подолати цю складність.

2.3.1.Опис взаємодії "токсикант-рецептор" відповідно до закону діючих мас

У найпростішому випадку для опису процесу утворення комплексу речовини та рецептора застосовують кінетичні характеристики реакції другого порядку.

Відповідно до закону чинних мас:

K D – константа дисоціації комплексу "токсикант-рецептор".
1/K D - константа асоціативного процесу, є мірою спорідненості токсиканту до рецептора.
Оскільки загальна кількість рецепторів в системі, що вивчається (культура клітин, ізольований орган і т.д.) є сума вільних [R] і вступили у взаємодію з речовиною рецепторів, то:

[R] T = + [R] (3)

З урахуванням рівнянь (2) та (3), маємо

/[R] T = y = [P]/([P] + K D) (4)

Ступінь насичення рецептора токсикантом "у" є відношення рецептора, що зв'язався з речовиною, до загальної кількості рецепторів. Оскільки кількість комплексу, що утворився, може бути визначено експериментально з'являється можливість розрахувати значення К D відповідно до рівняння (4). У графічному поданні залежність насичення рецептора від концентрації токсиканту в середовищі має вигляд гіперболи, що також може бути використане для визначення значення константи дисоціації.

2.3.2.Більш складні моделі взаємодії "токсикант-рецептор"

Експериментально одержувані криві зв'язування токсиканту на рецепторах не рідко крутіші або пологіші, ніж слід очікувати, виходячи із закону діючих мас. Іноді виявляються криві зі складною залежністю ступеня насичення токсикантом рецептора від його концентрації. Ці відхилення зазвичай пояснюють трьома обставинами:
1. Реакція між речовиною та рецептором не є бимолекулярною. В цьому випадку потрібна інша форма завдання залежності, ніж представлена ​​рівнянням (4):

Y = [P] n /([P] n + K D) (5)

Де n (константа Хіла) – формально відображає число молекул токсиканту, що беруть участь в утворенні одного комплексу "токсикант-рецептор".
2. Населення рецептора, з яким взаємодіє токсикант, гетерогенна. Так, якщо в біологічному об'єкті в рівних кількостях містяться два підтипи рецептора, що розрізняються в 3 рази величиною константи асоціації комплексу "токсикант-рецептор", то сумарне значення константи Хіла досліджуваної залежності дорівнює 0,94. При великих відмінностях значень констант асоціації інтегральна її величина ще більшою мірою відрізнятиметься від 1,0.
3. Певний вплив на процес утворення комплексу "токсікант-рецептор" мають такі явища, як зміна конформації рецептора, кооперативності його окремих субодиниць, різні алостеричні ефекти. Так, нерідко крива зв'язування токсиканту з рецептором має S-подібний вигляд. Це свідчить про взаємний вплив сусідніх ділянок зв'язування токсиканту з макромолекулою (наприклад, утворення комплексу з однією субодиницею рецептора призводить до зміни його спорідненості з іншими вільними субодиницями). Подібний ефект спостерігається щодо зв'язування ацетилхоліну препаратом тканинних мембран, що містять холінорецептор. Збільшення концентрації вільного [3Н]-ацетилхоліну в інкубаційному середовищі супроводжується зростанням афінності речовини до рецепторних протеїнів (рисунок 1). Місцевий анестетик прилокаїн при додаванні в інкубаційне середовище порушує явище кооперативності рецепторів і тим самим обмежує збільшення спорідненості до них ацетилхоліну. Про це свідчить зміна форми кривої залежності "зв'язування - концентрація токсиканту" та перетворення її з S-подібної на звичайну гіперболічну.

Малюнок 1. Вплив прилокаїну на процес зв'язування ацетилхоліну з холінорацептором (J.B. Cohen et al., 1974)

2.4.Ефективність

У численних дослідах показано, що між здатністю речовини утворювати комплекс з рецептором певного виду і вираженістю біологічного ефекту, що формується при цьому (наприклад, скорочення гладком'язових волокон стінки кишечника, зміна серцевого ритму, виділення секрету залізою і т.д.) далеко не завжди простежується пряма залежність . Для опису результатів експериментальних досліджень, у яких ця залежність вивчалася, запропоновано низку теорій.
Як зазначалося раніше, всі токсиканти, що взаємодіють з рецептором умовно можуть бути поділені на агоністи та антагоністи. У цьому нижче, при позначенні концентрації токсиканту серед, використовуватимуться відповідно символи: [А] - концентрація агоніста; [В] – концентрація антагоніста.

2.4.1.Окупаційні теорії

Найперша із запропонованих теорій належала Кларку (1926), який припустив, що вираженість ефекту, що спостерігається, лінійно пов'язана з кількістю рецепторів, окупованих токсикантом (/[R]).
Як випливає з рівняння (4)

/[R] T = [A]/([A] + K A) = E A /EM (6)

Де Е А – вираженість ефекту від дії агоніста у застосованій концентрації;
Е М - максимально можливий ефект із боку досліджуваної біологічної системи;
К А - константа дисоціації комплексу "агоніст-рецептор".
Відповідно до теорії Кларка 50% вираженості ефект розвивається за такої дози агоніста, за якої окуповано 50% рецепторів ([А] 50). Ця доза речовини називається середньоефективною (ОД 50).
Аналогічно, відповідно до закону дії мас, з рецептором взаємодіє і антагоніст, не викликаючи при цьому ефекту

До В = [В][R]/[ВR] (8)

Де К В – константа дисоціації комплексу "рецептор-антагоніст".
Якщо агоніст та антагоніст діють на рецептор одночасно, то, природно, кількість рецепторів, здатних зв'язатися з агоністом, знижується. Загальна кількість рецепторів у біооб'єкті може бути позначена як

[R] T = [R] + + (9)

Відповідно до аналізованої теорією токсикант може бути або агоністом, або антагоністом. Однак результати численних досліджень вказують на те, що подібна класифікація речовин виявляється недостатньою для опису ефектів, що спостерігаються. Так встановлено, що максимальний ефект, що викликається різними агоністами, що діють на одну і ту ж рецепторну систему, не однаковий.
Для подолання цього протиріччя Стефенсоном (1956) було запропоновано три припущення:
- максимальний ефект може бути викликаний агоністом навіть у тому випадку, якщо окуповано лише незначну частину рецепторів;
- ефект, що розвивається, не лінійно пов'язаний з кількістю окупованих рецепторів;
- Токсиканти мають неоднакову ефективність (відносну збуджуючу активність), тобто. здатністю викликати ефект, взаємодіючи із рецептором. Отже, речовини з різною ефективністю для того, щоб викликати однаковий ефект, повинні окупувати різну кількість рецепторів.
Відповідно до цих уявлень сила ефекту залежить не тільки від числа зайнятих рецепторів, а й від величини якогось стимулу "S", що формується при утворенні комплексу "токсікант-рецептор":

Е А /Е М = (S) = (e/[R] T) = (ey A) (10)

Де е – безрозмірна величина, що характеризує ефективність агоніста. По Стефенсон - це міра здатності токсиканту викликати ефект, при утворенні комплексу з рецептором. Кількісно Стефенсон визначив е = 1, за умови, що максимальний ефект від дії речовини на біосистему становить 50% від теоретично можливої ​​реакції реакції цієї біосистеми на збудливий стимул.
Фурхготт (1964) припустив, що значення "е" прямо залежить від загальної концентрації рецепторів у біологічній системі [R] Т, і ввів додаткове поняття "внутрішня ефективність" речовини (), величина якої обернено пропорційна концентрації рецепторів у системі

Е/[R] Т (11)

Як випливає з рівняння (10)

Е А /Е М = ([R] Т у А) (12)

Підстановка виразу (6) рівняння (12) призводить до

Е А /Е М = (е [А] / ([А] + К)) (13)

Якщо концентрація готових до взаємодії з агоністом рецепторів зменшується в q разів (при незворотній блокаді антагоністом рецепторів), то реальна ефективність досліджуваної речовини стає рівною qе, тоді рівняння (13) набуває вигляду

Е А * / Е М * = (qe / (+ K)) (14)

Ця закономірність графічно представлена ​​малюнку 2.

Рисунок 2. Дія гістаміну на препарат тонкої кишки морської свинки в умовах зростаючої блокади рецепторів дибенаміном (ОД 50 = 0,24мкМ; К А = 10мкМ; е = 21) (R.F. Furchgott, 1966)

Ще одна концепція, що дозволяє описати залежність між діючою концентрацією речовини і вираженістю ефекту, що розвивається, запропонована Арієнсом (1954). Автор пропонує характеризувати досліджувану речовину величиною, що позначається як "внутрішня активність" (Е)

(Е) = Е А.MAX /EM (15)

Оскільки теоретично можливий максимальний ефект можна визначити в експерименті лише при використанні сильного агоніста, значення Е для більшості речовин лежить в інтервалі 0< Е <1. Для полного агониста Е = 1, Е антагониста равна 0.
Таким чином, максимально можливий біологічний ефект може розвинутись при окупації токсикантом частини рецепторів. У цьому випадку незворотне зв'язування деякої кількості рецепторів повинно призводити лише до зміщення кривої "доза-ефект" вправо, без зниження величини максимального ефекту. Тільки за переході певної межі зв'язування рецепторів з антагоністом починає знижуватися і величина максимального ефекту.
Зазвичай у ході досліджень залежності "доза-ефект" з позицій окупаційних теорій для характеристики токсикантів визначають такі параметри:
1. К А - константу асоціації комплексу "агоніст-рецептор" (рК А = -lgК А). Так як значення цієї величини часто оцінюють непрямим методом (тобто не за кількістю утвореного комплексу "токсикант-рецептор", а за величиною ефекту, що розвинувся при додаванні в середу певної кількості токсиканту) на підставі концепції "стимулів", краще говорити про "здається" константі асоціації.
2. ЄС 50 або ОД 50 - такі концентрації або дози токсиканту, при дії яких формується реакція у відповідь біологічного об'єкта рівна за інтенсивністю 50% від максимально можливої ​​(рД 2 = -lgЕД 50).
3. До - константу дисоціації комплексу "рецептор-антагоніст". Сила дії конкурентного антагоніста може бути виражена лише за допомогою одного параметра – спорідненості до рецептора. Цей параметр оцінюється при обов'язковому внесенні до інкубаційного середовища агоніста.

2.4.2.Теорія "швидкості взаємодії"

Для пояснення даних, що виявляються в процесі вивчення залежності "доза-ефект", які не можуть бути зрозумілі з позицій окупаційної теорії, Петон (1961) було запропоновано теорію "швидкості взаємодії".
Петон припустив, що вираженість реакції біологічної системи на дію речовини визначається не тільки числом окупованих ним рецепторів, але і швидкістю, з якою речовина вступає у взаємодію з рецептором, а потім від'єднується від нього. Автором було використано таке порівняння: рецептор, це не клавіша органу, на яку чим довше натискаєш, тим довше витягуєш звук, але це клавіша фортепіано - тут звук витягується в момент удару, а потім, навіть якщо довго тримаєш натиснутою клавішу, звук все одно згасає .
Відповідно до теорії Петона, сильні агоністи - це речовини, що швидко окупують і швидко залишають рецептор; антагоністи - це речовини, які на довго зв'язують рецептор.

2.4.3.Теорії конформаційних змін рецептора

Для багатьох речовин крива "доза-ефект" суттєво відхиляється від гіперболічної функціональної залежності. Коефіцієнт Хіла цих кривих не дорівнює 1 (див. вище). Як уже зазначалося, ці особливості, а також S-подібний характер кривих "доза-ефект" іноді можуть пояснюватися явищем кооперативної взаємодії рецепторних білків. Показано також, що численні хімічні модифікатори рецепторів (наприклад дитіотреітол - відновник сульфгідрильних груп), незворотні блокатори холінорецепторів (наприклад -галогеналкиламіни), інші антихолінергічні препарати (атропін), конкурентні міорелаксанти, місцеві анестетики та багато інших речовин. для агоністів, перетворюючи її з S-подібної на гіперболічну.

Для пояснення цих та інших феноменів, що важко інтерпретуються з позицій окупаційних теорій (сенсибілізація та десенсибілізація рецепторів при дії агоністів), Катцем і Теслефом ще в 1957 році, на прикладі вивчення дії міорелаксантів, була висунута циклічна (конформаційна) модель взаємодії.
В основі моделі лежить уявлення, згідно з яким як рецептор [R], так і комплекс "токсикант-рецептор" можуть перебувати в активному (RA, RP A) і неактивному стані (RI, RP I). Схематично це представлено малюнку 3.

Малюнок 3. Схема взаємодії токсиканту з рецептором відповідно до моделі Катца - Теслефа.

Ця модель дозволяє пояснити дію на рецептор агоністів та конкурентних антагоністів.
Агоніст, наприклад ацетилхолін, взаємодіє з R A , оскільки має більш високу спорідненість до R A ніж до R I при цьому утворюється комплекс RP A . Рівновага між RP A і RP I зсунуто у бік RP A , оскільки R I має низьку спорідненість до агоніста, а комплекс RP I дисоціює з утворенням вільного R I . Розвиток ефекту формується на етапі конформаційного перетворення RP A RP I . Інтенсивність стимулу, що виникає в біологічній системі, залежить від кількості таких перетворень на одиницю часу. Конкурентні антагоністи, наприклад, d-тубокурарин, мають більшу спорідненість з R A і знижують ефект агоніста, виключаючи частину рецепторів з процесу взаємодії з останнім.
Грунтуючись на цій моделі, практично неможливо експериментально визначити значення відповідних констант перетворень або внутрішню активність агоністів. Тому до теперішнього часу в експерименті, як і раніше, широко використовують окупаційні моделі.

Залежність "доза-ефект" на рівні організму

3.1.Попередні зауваження

Біологічними системами, щодо яких у токсикології вивчається залежність "доза-ефект", є тканини, органи, цілісний організм. Чутливість різних органів та систем організму до токсиканту не однакова. Саме тому цей етап досліджень необхідний розгорнутої характеристики токсичності досліджуваного речовини.
Вивчення ізольованих органів у штучних умовах, що моделюють природне середовище, мають велике значення для з'ясування механізмів взаємодії токсиканту та організму. Описані вище теорії рецепторної дії токсикантів сформульовані переважно на основі даних, отриманих у дослідах саме на ізольованих органах. Не дивно, що й нині дослідження цих об'єктах займають важливе місце у токсикології.

3.2.Крива "доза-ефект"

У загальному вигляді можна припустити, що крива "доза-ефект" агоніста в напівлогарифмічних координатах (логарифм дози - вираженість ефекту) приймає S-подібну форму незалежно від цілого ряду якісних і кількісних особливостей функції, що оцінюється. Метод, за допомогою якого вивчається залежність, чи поступове додавання токсиканту в інкубат, чи одноразова дія речовини на біооб'єкт у зростаючих концентраціях, не мають істотного впливу на результат, якщо ефект не оцінюється в абсолютних значеннях, а виражається у відсотках від максимально можливого ( 100%). Застосування відносних величин доцільно хоча б тому, що будь-який біологічний препарат, при ретельному приготуванні, унікальний у всіх своїх властивостях, у тому числі і за чутливістю до хімічних речовин. Крім того, під час експерименту реакційна здатність препарату падає. Ці обставини передбачають обов'язкову стандартизацію об'єкта перед дослідженням. Графічне подання кривої "доза-ефект" токсиканту Р у порівнянні з кривою для якоїсь стандартної речовини дає всю необхідну інформацію про дію Р, включаючи його токсикометричні характеристики.
Оскільки безпосереднє порівняння кривих, одержуваних під час експерименту, здійснювати технічно складно, частіше порівнюють найважливіші параметри кривих.

3.2.1.Середньоефективна доза (ОД 50)

p align="justify"> Основним параметром залежності "доза-ефект" для певного токсиканту та біологічного об'єкта є величина середньоефективної дози (ОД 50), тобто. така доза речовини, при дії якої на об'єкт розвивається ефект, що дорівнює 50% максимально можливого. Працюючи на ізольованих органах зазвичай використовують величину ЄС 50 (середньоефективна концентрація речовини у пробі). Ефективні дози зазвичай вимірюють одиницях маси токсиканту на одиницю маси біологічного об'єкта (наприклад, мг/кг); ефективні концентрації - в одиницях маси токсиканту на одиницю об'єму середовища (наприклад, г/літр; М/літр). Замість величини ОД 50 іноді використовують негативний логарифм: -log ED 50 = pD 2 (таблиця 3).

Таблиця 3. Величини рД 2 для деяких токсикантів, отриманих в експерименті на ізольованому органі (ефект, що оцінюється - скорочення м'язових волокон препарату) (J.M. Van Rossumm, 1966)

3.2.2.Відносна активність

Іншим параметром залежності "доза-ефект" є відносна активність токсиканту, величина, що визначається як відношення ефекту, що викликається токсикантом у даній дозі, до максимально можливого ефекту, що розвивається при дії на біосистему. Ця характеристика визначається, як зазначалося вище, величиною внутрішньої активності речовини (Е).
У вузькому значенні слова це поняття описує феномен відмінності властивостей агоністів, з урахуванням чітко окреслених уявлень про механізм їхньої токсичної дії. Однак в даний час його не рідко трактують у розширеному сенсі, як показник порівняння активності речовин, що мають певні властивості, без урахування механізмів, за допомогою яких вони ініціюють ефект, що спостерігається. На малюнку 4 представлені криві "доза-ефект" серії речовин, що відрізняються значенням величин Е і, відповідно, ОД 50, що діють парасимпатичний відділ вегетативної нервової системи.

Рисунок Криві "доза-ефект" серії парасимпатоміметиків (0< Е < 1,0), полученные на препарате изолированной тонкой кишки крысы. (J.M. Van Rossumm, 1966)

3.3.Біологічна мінливість

Вже вказувалося, що на тому самому біологічному об'єкті можна поставити обмежену кількість токсикологічних експериментів (у найпростіших випадках - ввести тваринному дозу речовини; додати в інкубаційне середовище, що містить ізольований орган, речовина в зростаючій концентрації і т.д.). Пошук залежності "доза-ефект" для одного, і більше кількох токсикантів вимагає постановки безлічі експериментів, що передбачає використання великої кількості біологічних об'єктів. У цьому дослідник стикається з явищем біологічної мінливості. Навіть при ретельному відборі зустрічаються об'єкти як надзвичайно чутливі, так і малочутливі до дії хімічних речовин, що призводить до відомої варіабельності одержуваних результатів. Необхідно мати на увазі, що спосіб обліку цього феномену в ході аналізу експериментальних даних часто впливає на підсумкові значення досліджуваних характеристик токсикантів.
В основі обліку феномена біологічної мінливості лежить метод усереднення отриманих даних. При встановленні величини ОД 50 виявляється байдужим проведено усереднення доз, що викликають однаковий ефект на декількох біооб'єктах, або значень ефектів, отриманих при дії певних доз токсиканту (рисунок 5). Якщо ж поставлене завдання отримати результуючу криву "доза-ефект", то усередненню підлягають лише дози, що викликають з боку біооб'єкта ефекти певної виразності. При іншому підході (усереднення ефектів) спостерігається суттєве зниження крутості підсумкової кривої "доза-ефект" порівняно з вихідними даними.

Малюнок 5. Побудова усередненої кривої доза ефект з використанням даних, отриманих на декількох біопрепаратах з різною чутливістю до досліджуваного токсиканту. Використання методу усереднення доз, що викликають однакові ефекти (А), дає правильний результат. Метод усереднення ефектів (В) призводить до "сплощеної" результуючої кривої.

3.4.Спільна дія кількох токсикантів на біооб'єкт

При спільній дії на біооб'єкт агоністів та антагоністів можливі різні модифікації залежності "доза-ефект" (не пов'язані з різними хімічними та фізико-хімічними взаємодіями ксенобіотиків). Найчастіше реєструються такі зміни як:
- Паралельний зсув кривої "доза-ефект";
- Зниження максимальних значень кривої "доза-ефект";
- Паралельний зсув з одночасним зниженням максимальних значень.
В даний час для пояснення ефектів, що спостерігаються, найчастіше застосовують уявлення окупаційної теорії взаємодії "токсикант-рецептор".

3.4.1.Паралельний зсув кривої "доза-ефект"

Головне та найчастіше використовуване пояснення паралельного зсуву кривої "доза-ефект" для речовини (А) при одночасному впливі на біопрепарат (внесення в інкубаційне середовище) речовини (В) з внутрішньою активністю Е = 0, базується на припущенні, що (В) є Конкурентним антагоністом (А).
При порівнянні на основі окупаційної теорії рівноефективних концентрацій агоніста у відсутності ([А]) та при додаванні антагоніста ([А*]) у певній концентрації [В], маємо

[А*]/[А] = 1 + [В]/К (16)

Оскільки координати, в яких реєструються ефекти, і спостерігається паралельний зсув, напівлогарифмічні, при логарифмуванні обох частин рівняння (16) маємо

Log - log[A] = log(1 + [B]/KB) = S (17)

LogK B = log(/[A] - 1) - log[B] (18)

З рівняння (17) видно, що величина кривої зсуву (S) залежить тільки від концентрації [В] і величини константи дисоціації комплексу антагоніст-рецептор К В (рисунок 6). Співвідношення між величиною стимулу, що викликається агоністом, та ефектом з боку біосистеми не відіграє жодної ролі. Часто для характеристики спорідненості антагоніста до рецептора використовують величину рА2 = -logК.
З рівнянь (16) і (17) випливає, що рА 2 чисельно дорівнює негативному десятковому логарифму концентрації конкурентного антагоніста, при якій необхідно подвоїти вміст у середовищі агоніста щоб отримати ефект, що реєструється без антагоніста.

Рисунок Теоретичні криві доза-ефект для агоніста за відсутності (А) та наявності (А*) в інкубаційному середовищі антагоніста у певній концентрації [В]. У наведеному прикладі зсув S дорівнює 13 і визначається як S = log - log [A]. Виходячи з того, що S = log(1 + [B]/K D), К може бути визначено експериментально.

3.4.2.Зниження максимальних значень кривої "доза-ефект"

У ряді випадків при вивченні залежності "доза-ефект" для агоніста (А *) у присутності антагоніста виявляється, що максимальний ефект, що спостерігається, істотно слабше, ніж спостерігався від дії тієї ж речовини у відсутності антагоніста (А). Це зниження максимального ефекту, яке можна оцінити у відсотках, з позиції окупаційної теорії трактується так.
Неконкурентний антагоніст (В*) реагує з рецептором (R*) біосистеми, що не є рецептором R для агоніста (А), при цьому утворення комплексу призводить до зниження ефективності комплексу знижується. Це призводить до певного зниження внутрішньої активності Е агоніста, що залежить від [В *].
Зниження максимальних значень кривої "доза-ефект" можна пояснити і незворотним пригніченням рецептора для агоніста конкурентним антагоністом (В).
Для кількісної характеристики активності неконкурентного антагоніста використовують величину негативного логарифму константи дисоціації комплексу антагоніст-рецептор

LogK B* = pD* 2

Для розрахунку цієї величини необхідно експериментально визначити максимально можливе зниження ефекту агоніста в присутності концентрації, що насичує, антагоніста (Е АВ*М). Тоді

PD* 2 = -log - log[(Е АВ*М - Е А)/(Е АВ* - Е А) - 1] (21)

З урахуванням (21) рD2 можна розглядати як негативний логарифм концентрації неконкурентного антагоніста, при якій ефект агоніста знижується на половину максимально досяжного рівня. В цьому випадку (Е АВ*М - Е А)/(Е АВ* - Е А) = 2. Зазвичай для спрощення розрахунків замість ефекту Е А ​​використовують максимальні ефекти, що розвиваються при дії А в різних умовах: Е АМ, Е АМВ, Е АМВМ.
Якщо за допомогою неконкурентного антагоніста можна повністю заблокувати ефект агоніста, то величину рD*2 можна розрахувати за більш простою формулою

PD* 2 = -log + log(E A /E AB* -1) (22)

3.4.3.Паралельний зсув із одночасним зниженням максимальних значень

На практиці надзвичайно рідко доводиться стикатися з речовинами (антагоністами), що викликають або паралельний зсув, або тільки зниження максимальних значень кривої "доза-ефект" для агоніста. Як правило, виявляються обидва ефекти. У цьому ставати зрозумілим, що розподіл багатьох ксенобіотиків на групи конкурентних і неконкурентних антагоністів низки рецепторів має багато в чому механістичний характер. Проте й у разі є необхідність кількісної характеристики дії речовини.
рD 2 розраховується відповідно до рівняння (22), яке замість значень ефектів Е А і Е АВ підставляють значення Е АМ і Е АМВ (рисунок 7).

Теоретичні криві залежності відносної ефективності агоніста [А] від його концентрації в присутності в інкубаційному середовищі антагоніста [В]. Для розрахунку величини рД 2 слід використовувати відношення умовно рівноефективних доз [А] і [А *] після визначення відповідних Е АМ і Е АМВ * . Розрахунок здійснюється відповідно до рівняння (23), після підтвердження факту, що неконкурентний антагоніст є повним.

3.5.Визначення уявних констант дисоціації комплексу "агоніст-рецептор"

У той час, як прямий зв'язок між значеннями величин рА 2 і рD* 2 антагоністів з одного боку і констант дисоціації комплексу антагоніст-рецептор з іншого визнається хоча б теоретично, зв'язок між рD 2 і А агоніста такий, в строгому сенсі не є, оскільки між етапом утворення комплексу "агоніст-рецептор" та етапом формування ефекту лежить ланцюг проміжних ланок біохімічних та фізіологічних реакцій, як правило, далеко не вивчених (див. вище). З цього випливає, що безпосередньо визначити спорідненість токсиканту до рецептора (тобто величину константи дисоціації комплексу "токсикант-рецептор") виходячи із залежності "доза-ефект", що вибудовується в процесі експерименту, неможливо. Для подолання цієї складності пропонується визначати величину уявної константи дисоціації. Класичним є метод із використанням незворотного конкурентного антагоніста.
У 1956 році Nickerson встановив, що алкілуючі сполуки типу галогеналкіламінів, наприклад дибенамін і феноксибензамін, можуть вступати в незворотну взаємодію з рецепторами різних типів. Зв'язуються рецептори до ацетилхоліну, гістаміну, серотоніну, -адренорецепторів. Вивчаючи спільну взаємодію інгібіторів та агоністів з біопрепаратами, вдалося:
- встановити специфічний характер дії галогеналкіламінів на агоніст-зв'язуючу ділянку рецепторів;
- уточнити класифікацію рецепторів відповідно до їх спорідненості до ендогенних агоністів.
Furchgott запропонував метод, заснований на порівнянні еквіефективних доз агоніста, що діє на інтактний біопрепарат і препарат, попередньо оброблений інгібітором рецепторів (зменшення [R] T на величину q[R] T).
Ефект, пов'язаний з дією агоніста до блокади рецепторів, описується рівнянням (13), після блокади - рівнянням (14). Одинаковий за вираженістю ефект у цих умовах розвивається при однаковій величині стимулу S. Якщо S = S*, то Е А /Е М = Е А * /Е М * і тоді, комбінуючи рівняння 13 і 14, отримуємо

1/[A] = 1/q 1/[A] + (1-q)/qK A (23)

Вибудовуючи залежність у координатах 1/[А] та 1/[А*] отримуємо пряму з кутом нахилу 1/q та відрізок на осі 1/[А], рівний (1-q)/qK A . Для практичного визначення К А можна використовувати вираз

K A = (нахил - 1)/відрізок

Процес підготовки даних представлений малюнку 8:

Малюнок Визначення величини константи дисоціації агоністів, що здається, на мускариночутливий рецептор поздовжнього м'яза тонкої кишки морської свинки.
а). Крива залежності доза-ефект ацетилхоліну для інтактного препарату (q = 1), та препарату, обробленого протягом 20 хвилин фенокісбензаміном (5мкМ) (q = 0,1624).
б). Побудова графіка співвідношення рівноефективних доз для інтактного та обробленого препарату в координатах 1/[А] та 1/[А*] призводить до прямої, на основі якої (а також рівняння 23) можна обчислити значення константи дисоціації.

Залежність "доза-ефект" у групі

4.1.Залежність "доза-ефект" для одного токсиканту

При вивченні залежності "доза-ефект" у групі, що складається з великої кількості особин, можна виходити з уявлень, розвинених щодо залежності на рівні окремого організму. Додатковим фактором, що впливає на результат, є індивідуальна мінливість.
Однак хоча реакція окремих людей або тварин у групі на токсикант не однакова, у міру збільшення діючої дози, проте, буде збільшуватися і вираженість ефекту і кількість індивідів (особей), у яких розвивається ефект, що оцінюється. Наприклад, якщо на шкіру піддослідних аплікувати речовину, що викликає подразнення (ірритант), то в міру збільшення кількості токсиканту, що наноситься, будуть відзначатися: - збільшення числа піддослідних, у яких розвинеться реакція подразнення; - Збільшиться вираженість явища роздратування у піддослідних. З цього випливає, що величини, що отримуються в ході роботи, повинні визначатися з урахуванням статистичних закономірностей.
При вивченні дії токсиканту на організм слід розрізняти ефекти, вираженість яких градуально залежить від діючої дози (наприклад, зниження артеріального тиску) та ефекти типу "все або нічого" (упав/вижив). При цьому слід враховувати, що ефекти першого типу можна практично завжди перетворити на форму, придатну для оцінки ефектів другого типу. Для визначення залежності "доза-ефект" у групі зазвичай вдаються до двох типів побудови експерименту:
- З утворенням підгруп досліджуваних тварин;
- Без утворення підгруп.

4.1.1.Аналіз залежності "доза-ефект" методом формування підгруп

Найбільш поширений спосіб визначення залежності "доза-ефект" у групі полягає у формуванні у цій групі підгруп. Тваринам, що входять до підгрупи, токсикант вводять в однаковій дозі, а в кожній наступній підгрупі доза збільшується. Формування підгруп має здійснюватися шляхом випадкових вибірок. Зі збільшенням дози збільшуватиметься частина тварин у кожній з підгруп, у яких розвинувся ефект, що оцінюється. Залежність, що отримується при цьому, можна представити у вигляді кумулятивної кривої частот розподілу, де кількість тварин з позитивною реакцією на токсикант (частина загальної кількості тварин у підгрупі) є функцією дози (рис. 9).

Типова крива доза - ефект для групи тварин, симетрична щодо середньої точки (50% відповідь). Основні значення групи відповіді на токсикант зосереджені навколо середнього значення.

У більшості випадків графік є S-подібною кривою log-нормального розподілу, симетричною щодо середньої точки. Можна виділити ряд важливих характеристик цієї кривої, які доцільно враховувати при інтерпретації результатів, що отримуються.
Центральна точка кривої (значення 50% відповіді) або середня ефективна доза (ОД 50) – зручний спосіб характеристики токсичності речовини. Якщо ефект, що оцінюється, - летальність тварин у групі, ця точка позначається, як середньосмертельна доза (див. нижче). Ця величина є найбільш точною кількісною характеристикою токсичності, оскільки значення 95% інтервалу довірчого тут мінімальні.
Чутливість більшості тварин у популяції близька до середнього значення. Інтервал доз, що включає основну частину кривої навколо центральної точки, іноді позначається як "потенція" препарату.
Невелика частина популяції в лівій частині кривої "доза ефект" реагує на малі дози токсиканту. Це група надчутливих чи гіперреактивних особин. Інша частина популяції у правій частині кривої реагує лише на величезні дози токсиканту. Це малочутливі, гіпореактивні чи резистентні особини.
Нахил кривої "доза-ефект", особливо поблизу середнього значення, характеризує розкид доз, що викликають ефект. Ця величина вказує, наскільки великою буде зміна реакції популяції на дію токсиканту зі зміною діючої дози. Крутий нахил свідчить про те, що більшість популяції буде реагувати на токсикант приблизно однаково у вузькому діапазоні доз, тоді як пологий нахил свідчить про істотні відмінності у чутливості особин до токсиканту.
Форма кривої та її екстремальні точки залежать від цілого ряду зовнішніх і внутрішніх факторів, таких як стан механізмів репарації ушкоджень, оборотність ефектів, що викликаються і т.д. Так, токсичний процес може не розвиватися до тих пір, поки не вичерпаються механізми захисту організму від діючого токсиканту, не настане насичення процесів біохімічної детоксикації. Так само насичення процесів утворення токсичних метаболітів з вихідного ксенобіотика може стати причиною виходу кривої "доза-ефект" на плато.
Важливим варіантом кривої "доза ефект" є залежність, що простежується в генетично гетерогенній групі. Так, у популяції з надзвичайно високою кількістю особин, у яких генетично закріплена підвищена чутливість до токсиканту, можна зареєструвати у лівій частині кривої відхилення від типової S-подібної форми (Рис. 10).

доза

Малюнок 10.Варіант кумулятивної кривої "доза-ефект" з вираженим гіперреактивним компонентом

Крива "доза-ефект" часто перетворюється на лінійну залежність шляхом її побудови в координатах log - пробитий (доза токсиканту представляється в логарифмах, вираженість реакції у відповідь - в пробітах). Це перетворення дозволяє досліднику піддати результати математичного аналізу (наприклад, розрахувати довірчий інтервал, крутість нахилу кривої тощо) (рис. 11).

Малюнок 11.Перетворення експериментальних даних визначення залежності "ДОЗА – ЕФЕКТ": а) залежність "ЕФЕКТ – ДОЗА"; б) залежність "ЕФЕКТ - log ДОЗИ"; в) залежність "ПРОБІТ ЕФЕКТУ - log ДОЗИ".

Методом формування підгруп можна визначити залежність вираженості ефекту, що оцінюється (наприклад, ступінь падіння артеріального тиску, зниження рухової активності і т.д.) від діючої дози токсикант. У цьому випадку, на основі отриманих даних визначають середню величину ефекту, що розвинувся в підгрупі досліджуваних на речовину у веденій дозі, і визначають довірчий інтервал показника в кожній точці. Потім будують графік залежності величини ефекту від введеної дози шляхом знаходження апроксимаційної кривої через "хмару" точок (рисунок 12).

Малюнок 12.Крива "доза-ефект" для оцінки знерухомлювальної дії нейролептика пімозиду при внутрішньочеревному введенні щурам. Кожна точка на графіку отримана шляхом реєстрації ефектів, отриманих у 10 – 20 тварин.

4.1.2.Аналіз залежності "доза-ефект" без формування підгруп

При вивченні дії речовин, що швидко розподіляються, але повільно виводяться з організму, можна забезпечити їх поступове внутрішньовенне введення лабораторній тварині, до настання цілком визначеного за вираженістю токсичного ефекту (наприклад, зниження частоти дихання на 40%). Таким чином, з'являється можливість кожного окремого організму визначити дозу речовини, що викликає бажаний ефект. Дослідження проводиться на досить великій групі тварин. Якщо побудувати графік залежності числа тварин, які мають ефект розвинувся від величини використаних доз, то отримаємо вже відому S-подібну криву, аналіз якої здійснюється за загальним правилам.

4.1.3.Залежність "доза-ефект" за показником летальність

4.1.3.1.Загальні уявлення

Оскільки смертельний результат після дії токсиканту - альтернативна реакція, що реалізується за принципом "все або нічого", цей ефект вважають найбільш зручним для визначення токсичності речовин, його використовують для визначення середньосмертельної величини дози (ЛД 50).
Визначення гострої токсичності за показником "летальність" проводиться методом формування підгруп (див. вище). Введення токсиканту здійснюється одним із можливих способів (ентерально, парентерально) при контрольованих умовах. При цьому необхідно враховувати, що спосіб введення речовини істотно позначається на величині токсичності (таблиця 4).

Таблиця 4. Вплив способу введення на токсичність зарину та атропіну для лабораторних тварин

Використовуються тварини однієї статі, віку, ваги, що містяться на певній дієті, за необхідних умов розміщення, температури, вологості тощо. Дослідження повторюють на кількох видах лабораторних тварин. Після введення тестованої хімічної сполуки проводять спостереження, визначаючи кількість загиблих тварин, як правило, за період 14 діб. У разі нанесення речовини на шкіру, необхідно реєструвати час контакту, а також обумовлювати умови аплікації (із замкнутого або відкритого простору здійснювався вплив). Очевидно, що ступінь ураження шкіри та вираженість резорбтивної дії є функцією як кількості нанесеного матеріалу, так і тривалості його контакту зі шкірою. При всіх, крім інгаляційного, способах впливу експозиційна доза зазвичай виражається як маса (або обсяг) речовини, що тестується на одиницю маси тіла (мг/кг; мл/кг).
Для інгаляційного впливу експозиційна доза виражається як кількість речовини, що тестується, присутнього в одиниці об'єму повітря: мг/м 3 або частини на мільйон (ppm - parts per million). При цьому способі впливу дуже важливо враховувати час експозиції. Чим триваліший вплив, тим вища експозиційна доза, вищий потенціал несприятливої ​​дії. Отримана інформація про залежність "доза-ефект" для різних концентрацій речовини у повітрі, що вдихається, повинна бути отримана при однаковому часі експозиції. Експеримент може бути побудований інакше, а саме різні групи експериментальних тварин інгалюють речовину в однаковій концентрації, але протягом різного часу.
Для приблизної оцінки токсичності інгаляційно діючих речовин, що одночасно враховує і концентрацію токсиканту та час його експозиції, прийнято використовувати величину "токсодозу", що розраховується за формулою, запропонованою Габером на початку століття:

W = C t де

W - токсодоза (мг хв/м 3)
С - концентрація токсиканту (мг/м3)
t - час експозиції (хв)

Передбачається, що при нетривалій інгаляції речовин однаковий ефект (загибель лабораторних тварин) буде досягатися як при короткій експозиції високих доз, так і тривалому впливі речовин у менших концентраціях, при цьому добуток часу на концентрацію речовини залишається незмінним. Найчастіше визначення токсодоз речовин, вдавалися для характеристики бойових отруйних речовин. Величини токсичності деяких ОВ представлені таблиці 5.

Таблиця 5. Токсодози отруйних речовин (при інгаляційному впливі)

(M. Kruger, 1991)

Крива "доза-летальність" як правило, аналогічна формою кривої розподілу кумулятивної частоти ефекту для інших залежностей "доза-ефект" (див. вище). Для цілей порівняння одержуваних даних та статистичної їх обробки криву перетворять на форму лінійної залежності, використовуючи систему координат "log D - пробитий".
Токсичність за показником "летальність", як правило, встановлюється за певним рівнем загибелі тварин у групі. Найчастіше як контрольний рівень використовується 50% загибель тварин, оскільки це відповідає медіані кривої розподілу дози, навколо якої симетрично концентрується більшість позитивних реакцій у відповідь (див. вище). Ця величина і отримала назву – середньолітальна доза (концентрація). За визначенням речовина, діючи у цій дозі, спричиняє загибель половини популяції тварин.
Концепція визначення ЛД 50 речовин була вперше сформульована Trevan у 1927 році. З цього моменту починається становлення токсикології як справжньої науки, яка оперує кількісними характеристиками досліджуваної властивості (величина токсичності).
В якості інших рівнів смертності, що підлягають визначенню, можуть бути обрані величини ЛД 5 ЛД 95 які відповідно до законів статистики близькі відповідно до порога і максимуму токсичної дії і є межами дозового інтервалу, в рамках якого, в основному, і реалізується ефект.
З етичних та економічних міркувань у досвід визначення ЛД 50 намагаються брати мінімальну кількість лабораторних тварин. У зв'язку з цим визначення шуканої величини завжди пов'язане з фактором невизначеності. Ця невизначеність враховується шляхом знаходження 95% довірчого інтервалу величини, що визначається. Дози, які у цей інтервал, є середньосмертельними лише з ймовірністю менше 5%. Довірчий інтервал величини ЛД 50 значно менше, ніж довірчі інтервали доз інших рівнів летальності, що є додатковим аргументом на користь цієї характеристики параметрів гострої токсичності.
Як уже зазначалося важливою характеристикою будь-якої кривої "доза-ефект" є її крутість. Так, якщо дві речовини мають статистично не помітні значення величин ЛД 50 і однакову крутість кривої токсичності "доза-ефект" (тобто статистично не помітні величини значень відповідно до ЛД 16 і ЛД 84), вони, за показником летальність - еквітоксичні в широкому діапазон доз (речовини А і В на рис. 13). Однак речовини, що мають близькі значення величин ЛД 50 але різну крутість кривої токсичності істотно відрізняються за своїми токсичними властивостями (речовина З на рис. 13).

Малюнок 13.Залежності "доза-ефект" токсикантів з близькими значеннями величин ЛД 50 але різною крутістю нахилу

Речовини з пологою залежністю "доза-ефект" становлять велику небезпеку для осіб з вираженою гіперчутливістю до токсикантів. Речовини з високою крутістю залежності більш небезпечні для населення, оскільки навіть несуттєве збільшення доза порівняно з мінімально діючої призводить до розвитку ефекту у більшості популяції.

4.1.3.2.Визначення безпечних доз дії токсикантів

У ряді випадків виникає необхідність кількісно визначити величину максимальної недіючої (безпечної) дози токсикантів.
Методику вирішення цього завдання запропоновано Годдам. Дослідження будується на встановленні залежності "доза-ефект" у групі тварин. Бажано, щоб ефект, що оцінюється, був досить чутливим і оцінювався не в альтернативній формі (наприклад зниження активності ензиму, підйом артеріального тиску, уповільнення росту, порушення кровотворення і т.д.). Графік залежності будується у координатах "логарифм дози - вираженість ефекту". Аналіз кривої дозволяє оцінити низку показників. Оскільки крива, як правило, має S-подібну форму, вичленюють ділянку, в межах якої залежність має лінійний характер. Визначають крутість прямої (b). Пороговий ефект (y S) визначають за формулою: y S = tS, де t - коефіцієнт Стьюдента, що визначається за відповідними таблицями; S - величина стандартного відхилення, що визначається з даних опту. Порогова доза (DS) - це така доза, діючи в якій речовина викликає пороговий ефект. Для безпечної дози (DI) маємо

Log D I = log D S - 6(S/b)

Приклад на малюнку 14

Екотоксикометрія – розділ екотоксикології, у межах якого розглядаються методичні прийоми, що дозволяють оцінити (перспективно чи ретроспективно) екотоксичність ксенобіотиків.

Усі види класичних кількісних токсикологічних досліджень повною мірою використовуються визначення екотоксичності ксенобіотиків.

Гостра токсичність екополютантів визначається експериментально на кількох видах, які є представниками різних рівнів трофічної організації в екосистемі (водорості, рослини, безхребетні, риби, птиці, ссавці). Агентство захисту навколишнього середовища США вимагає щодо критеріїв якості води, що містить якийсь токсикант, визначення його токсичності, принаймні, на 8 різних видах прісноводних і морських організмів (16 тестів).

Неодноразово робилися спроби ранжувати види живих істот щодо їхньої чутливості до ксенобіотиків. Однак для різних токсикантів співвідношення чутливості до них живих істот по-різному. Понад те, використання у екотоксикології «стандартних видів» представників певних рівнів екологічної організації визначення екотоксичності ксенобіотиків з наукової погляду некоректно, оскільки чутливість тварин, навіть близьких видів, часом відрізняється дуже істотно.

Залежність доза-ефект (епідеміологічний підхід).Спектри проявів токсичного процесу визначаються будовою токсиканту. Однак вираженість ефекту, що розвивається, є функцією кількості діючого агента. Як шкідливий агент можуть розглядатися токсичні речовини, біологічні субстанції, проникаюча радіація та інші фактори, що пошкоджують. Як ефекти можуть враховуватися найрізноманітніші ознаки. Наприклад, летальний кінець, вихід показника за межі біологічної норми тощо. Для позначення кількості речовини, що діє на біологічний об'єкт використовують поняття – доза (доза, що впливає). Вигляд ушкоджуючого агента і шлях надходження дози, що впливає, можуть бути найрізноманітнішими. Дозу, що впливає, можна безпосередньо виміряти за допомогою технічних засобів і виразити у відповідних одиницях (мг/кг, мг/м 3 , грей, кл/кг і т.д.). Наприклад, введення в шлунок щура вагою 250 г і кролика вагою 2000 г токсиканту в кількості 500 мг означає, що тваринам введені дози, рівні відповідно 2 і 0,25 мг/кг. Доза, що впливає, має нормальний розподіл.та характеризується середнім значенням та дисперсією, обумовленою похибкою її вимірювання. Залежність «доза-ефект» можна простежити всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до популяційного. При цьому в переважній більшості випадків реєструватиметься загальна закономірність: зі збільшенням дози – збільшується ступінь пошкодження системи; у процес залучається дедалі більше складових її елементів.Залежно від діючої дози практично будь-яка речовина за певних умов може виявитися шкідливою для організму.

На прояв залежності «доза-ефект» істотно впливає внутрішньо- і міжвидова мінливість організмів. Дійсно, особини, що належать до того самого виду, істотно відрізняються один від одного за біохімічними, фізіологічними, морфологічними характеристиками. Ці відмінності здебільшого обумовлені їх генетичними особливостями. Ще більш виражені, з тієї ж генетичних особливостей, міжвидові відмінності. У зв'язку з цим дози конкретної речовини, в яких вона викликає ушкодження організмів одного і того ж і, тим більше, різних видів, часом дуже суттєво різняться. Отже, залежність «доза-ефект» відбиває властивості як токсиканту, а й організму, який він діє. Насправді це означає, що кількісну оцінку токсичності, засновану на вивченні залежності «доза-ефект», слід проводити в експерименті на різних біологічних об'єктах і обов'язково вдаватися до статистичних методів обробки даних, що отримуються.

Не слід плутати співвідношення «доза-ефект» із залежністю «доза-реакція», остання визначає ступінь зміни обраного показника порівняно з нормою. Реакція може вимірюватись або в абсолютних одиницях, або у відносних (відсотки).

При встановленні будь-якого критичного рівня показника норми (контролю) та обчисленні частоти його перевищення в експериментальній вибірці залежність «доза-реакція» перетворюється на залежність «доза-ефект» або функцію ефективності за заданою ознакою. Функція ефективності складається із сукупності точок. Кожна точка формується через існування у тест-об'єктів індивідуальних особливостей (індивідуальної чутливості), що зрештою призводить або до появи реєструється ознаки, або його відсутності при вплив заданої дози досліджуваного фактора.

Найбільш поширений спосіб визначення залежності «доза-ефект» у групі полягає у формуванні у цій групі підгруп. Тваринам, що входять до підгрупи, токсикант вводять у однаковій дозі, а кожній наступній підгрупі доза збільшується. Формування підгруп має здійснюватися шляхом випадкових вибірок. Зі збільшенням дози збільшуватиметься частина тварин у кожній з підгруп, у яких розвинувся ефект, що оцінюється. Отриману при цьому залежність можна подати у вигляді кумулятивної кривої частот розподілу, де кількість тварин з позитивною реакцією на токсикант (частина загальної кількості тварин у підгрупі) є функцією дози (рис. 2).

Мал. 2. Типова крива доза-ефект для групи тварин,
симетрична щодо середньої точки (50% відповідь). Основні
значення відповіді групи на токсикант зосереджено навколо
середнього значення

У більшості випадків графік є S-подібною кривою log-нормального розподілу, симетричною щодо середньої точки. Можна виділити ряд важливих характеристик цієї кривої, які доцільно враховувати при інтерпретації результатів.

1. Центральна точка кривої (значення 50% відповіді) або середня ефективна доза(ОД 50) являє собою розрахункову статистичну величину, яка також має нормальний розподіл та характеризується середнім значенням та дисперсією. Ефективна доза розраховується за значеннями ймовірностей ефекту, і її дисперсія включає як похибку дози, що впливала, так і похибка ефекту. Ефективна доза у кожній точці функції позначається певною категорією, що відповідає ймовірності ефекту. Якщо оцінюваний ефект – летальність тварин групи, ця точка позначається як среднесмертельная доза. Багато ефективних доз власне і становлять функцію ефективності.

2. Чутливість більшості тварин у популяції близька до середнього значення. Інтервал доз, що включає основну частину кривої навколо центральної точки, іноді позначається як потенція препарату.

3. Невелика частина популяції в лівій частині кривої «доза ефект» реагує на малі дози токсиканту. Це група надчутливих чи гіперреактивних особин. Інша частина популяції у правій частині кривої реагує лише на величезні дози токсиканту. Це малочутливі, гіпореактивні чи резистентні особини.

4. Нахил кривої "доза-ефект", особливо поблизу середнього значення, характеризує розкид доз, що викликають ефект. Ця величина вказує, наскільки великою буде зміна реакції популяції на дію токсиканту зі зміною діючої дози. Крутий нахил свідчить про те, що більшість популяції буде реагувати на токсикант приблизно однаково у вузькому діапазоні доз, тоді як пологий нахил свідчить про істотні відмінності у чутливості особин до токсиканту.

Форма кривої та її екстремальні точки залежать від цілого ряду зовнішніх і внутрішніх факторів, таких як стан механізмів репарації ушкоджень, оборотність ефектів, що викликаються і т.д. Так, токсичний процес може не розвиватися доти, доки не вичерпаються механізми захисту організму від чинного токсиканту, не настане насичення процесів біохімічної детоксикації. Так само насичення процесів утворення токсичних метаболітів з вихідного ксенобіотика може стати причиною виходу кривої «доза-ефект» на плато.

Традиційно в токсикології склалося природне переконання в тому, що при збільшенні дози отрути ймовірність появи очікуваного ефекту має зростати, наближаючись до одиниці. Саме так і проявляється на живих організмах токсична дія абсолютної більшості шкідливих речовин та отрут. З цього приводу щеA.Albert (1958) зауважив (По: С.В. Криштопенко та ін., 2001): «Хіба хтось повинен очікувати зменшення токсичного ефекту будь-якої біологічно активної субстанції у міру того, як концентрація підвищується? Проте на кількох прикладах виявляється, де це відбувається». У певних діапазонах випробування доз залежність «доза-ефект» набуває нелінійного вигляду і не піддається математичному аналізу з допомогою традиційних методів.

За даними, наведеними у роботі М.Г. Домшлаг (1998), за результатами екологічних досліджень встановлена ​​нелінійна (бімодальна, інвертована,V-подібна, що включає відрізки з суперлінійністю, сублінійністю та лінійністю) залежність «концентрація (доза) – ефект» при впливі хімічних мутагенів, токсичних сполук та низькоінтенсивного опромінення (С.В. Криштопенко та ін., 2001).

Таке явище отримало в токсикології назву «парадоксальної токсичності». Вважається, що його походження обумовлено одночасною реалізацією різних механізмів токсичності та проявами захисних реакцій організму (наприклад, детоксикація.шкідливих речовин). У цьому сенсі нічого незвичайного (парадоксального) у токсодинаміці таких агентів немає. В окремих випадках невідомі механізми реалізації цих ефектів. Під самим терміном «парадоксальна токсичність» слід розуміти явище зменшення ймовірності прояву ознаки, що реєструється (ефекту) в експериментальній вибірці тест-об'єктів при послідовному збільшенні доз шкідливих агентів.

Термін "парадоксальна токсичність" застосовується для характеристики токсикантів. У цьому випадку, якщо як реєстрована ознака використовуються інші показники, то залежність «доза-ефект» визначається загальним терміном «парадоксальна ефективність».

Парадоксальна функція ефективності є окремим випадком залежності «доза-ефект». У двовимірній системі координат вона в кожній точці відображає ймовірність появи ознаки, що реєструється при впливі випробуваної дози. На осі абсцис фіксуються випробувані дози, але в осі ординат – ймовірності (частоти) ефектів після впливу цих доз. Ознака враховується в альтернативній формі (1 – є прояв ознаки, 0 – немає прояву ознаки) з використанням термінів «частота» та «ймовірність» ефекту.

Частота ефекту- це відносна величина, виражена в частках одиниці або у відсотках і знайдена експериментально шляхом відношення числа тест-об'єктів, у яких виявилася вказана ознака, до загального числа тест-об'єктів в експериментальній групі.

Ймовірністю ефектуназивається прогнозована відносна величина, обчислена за допомогою статистичних методів і також виражена у відносних одиницях або у відсотках. Наприклад, для перекладу значень частот ефектів величини ймовірностей застосовується формула Ван-ден-Вердена:

P = n+1/N+2,

деn– кількість об'єктів у вибраній групі,

N– загальна кількість об'єктів у дослідженій вибірці тварин.

Кількісне значення частоти ефекту характеризує ймовірність народження в експериментальній вибірці тест-об'єктів індивідуумів з вираженою чутливістю до заданої дози досліджуваного агента. Саме у цієї категорії тест-об'єктів і реєструються задані ознаки. При збільшенні дози співвідношення чутливих тест-об'єктів вже у нових експериментальних вибірках можуть змінюватися, що причиною формування виду функції ефективності. При рівномірному збільшенні кількості чутливих тест-об'єктів із зростанням доз формується лінійна функція ефективності. В іншому випадку вид функції ефективності може бути найрізноманітнішим, у тому числі й спадним при зростанні доз, тобто парадоксальному.

У сучасній токсикометрії проблема оцінки феномена парадоксальної токсичності полягає в тому, що до цього часу не розроблено адекватної математичної моделі, на основі якої було б можливо здійснювати планування експерименту та обробку отриманих даних, що доводять наявність або відсутність парадоксальних ефектів. Класичні методи побудови функції ефективності та визначення категорій ефективних доз непридатні, якщо функція ефективності відрізняється від функції нормального розподілу.

Залежність доза-ефект за показником летальність.Оскільки смертельний результат після дії токсиканту – альтернативна реакція, що реалізується за принципом «все чи нічого», цей ефект вважають найбільш зручним для визначення токсичності речовин, його використовують для визначення величини середньосмертельної дози (ЛД 5 0 (LD 50)). Середня смертельна доза (або концентраціяLC 50) – кількість отрути, що викликає загибель 50% стандартної групи піддослідних тварин за певного терміну наступного спостереження.

Визначення гострої токсичності за показником "летальність" проводиться методом формування підгруп. Введення токсиканту здійснюється одним із можливих способів (наприклад, для щурів, мишей – ентерально, парентерально) за контрольованих умов.

При цьому необхідно враховувати, що спосіб введення речовини істотно позначається на величині токсичності (табл. 3).

Таблиця 3

Вплив способу введення на токсичність зарину та атропіну
для лабораторних тварин (С.А. Куценко, 2002)

Використовуються тварини однієї статі, віку, ваги, що містяться на певній дієті, за необхідних умов розміщення, температури, вологості тощо. Дослідження повторюють на кількох видах лабораторних тварин. Після введення тестованої хімічної сполуки проводять спостереження, визначаючи кількість загиблих тварин, як правило, за 14 діб.

Крива «доза-летальність», як правило, аналогічна формою кривої розподілу кумулятивної частоти ефекту для інших залежностей «доза-ефект». Для цілей порівняння даних і статистичної їх обробки криву перетворять у форму лінійної залежності.

Токсичність за показником "летальність", як правило, встановлюється за певним рівнем загибелі тварин у групі. Найбільш часто як контрольний рівень використовується 50% загибель тварин, так як це відповідає медіані кривої розподілу дози, навколо якої симетрично концентрується більшість позитивних реакцій у відповідь.

Концепція визначення ЛД 50 речовин була вперше сформульована Trevan у 1927 році. З цього моменту починається становлення токсикології як справжньої науки, яка оперує кількісними характеристиками досліджуваної властивості (величина токсичності). В якості інших рівнів смертності, що підлягають визначенню, можуть бути обрані величини ЛД 5 ЛД 95 які відповідно до законів статистики близькі відповідно до порога і максимуму токсичної дії і є межами дозового інтервалу, в рамках якого, в основному, і реалізується ефект.

Як уже зазначалося, важливою характеристикою будь-якої кривої «доза-ефект» є її крутість. Так, якщо дві речовини мають статистично нерозрізні значення величин ЛД 50 і однакову крутість кривої токсичності «доза-ефект» (тобто статистично нерозрізні величини значень відповідно ЛД 16 і ЛД 84), вони за показником летальність еквітоксичні в широкому діапазоні доз (речовини А та В на рис. Однак речовини, що мають близькі значення величин ЛД 50 але різну крутість кривої токсичності, істотно відрізняються за своїми токсичними властивостями (речовина З на рис. 3).

Мал.. Залежність «доза-ефект» токсикантів з близькими значеннями
величин ЛД 50 але різною крутістю нахилу

Крім летальних доз в екотоксикометрії також виділяють граничні дози:

РСt 10 – при інгаляційному отруєнні;

PD 10 (ПД 10) – при інших видах впливу,

де індекс вказує поява ознак отруєння.

За визначенням, поріг шкідливої ​​дії (Harmful effect threshold) -мінімальна концентрація (доза) речовини в об'єкті довкілля, при впливі якої в організмі (за конкретних умов надходження речовини та стандартної статистичної групи тварин) виникають зміни, що виходять за межі фізіологічних пристосувальних реакцій, або прихована (тимчасово компенсована) патологія. Поріг одноразової дії позначається символом Lim(ac), поріг хронічної дії символом Lim(ch).

При оцінці екотоксичності необхідно враховувати, що хоча практично всі речовини можуть викликати гострі токсичні ефекти, хронічна токсичність виявляється далеко не у кожної сполуки. Непрямою величиною, що вказує на ступінь небезпеки речовини при її хронічній дії, є співвідношення концентрацій, що викликають гострі та хронічні ефекти. Якщо це співвідношення менше 10 речовина розглядається як малонебезпечне при хронічному впливі.

При оцінці хронічної екотоксичності речовини необхідно враховувати такі обставини:

1. Визначення коефіцієнта небезпеки є лише першим кроком визначення екотоксичного потенціалу речовини. У разі лабораторії порогові концентрації хронічного дії токсикантів визначають, оцінюючи показники летальності, зростання, репродуктивних здібностей групи. Вивчення інших наслідків хронічної дії речовин часом може призвести до інших числових характеристик.

2. Дослідження токсичності проводять на тваринах, придатних для утримання в умовах лабораторії. Отримані при цьому результати не можна розглядати як абсолютні. Токсиканти можуть викликати хронічні ефекти в одних видів і не викликати в інших.

3. Взаємодія токсиканту з біотичними та абіотичними елементами навколишнього середовища може суттєво позначитися на його токсичності у природних умовах.

Популяційний характер залежності «доза-ефект» (По: В. С. Безель та ін, 1994).Екологічна токсикологія оперує обов'язковим надорганізмовим рангом показників.

У популяції повинна існувати певна критична чисельність особин, нижче за яку її існування в природних умовах неможливе. Цій критичній ситуації відповідає певний відсоток «уражених особин».

Проблема оцінки діапазону діючих доз для біологічних систем різного рангу складна і пов'язана з поняттям норма.

Теорія норми стосовно біологічних систем розроблена нині недостатньо.

У процесі еволюційного розвитку в рослинних і тваринних організмів закріплена здатність адекватно реагувати на зміни довкілля, що викликаються зміною природно-кліматичних факторів. До впливу антропогенних чинників, включаючи техногенне забруднення, біологічні системи різного рангу еволюційно готові. Їхня реакція на техногенний процес носить неспецифічний характер у рамках традиційних, еволюційно закріплених механізмів компенсації. Лише в цьому випадку адаптаційні здібності можуть бути перевищені і параметри, що характеризують функціонування біологічних систем, можуть вийти за межі допустимого.

Найбільш характерним показником норми біологічних систем є здатність таким чином змінювати свої функціональні параметри в умовах існування, щоб змінювати систему в умовах оптимуму. Інакше висловлюючись, норма цілого – це норма взаємодії його елементів у процесі адаптації системи до умов існування.

Населення як системи взаємозалежних особин вже з вихідної різноякісності її окремих еколого-функціональних угруповань характеризується різноманітністю їхньої відповіді будь-яке зовнішнє вплив. Існує своєрідний резерв спадково закріпленої внутрішньовидової мінливості, який, з одного боку, проявляється у широкому спектрі окремих субпопуляційних угруповань на техногенне забруднення середовища, з іншого – зумовлений наявністю специфічних популяційних механізмів компенсації несприятливих змін структури та функції популяції, спричинених забрудненням. Цей резерв є необхідною компонентою норми реакції населення на техногенне забруднення середовища.

У зв'язку з викладеним популяційний характер залежності «доза-ефект» має враховувати такі обставини.

1.Кількісна оцінка «дози» передбачає облік міри токсичного впливу, що відбиває непросто середні рівні токсичних речовин у об'єктах довкілля, а специфіку популяції як гетерогенного об'єкта, елементи якого відчувають токсичний вплив різної інтенсивності. Наприклад, це може бути загальний зміст або потік токсикантів, підрозділений окремі компоненти, відповідні структурі популяції.

2. Аналогічним чином оцінка ефекту повинна включати деякі інтегральні показники стану популяції, які безпосередньо контролюють стабільність її структури та функції. Наприклад, показники плодючості чи плодоношення, виживання, продуктивності, займаної площі чи чисельності тощо.

3.При оцінці ефектів надорганізмного рівня необхідно виходити з первинних проявів токсичності на молекулярному, тканинному, клітинному та організмовому рівнях.

4.Велика, ніж інших систем, роль чинників довкілля у реалізації ефектів популяційного рівня. Наприклад, вплив рН середовища при впливі забруднення на угруповання водних організмів.

Аналіз великого фактичного матеріалу переконує, що прояви токсичності при впливі практично всіх техногенних забруднювачів однозначно корелюють з накопиченням цих речовин в окремих компонентах біоти.

Таким чином, техногенні речовини, що забруднюють природні екосистеми, включаються до біологічного кругообігу за рахунок життєдіяльності популяцій рослин і тварин. При цьому популяції, будучи системами взаємопов'язаних гетеротрофних угруповань особин, модифікують ці потоки відповідно до їх еколого-функціональної специфіки, визначаючи тим самим різнорідність рівнів токсикантів, що накопичуються, і відповідних реакцій на вплив.

Наприклад, ми відловили всіх тварин одного виду на деякій забрудненій ділянці. Рівні забруднюючих речовин у цих тварин можуть суттєво відрізнятися. Подібні відмінності обумовлені кількома причинами.

Насамперед, це можуть бути відмінності в інтенсивності обмінних процесів в окремих особин або їх приналежність до різних еколого-функціональних угруповань у популяції (статевозрілі та нестатевозрілі особини, сеголетки і перезимували тощо). Можлива присутність у вибірці тварин, які мігрують із менш забруднених ділянок.

У будь-якому випадку поряд з більшістю тварин, які характеризуються деякими середніми рівнями забруднювачів, завжди будуть присутні у вибірці особи з максимальними та мінімальними вмістами токсикантів.

Природно, що міра токсичного впливу, те, що розуміється як доза, не може характеризуватись деякими середніми значеннями вмісту токсичних елементів у біоті. Такий захід повинен відображати мінливість обмінних процесів окремих організмів, що призводять до варіабельності рівнів токсикантів, що накопичуються ними, в однорідних угрупованнях, а також враховувати різноякісність за цим показником окремих субпопуляційних груп.

Розподіл рівнів токсичних елементів серед тварин у вибірці може бути математично виражено одним із законів статистичного розподілу.

Як популяційний захід токсичного впливу слід розглядати деяку інтегральну функцію ƒ( x), що описує статистичний розподіл вмісту токсичних елементів в організмах, що становлять популяцію або певну популяційну вибірку (спектр концентрацій) Тутx– вміст речовини у внутрішніх середовищах організму (наприклад, концентрація важких металів у крові). Введений показник є характеристикою популяції. З одного боку, він відображає специфіку накопичення токсичних речовин на організмовому рівні, її зумовленість індивідуальною генетико-функціональною мінливістю метаболічних процесів та енергетичних потреб організмів, що належать однорідним популяційним угрупованням. З іншого боку, цей показник не є простою сумою рівнів забрудненості.

Змінювані умови існування природних популяцій, включаючи вплив техногенного забруднення, прямо відбиваються на різноманітті чи кількості окремих еколого-функціональних груп (сезонних, просторових, статевих, вікових тощо.). Це визначає внесок кожної внутрішньопопуляційної групи у загальний розподіл рівнів токсичних елементів у популяціях і дозволяє розглядати такі розподіли як міру токсичного впливу.

Статистичне розподіл концентрацій токсичних речовин у тканинах чи організмах загалом несиметрично (не може бути описано законом нормального розподілу). В екологічній токсикології як аргументацію залежності «доза-ефект» слід розглядати спектр концентрацій токсичних речовин у популяційній вибірці, що описується логнормальним законом розподілу.

Перехід до популяційної форми залежності «доза-ефект» передбачає розгляд функції «розподіл вмісту токсичних елементів в організмах, що становлять популяцію», – частка у ній «уражених» особин.

Складність початку аналізу дозових залежностей екологічних систем надорганізменного рівня пов'язані з практичної нереалізованістю активних експериментів з дозованими навантаженнями на природні біогеоценози. Інша проблема пов'язана з невизначеністю дози токсичного навантаження в реальній ситуації. Викиди реальних джерел забруднення, як правило, багатокомпонентні, і не вдається виділити один або два провідні токсиканти. Нарешті, третя складність аналізу залежностей «доза-ефект» лише на рівні екосистем пов'язані з значно більшої просторово-часової варіабельністю параметрів проти іншими рівнями організації. Вона визначається як природною мозаїчністю екологічних чинників, і просторової неоднорідністю розподілу дози токсичного навантаження.

Крива доза-ефект

Криві доза-ефект для лігандів з різною активністю, що згенеровані відповідно до рівняння Хілла. Повний і частковий агоніст мають різні величини ED 50 Е max і коефіцієнта Хілла (визначає нахил кривої).

Крива доза-ефект(Або концентрація-ефект) описує зміна впливу деякого ліганду на біологічний об'єкт в залежності від концентрації цього ліганду. Така крива може будуватися як для індивідуальних клітин або організмів (коли невеликі дози або концентрації викликають слабкий ефект, а великі - сильний: градуйована крива) або популяцій (у такому випадку підраховують, у якого відсотка особин певна концентрація або доза ліганду викликає ефект: корпускулярна крива ).

Вивчення залежності доза-ефект та побудова відповідних моделей є основним елементом для визначення інтервалу терапевтичних та безпечних доз та/або концентрацій ліків чи інших хімічних речовин, з якими стикається людина чи інший біологічний об'єкт.

Основними параметрами, які визначаються при побудові моделей, є максимальний можливий ефект (Е max) та доза (концентрація), що викликає напівмаксимальний ефект (ED 50 та EC 50 відповідно).

При проведенні такого типу досліджень треба мати на увазі, що форма залежності доза-ефект зазвичай залежить від часу експонування біологічного об'єкта до дії досліджуваної речовини (інгаляція, прийом з їжею, потрапляння на шкіру тощо), тому кількісна оцінка ефекту в У разі різного часу експонування та різних шляхів попадання ліганду в організм найчастіше призводить до різних результатів. Таким чином, в експериментальному дослідженні ці параметри мають бути уніфікованими.

Властивості кривої

Крива доза-ефект - це двовимірний графік, що показує залежність реакції біологічного об'єкта від величини стрес-фактора (концентрація токсичної речовини або забруднювача, температура, інтенсивність опромінення тощо). Під «реакцією» дослідник може пам'ятати фізіологічний чи біохімічний процес, і навіть рівень смертності; отже, одиницями виміру може бути кількість особин (у разі смертності), упорядковані описові категорії (наприклад, ступінь ушкоджень), чи фізичні чи хімічні одиниці (величина кров'яного тиску, активність ферменту) . Зазвичай у клінічному дослідженні вивчаються кілька ефектів різних організаційних рівнях об'єкта дослідження (клітинний, тканинний, організмовий, популяційний).

При побудові кривої доза дослідженої речовини або її концентрація (зазвичай у міліграмах або грамах на кілограм маси тіла, або міліграмах на кубічний метр повітря при інгаляційному внесенні) зазвичай відкладається по осі абсцис, а величина ефекту - по осі ординат. У деяких випадках (зазвичай при великому проміжку доз між мінімальним ефектом можна зареєструвати і максимальним можливим ефектом) на осі ординат використовується логарифмічна шкала (такий варіант побудови ще називають «напівлогарифмічні координати»). Найчастіше крива доза-ефект має сигмоїдну форму і описується рівнянням Хілла, що особливо наочно проявляється у напівлогарифмічних координатах.

Статистичний аналіз кривої зазвичай виконується методами статистичної регресії, таким як пробіт-аналіз, логіт-аналіз або методом Спірмена-Кербера. При цьому моделям, в яких використовується нелінійна апроксимація, зазвичай віддають перевагу порівнянню з лінійними або лінеаризованими, навіть якщо емпірична залежність виглядає лінійною на дослідженому інтервалі: це робиться виходячи з того, що в абсолютній більшості залежностей доза-ефект механізми розвитку ефекту є нелінійними, експериментальних даних може виглядати лінійним за деяких специфічних обставин та/або деяких інтервалів доз.

Також досить частим прийомом аналізу кривої доза-ефект є її апроксимація рівнянням Хілла визначення ступеня кооперативності ефекту.

Примітки

Wikimedia Foundation.

2010 .

Дивитись що таке "Крива доза-ефект" в інших словниках:«Доза-ефект» крива

- * «доза ефект» крива * dose effect curve графічна крива, що показує взаємозв'язок при впливі радіації між біологічним ефектом та дозою опромінення.«Доза-відповідь» крива - * «доза відповідь» крива * dose response curve в радіобіології графічна крива, що відображає лінійну залежність логарифмапоказника виживання від дози опромінення (див. «Доза ефект» крива. Мішені теорія. Множинних подій крива) …

Генетика. Енциклопедичний словник

Малюнок 1. Молекулярна структура АМРА рецептора, вбудованого в клітинну мембрану, та зв'язування з ним ліганду АМРА рецептор (рецептор α аміно 3 гідрокси 5 метил 4 ізоксазолпропіонової кислоти, AMPAR … Вікіпедія

Типова сигмоїдна крива "концентрація ефект". Концентрація ліганду відкладена горизонтальною осі, відношення зареєстрованого ефекту до максимально можливого вертикальної. Значення EC50 збігається з точкою перегину кривої. EC50… … Вікіпедія

також: Алкогольне сп'яніння Сюди перенаправляється запит «Отруєння алкоголем». На цю тему потрібна окрема стаття. Етанол речовина, що поєднує в собі властивості природного метаболіту організму людини (у малих концентраціях), ... ВікіпедіяСВІТЛОЛІКУВАННЯ

- (Фототерапія, від грец. phos, photos світло і therapeia догляд, лікування). Сучасне С. базується на знайомстві з так зв. хім. дією світла. Насамперед вивченню було піддано дію сьета на бактерії. У 1877 р. Дауне і Блент (Downes, …- ШЛУНОК. (Gaster, Ventriculus), розширений відділ кишечника, що має завдяки наявності спеціальних залоз значення особливо важливого травного органу. Ясно диференційовані «шлунки» багатьох безхребетних, особливо членистоногих і… Велика медична енциклопедія

МАЛЯРІЯ- МАЛЯРІЯ, від італійського malaria зіпсоване повітря, перемежна, переміжна, болотяна лихоманка (malaria, febris intermittens, франц. paludisme). Під цією назвою об'єднується група близьких родинних б ней, що близько стоять один до одного, … Велика медична енциклопедія

Ревматизм гострий- РЕВМАТИЗМ ГОСТРИЙ. Зміст: Географічне поширення та статистика. 460 Етіологія та патогенез............... 470 Патологічна анатомія............... 478 Симптоми та перебіг......... ....... 484 Прогноз....................... 515 Діагноз … Велика медична енциклопедія

Cisordinol Зуклопентиксол антипсихотичний засіб (антипсихотик), похідне тіоксантену. Зміст … Вікіпедія

Залежність «доза-ефект» можна простежити всіх рівнях організації живої матерії: від молекулярного до популяційного. При цьому в переважній більшості випадків реєструватиметься загальна закономірність: зі збільшенням дози - збільшується ступінь пошкодження системи; у процес залучається дедалі більше складових її елементів.

Залежно від діючої дози практично будь-яка речовина за певних умов може виявитися шкідливою для організму. Це справедливо для токсикантів, що діють як місцево (таблиця 8.1), і після резорбції у внутрішні середовища (таблиця 8.2).

Таблиця 8.1

Залежність між концентрацією формальдегіду у повітрі, що вдихається, і вираженістю токсичного процесу ((P.M. Misiak, J.N. Miceli, 1986))

Таблиця 8.2

Залежність між концентрацією етанолу в крові та вираженістю токсичного процесу ((T.G. Tong, D. Pharm, 1982))

На прояв залежності «доза-ефект» істотно впливає внутрішньо- і міжвидова мінливість організмів. Дійсно, особини, що належать до того самого виду, істотно відрізняються один від одного за біохімічними, фізіологічними, морфологічними характеристиками. Ці відмінності здебільшого обумовлені їх генетичними особливостями. Ще більш виражені, з тієї ж генетичних особливостей, міжвидові відмінності. У зв'язку з цим дози конкретної речовини, в яких вона викликає ушкодження організмів одного і того ж і, тим більше, різних видів, часом дуже суттєво різняться. Отже, залежність «доза-ефект» відбиває властивості як токсиканту, а й організму, який він діє. Насправді це означає, що кількісну оцінку токсичності, засновану на вивченні залежності «доза-ефект», слід проводити в експерименті на різних біологічних об'єктах, і обов'язково вдаватися до статистичних методів обробки даних, що отримуються.

Крива «доза-ефект» (точніше, залежність біологічних наслідків від рівня впливу) є індивідуально для кожної пари «речовина - біологічний об'єкт» (див. рис. 8.2).

Мал. 8.2. Типові криві «доза - ефект» для речовин а, в, с (за А. А. Голубеву та співавт.)

На рис. подано типові види таких кривих. У більшості

випадків вони є S-подібні криві, а деяких випадках виражаються як гіперболи, експоненти чи параболи.

Ці криві відображають складний характер взаємодії шкідливої ​​речовини з об'єктом, якісні та кількісні особливості такої взаємодії у кожному конкретному випадку. На кривих "доза - ефект" є різні ділянки, на яких невеликі зміни концентрації (дози) речовини викликають або значне збільшення ефекту впливу, або призводить лише до слабкої зміни ефекту.

З рис. видно, що й розташовувати речовини а, у порядку зростання ефекту їхнього впливу, то різних зонах кривої «доза - ефект» цей порядок буде різним. Так, у зоні I - a > b > c, у зоні II - b > а > с, у зоні III - b > с > а й у зоні IV - с > b > а. Таким чином видно, що якщо оцінювати токсичність речовини за величиною дози, що викликає певний відсоток загибелі тварин, результат порівняльного аналізу токсичності речовин може бути різним, залежно від того, в якій зоні кривої «доза - ефект» проводиться цей аналіз. Ця обставина зумовлює важливість вивчення всіх зон кривих «доза – ефект».

При вивченні дії токсиканту на організм слід розрізняти ефекти, вираженість яких градуально залежить від діючої дози (наприклад, зниження артеріального тиску) та ефекти типу «все або нічого» (упав/вижив). При цьому слід враховувати, що ефекти першого типу можна практично завжди перетворити на форму, придатну для оцінки ефектів другого типу. Для визначення залежності «доза – ефект» у групі зазвичай вдаються до двох типів побудови експерименту:

З утворенням підгруп досліджуваних тварин;

Без утворення підгруп.

Такими є найбільш часто вживані параметри токсикометрії. Їхні величини широко використовуються для різних класифікацій токсичних речовин, дві з яких наведені нижче (табл.8.3).

Класифікація небезпеки речовин за ступенем впливу

Таблиця 8.3

При введенні в шлунок – при нанесенні на шкіру.

Залежності «доза - ефект» в градієнті навантаження для більшої частини параметрів мали нелінійний вигляд і відрізнялися від дозових залежностей в околицях підприємств, що тривало функціонують, тільки «висотого ступеня», тобто ступенем вираженості змін значень параметрів у зоні високих навантажень. «Висота ступеня» в дозових залежностях змінювалася в часі, і зміна «висоти ступеня», як виявили наші дослідження, у тимчасовому інтервалі, що розглядається, було пов'язано з більш високою швидкістю зміни показників в області середніх і високих навантажень на тлі слабкої виразності змін параметрів співтовариств в області низьких навантажень.

Залежність «доза-ефект». Відповідь організму на вплив залежить від кількості забруднюючої речовини або її дози в організмі, величина якої залежить від шляхів надходження в організм - при вдиханні (інгаляційно), з водою та їжею (перорально), або абсорбуються через шкіру, або вплив відбувається за допомогою зовнішнього опромінення. Інгаляційний та пероральний шляхи надходження визначають біохімічні способи впливу забруднювачів на організм. В цілому людський організм виробляє детоксикацію забруднювачів, що надходять з їжею, більш ефективно, ніж тих, які надходять за допомогою вдихання.

Криві «доза-ефект» (рис. 5.8) характеризують залежність між дозою забруднювача та реакцією у відповідь (ефектом) організму. Залежності «доза-ефект» для людини та тварин виходять на основі даних епідеміологічних досліджень.

ПІДХІД «ДОЗА-ЕФЕКТ» – встановлення взаємозв'язку між ступенем впливу на екосистему – дозою – (напр., забрудненням) та результуючим ефектом. Аналіз залежності «доза-ефект» дає можливість визначити межі стійкості екосистеми, а також оцінити можливу екологічну шкоду від впливу.

Проте залежність доза-ефект у фототропізм набагато складніша, ніж здається з першого погляду. Так, в експериментах на етіолованих колеоптилях було встановлено, що зі збільшенням кількості подразнення вигин у напрямку до джерела світла збільшується, але до певної порогової величини (приблизно ОД Дж м 2 світлової енергії), перевищення якої веде до зниження реакції у відповідь до деякого початкового значення, інколи ж «позитивна реакція» може навіть перейти в «негативну» (тобто вигин [...]

Крок 3. Оцінка залежності “доза ефект”. На цій стадії збирається кількісна інформація про зв'язок між дозами, що впливають, і ефектом для здоров'я.

Для умов лінійної залежності доза-ефект встановлено величини апроксимаційних коефіцієнтів, що мають фізичний сенскоефіцієнтів ризику.

Крива 4 – нелінійна залежність «доза-ефект» з опуклістю донизу – також характерна для реакції організму на дію багатьох факторів. Її іноді називають "подлинейной" залежністю "доза-ефект". Хоча крива 4 немає чітко визначеного порога, точка на осі, коли він ефект може бути зареєстрований, визначає практичне значення порога.[ ...]

Крива 2 - нелінійна залежність "доза-ефект" з опуклістю вгору - представляє "надлинейную" залежність, яка спостерігається, коли малі дози викликають непропорційно великі ефекти. Результати спостережень за опроміненим внаслідок чорнобильської аварії населенням вказують на наявність такої залежності для радіаційних ефектів у галузі малих доз.

Що стосується опромінення малими дозами, то для оцінки ефектів у цих випадках у розрахунках, що не претендують на точність, також використовуються зазначені залежності. При цьому перевага надається лінійній формі залежності «доза-ефект».

Для передбачення частоти випадків стохастичних ефектів при радіаційних ураженнях рекомендується використовувати лінійну залежність доза-ефект Відповідною дозиметричною величиною в цьому випадку є еквівалентна доза. Слід зазначити, що з високих значеннях дози потенційне виникнення нестохастических ефектів робить непридатним використання ефективної еквівалентної дози. Зокрема, висока доза опромінення окремого органу може спричинити нестохастичні ефекти, хоча при опроміненні такою ж дозою всього тіла нестохастичні ефекти не спостерігаються.

Крива 1 показує, що якщо має місце подібна Б-подібна залежність ефекту від дози, жодних змін у метаболізмі людського організму не спостерігається. Криві 2, 3 і 4 відносяться до безпорогових: передбачається, що існують ефекти при будь-якій концентрації забруднювача або будь-якому скільки завгодно малому нехімічному впливі. Подібні криві відбивають клас стохастичних ефектів здоров'ю. Найбільш широко використовується лінійна безпорогова форма залежності «доза-ефект» 3, оскільки часто судження про форму залежності «доза-ефект» в області малих значень виходить за допомогою лінійної екстраполяції в області великих доз.

Таким чином, ГДК може розглядатися як деяка точка в залежності від «дози - ефекту», що розділяє зону максимально не діючої дози від зони доз, які вважаються несприятливими або небезпечними для людини.

Для перевірки висловленого припущення і для визначення характеру залежностей «доза - ефект» при відносно нетривалому надходженні в середу забруднюючих речовин в околицях теплової електростанції (Рефтинська ГРЕС, Середній Урал; основні компоненти викидів - двоокис сірки, оксиди азоту та кальційвмісні тверді домішки) років на постійних пробних площах проводилася оцінка стану трав'яно-чагарникового ярусу лісових фітоценозів із синтопною реєстрацією надходжень забруднюючих речовин. В околицях цього підприємства, що функціонує з 1970 р., ознаки деградації лісових екосистем на момент початку спостережень простежувалися в основному за ступенем дефоліації крон дерев'яного ярусу та зміною співвідношення екобіоморф у трав'яно-чагарниковому ярусі.

Необхідні вимірювання як фізико-хімічного складу забруднювачів, і ефектів від їхнього впливу рослини. Одні визначення концентрації компонентів автоматичними аналізаторами не дозволяють прогнозувати всі можливі ефекти від впливу забруднення повітря, а застосування лише біомоніторів не дозволяє оцінити рівень забруднення повітря та виміряти концентрацію кожного фітотоксанту. Тому з метою оцінки стану довкілля ці види моніторингу необхідно об'єднати. Вимірювання концентрації забруднюючих речовин, визначення параметрів залежності доза - ефект з урахуванням метеорологічних параметрів можуть дати повне уявлення про стан забруднення.

Розробка підходів всебічного аналізу природного середовища повинна включати вивчення залежностей «доза-ефект», «доза-відповідна реакція» в різних експериментах, вивчення питання пороговості впливу різних факторів та впливу багатосередніх забруднювачів, розвиток методів оцінки реакції складних екологічних систем на зміни в стані природного середовища .[...]

Можливі методи розрахунків будуються на ідентифікації шкідливості, за якою слідує встановлення залежності «доза-ефект» та небезпеки, які разом становлять характеристику ризику. Сумарна оцінка зазначеної залежності дає кількісну величину співвідношення між рівнем небезпеки та показниками здоров'я.

Наука виробила кілька підходів щодо визначення цих нормативів. Основні їх використовують аналіз залежності «доза - ефект», що пов'язує антропогенну навантаження як вхідний параметр екосистеми з її станом - вихідним параметром.

Таким чином, проведені дослідження показали, що навіть за слабко виражених змін параметрів залежності «доза - ефект» мають, як правило, нелінійний вигляд. Нелінійність залежностей «доза-ефект» виникає в результаті різної швидкостізміни параметрів у градієнті навантаження, та рівень забруднення визначає час стабілізації параметрів у тому чи іншому стані. Найнижча тривалість часу стабілізації характерна для області високих навантажень, тому залежності «доза - ефект» у просторі мають нелінійний вигляд, що особливо чітко проявляється в околицях підприємств, що довго функціонують (яскраво виражені імпактна зона та зона індустріальної пустелі). Різнорічні флуктуації, що виникають у співтовариствах при взаємодії екзогенних та ендогенних факторів, виступають у ролі перемикача з одного кількісного стану в інший, в результаті ступінь вираженості відмінностей між різними зонами навантаження та форма залежностей «доза – ефект» можуть змінюватися в часі. При дії забруднюючих речовин може існувати кілька порогових рівнів та областей тимчасової стабілізації параметрів (каскадний ефект впливу).

Є, однак, певна умова, яка повинна дотримуватися під час використання підходу в концепції «очікуваної» дози (на це вказано в роботі). Необхідно, щоб процеси трансформації піддавалися лінійному закону, і навіть щоб залежність «доза-ефект» була лінійною, а вплив - пропорційно дозі чи інтегральному рівню вмісту забруднювача і був результатом ефектів синергізму. Необхідно також припустити, що перенесення стаціонарні в часі. Складніше використовувати вказану модель для забруднень, де мають місце суттєві градієнти у просторі та в часі.

Слід ще раз наголосити, що оцінки віддалених ризиків для здоров'я людей від шкідливих викидів на різних стадіях паливних циклів не базуються, на жаль, на точних залежностях "доза-ефект". У зарубіжних дослідженнях залежність "доза-ефект" між концентрацією викиду та ризиком їх на здоров'я приймається дл302 лінійною. Для 0х і летючої золи такі залежності мають значно менш точний характер і потребують подальших уточнень.

Проте практично існує низка проблем, що з визначенням достовірних значень нормативних показників впливу. Вони, зокрема, викликані складнощами у побудові залежності «доза – ефект», визначенні допустимих меж зміни стану екосистеми. В еконормуванні, як це зазначалося вище, суттєві складності такого оцінювання обумовлені неоднозначністю вибору параметрів, що характеризують силу впливу та якість стану екосистеми.

Ключові слова-, важкі метали, кислотність, лісова підстилка, промислове забруднення, біотестування, фітотоксичність, кульбаба лікарська, просторове варіювання, залежність доза-ефект, Середній Урал.

Так як всі дослідження в названих роботах були проведені в околицях довго (понад 50 років) функціонуючих підприємств і значення параметрів в околицях таких підприємств в області низьких та високих навантажень незначно змінюються за роками (Трубіна, 1996; Трубіна, Махнєв, 1997), не ясно , чи простежується нелінійний характер залежностей «доза - ефект» при менш тривалому надходженні в середу забруднюючих речовин і яким чином виникає виявлений у просторі нелінійний ефект.

Відомо, що при малих значеннях фактора, що обурює, система здатна гасити внутрішні флуктуації і зовнішні впливи і перебувати в стані динамічної рівноваги поблизу стаціонарного стану. Можна припустити, що нелінійність залежностей «доза - ефект» у просторі виникає внаслідок дуже низької швидкості зміни параметрів у сфері невисоких навантажень та вищої швидкості їх зміни у сфері високих навантажень, а ролі перемикача (тригера) з одного кількісного стану до іншого виступають різнорічні флуктуації, що виникають в результаті взаємодії факторів екзогенного та ендогенного походження.

Важливим видається як існування у градієнті дії чинника кількох критичних точок - каскадний ефект впливу (Трубіна, 2002), а й те, що «перемикання» з одного кількісного стану до іншого відбувається внаслідок різнорічних флуктуацій параметрів співтовариств. У цих роботах було показано, що в області навантажень, що передують різкій зміні параметрів співтовариств, різнорічні флуктуації мають найбільшу амплітуду. Вплив різнорічних флуктуацій на форму залежностей «доза-ефект» для окремих функціональних параметрів трав'яно-чагарникового ярусу (біомаси) був показаний і при впливі важких металів у поєднанні з двоокисом сірки (Воробейчик, 2003).