Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Методология токсико-гигиенического изучения и регламентирования совместно действующих ксенобиотиков

РГБ ^н г 7 ий Ш

министерство здравоохранения российской федерации иркутский государственный медицинский университет

На правах рукописи

КАТУЛЬСКИЙ Юрий Натанович

МЕТОДОЛОГИЯ ТОКСИКОЛОГО-ГИ1ИЕНИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ И РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЯ СОВМЕСТНО ДЕЙСТВУЮЩИХ КСЕНОБИОТИКОВ

14.00.07 - ГИГИЕНА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Иркутск -1997

Работа выполнена в Филиале N 5 Государственного научного центра РФ - Институт биофизики Минздрава РФ.

Научный консультант:

член-корреспондент РАМН, профессор М.Ф.Савченков

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор М.И.Некипелов

доктор медицинских наук, профессор Г.П.Богачук

доктор биологических наук, профессор Д.И.Стом

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина Российской Академии медицинских наук.

Защита диссертации состоится "_"_1997 г.

в_часов на заседании диссертационного Совета Д. 084.26. 01

при Иркутском государственном медицинском университете (664003. г. Иркутск, ул. Красного Восстания, д. 1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного медицинскою университета.

Автореферат разослан "_"_1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат медицинских наук,

доцент Г.А.Шилин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Комбинированное действие химических веществ, как и других факторов внешней среды, давно привлекает к себе пристальное внимание гигиенистов. Это связано с тем, что в реальных условиях производства и населенных мест человек одномоментно подвергается воздействию большого, все возрастающего числа вредных факторов. Однако до сих пор гигиеническое регламентирование в подавляющем большинстве случаев ведется по отдельным соединениям без учета их совместного действия, что явно не отвечает требованиям практики.

В гигиенической литературе неоднократно отмечалась важность данной проблемы (В.В.Кустов и др., 1975; Г.И.Сидоренко, 1982, 1987; Г.А.Рязанова,1987 и др.), которая признается одной из центральных в современной гигиене и профилактической токсикологии (В.В.Кустов и др., 1975) и представляет собой самостоятельное научное направление (А.И.Корбакова, И.П.Уланова, 1986). На протяжении последних десятилетий в его рамках выполнено значительное число исследований как практического, так и теоретического характера, которые обобщены в ряде известных монографий и обзоров (В.В.Кустов и др., 1975; П.А.Нагорный, 1984; В.В.Тюльменков, 1991; Б.А.Кацнельсон, 1993; Report of a WHO expert committee 662, 1981). В этих работах были получены сведения, позволившие раскрыть некоторые закономерности совместного действия агентов и разработать ряд методических подходов к токсиколого-гигиеническому изучению данного процесса, наиболее полно изложенных в Методических рекомендациях (1987). При этом методические разработки касаются как определения общих подходов к изучению совместного действия (П.А.Нагорный, 1984; Э.АБлинова и др., 1986; Я.И.Вайсман и др., 1986; В.И.Сватков, 1989 и др.) и гигиеническому регламентированию смесей (А.И.Корбакова, 1977; А.П.Шидаова, Р.А.Рязанова, 1977; В.В.Кустов, 1988; Н.Ф.Кошелев и др., 1990 и др.), так и решения конкретных задач, в основном, связанных с определением характера (типа) действия ксенобиотиков (Ю.С.Каган и др., 1973; М.А.Ш-нигин, 1985; В.И.Федоренко, 1987; В.И.Сватков, И.В.Мудрый, 1988; Б.М.Штабский, В.И.Федоренко, 1990; В.В.'Гюльменков, 1991; S.Loeve, 1927, 1928; D.Y.Finney, 1952, 1971 и др.).

Отдавая должное этим разработкам, вместе с тем нельзя не отметить, что, к сожалению, они не составляют приемлемой для практического использования общепринятой методологии. При этом многие исследователи отмечают, что на данном этане нет четкой пос тановки научных и практических задач, отсутствуют корректные методы определения параметров изучаемого процесса, нет единообразия в понимании терминов и т.д. (П.А.Нагорный, 1984, В.В.Кустов, 1988; В.И.Федоренко, З.К.Жолдакова, Г.Н.Красовский, Б.М.Штабский, 1993 и др.).

Анализ состояния проблемы не оставляет сомнений, что это обстоятельство является основным фактором, сдерживающим развитие исследований в данной области, что и определяет актуальность разработки методологии токсиколого-гигиенического изучения совместного действия ксенобиотиков.

Цель и задачи исследования. Целью исследования явилась разработка методологии токсиколого-гигиенического изучения совместного (комбинированного, сочетанного, комплексного) действия ксенобиотиков и обоснования их гигиенических регламентов как системы взаимоувязанных способов и методов решения трех основных проблем: минимизации экспериментальной части (проблемы планирования); свертки информации о процессе до вида, приемлемого для ее анализа и решения поставленных задач ( проблемы моделирования); определения характеристик процесса и области безопасных уровней агентов для обоснования их гигиенических регламентов (проблемы анализа данных).

Для достижения этой цели решались следующие задачи.

В рамках проблемы планирования:

1) выбор планов эксперимента, состоящих из минимально возможного числа опытов (групп подопытных животных), необходимых и достаточных для получения информации, позволяющей определить основные параметры процесса, в том числе безопасные уровни совместно действующих агентов

В рамках проблемы моделирования:

1) разработка метода оценки токсического эффекта с помощью обобщенных показателей, интегрирующих в себе информацию, которая содержится во всех регистрируемых в опыте исходных показате-

лях состояния организма подопытных животных.;

2) разработка метода определения модификации токсического эффекта;

3) разработка математических моделей дозовременной зависимости токсического эффекта и его модификации, наблюдаемой при совместном действии агентов;

В рамках проблемы анализа данных:

1) разработка метода оценки параметров модификации ( характера совместного действия и интенсивности модификации);

2) разработка метода оценки влияния агентов на токсический эффект и его модификацию;

3) разработка метода оценки области неэффективных уровней воздействия;

4) разработка метода оценки области безопасных уровней воздействия.

Научная новизна. На основании анализа особенностей совместного действия ксенобиотиков, цели и задач, ставящихся при его токсиколого-гигиеническом изучении, выявлены основные проблемы, возникающие при этом, определены методы их решения и условия, которым должны отвечать данные методы. Это позволило представить искомую методологию в виде системы, элементами которой являются совокупности способов и методов решения основных проблем изучения совместного действия, а связями, характеризующими взаимодействие этих элементов, - взаимные требования, выполнение которых необходимо дпя приемлемого решения данных проблем.

С помощью системного подхода, известных математико-стати-стических методов и общепринятых подходов к изучению вредных агентов впервые разработана методология, пригодная для гигиенического регламентирования любого числа вредных факторов в любых объектах окружающей среды, а также позволяющая изучать биологическую активность различных многокомпонентных смесей ( композиций), определять их оптимальный состав или соотношение компонентов и т.п.. Она не накладывает принципиальных ограничений на количество изучаемых агентов и включает в себя, как частный случай, методологию изучения и регламентирования изолированно действующих ксенобиотиков.

Для решения проблемы планирования предложено использовать насыщенные оптимальные линейные планы регрессионных экспериментов, предусматривающие при изучении действия N агентов включение в эксперимент N+1 группы подопытных животных.

Для решения проблемы моделирования разработаны методы:

1) измерения токсического эффекта с помощью обобщенного градированного и обобщенного альтернативного показателей, позволяющих оценивать его величину у отдельной особи и группы животных, а также определять вероятность наступления токсического эффекта заданной величины;

2) оценки вероятности наступления вредного эффекта;

3) определения токсического эффекта при аддитивном действии агентов по результатам их изолированного действия;

4) оценки модификации токсического эффекта;

5) описания математическими моделями дозовременных зависимостей эффекта для аддитивного и реально наблюдаемого действия ксенобиотиков, а также модификации токсического эффекта.

И, наконец, для решения проблемы анализа данных разработаны методы :

1) определения характера совместного действия и интенсивности модификации (оценки параметров модификации);

2) оценки влияния агентов на токсический эффект и его модификацию;

3) токсиколого-гигиенической характеристики воздействия по данным, полученным при изучении различных стадий процесса;

4) характеристики совместного действия агентов в заданной области доз (концентраций);

5) определения области неэффективных уровней совместно действующих агентов;

6) определения области безопасных уровней совместно действующих ксенобиотиков;

7) определения оптимальных в задаваемом смысле безопасных сочетаний доз (концентраций) агентов, в том числе оптимальных для данного объекта (территории, населенного пункта, производства и т.п.) предельно допустимых уровней совместгго действующих ксенобиотиков.

Впервые проведен сравнительный анализ способов установления вредного действия, основанных на учете реакции организма каждого из животных, подвергшихся воздействию, в отдельности ( индивидуальный способ определения вредного эффекта) и использующих усредненные показатели реакции организма животных (групповой способ определения вредного эффекта). Показано, что групповой способ, в отличие от индивидуального, обладает внутренне присущими ему свойствами, приводящими в определенных ситуациях к ложнопояо-жительным или ложноотрицательным ответам. Поэтому индивидуальный способ выявления вредного эффекта предпочтительнее группового.

Предложен способ ранжирования эффективности воздействия на три градации: неэффективное; эффективное, но не вредное; вредное.

Теоретически обосновано существование для разных объектов природоохранных мероприятий (регионов, территорий, населенных пунктов, производств и т.п.) различных оптимальных предельно допустимых уровней (например, требующих минимальных затрат на их достижение) агентов, действующих в одной и той же комбинации, и предложен метод их определения.

Практическая значимость исследования заключается в разработке и внедрении в практику методологии токсиколого-гигиеничес-кого изучения и регламентирования совместно действующих агентов, позволяющей на основании экспериментов, не превышающих или меньших по объему, чем те, которые реализуются при изучении изолированного действия этих соединений, определять основные параметры процесса и устанавливать безопасные, в том числе оптимальные для разных объектов природоохранных мероприятий, сочетания уровней ксенобиотиков.

Результаты работы использованы в учебном процессе ( Иркутский государственный медицинский университет, Ангарский государственный технологический институт, Иркутский государственный институт усовершенствования врачей), а также послужили методологической основой для получения новых знаний и разработки новых подходов при изучении комбинированного, комплексного и сочетан-ного действия вредных агентов в Восточно-Сибирском научном центре Сибирского отделения РАМН.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: Пленуме Комитета по канцерогенным веществам при Министерстве здравоохранения СССР по проблеме " Модифицирующие факторы химического канцерогенеза" (Алма-Ата, 1984); Всесоюзном отраслевом научном совещании "Актуальные вопросы соче-танного и комбинированного воздействия факторов лучевой и нелучевой природы" (Львов, 1985); Всесоюзной научной конференции "Проблемы создания и совершенствования автоматизированных информационных систем охраны груда, окружающей среды и здоровья населения промышленных городов" (Ангарск, 1986); VI симпозиуме "Канцерогенные К-нитрозосоединения и их предшественники - образование и определение в окружающей среде" (Таллин, 1987); Ш пленуме правления Всесоюзного научного общества токсикологов по проблеме "Комбинированное действие сложных смесей химических веществ (механизмы, методы, математическое моделирование) (Одесса, 1988); Всесоюзной научной конференции "Проблемы мониторинга за здоровьем населения промышленных городов" (Ангарск, 1989).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, выводов, списка использованной литературы, включающего 69 отечественных и 9 зарубежных источников, и 5 приложений. Текст изложен на 225 сграницах машинописи, иллюстрирован 14 таблицами и 10 рисунками.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методология токсиколого-гигиенического изучения совместного действия ксенобиотиков и обоснования их гигиенических регламентов должна представлять собой систему взаимоувязанных способов и методов решения следующих основных проблем: а) проблемы планирования, заключающейся в минимизации экспериментальной части исследования до объемов, близких к тем, которые реализуются при изучении изолированного действия веществ; б) проблемы моделирования, состоящей в свертке (редукции) информации до вида, приемлемого для решения задач, связанных с обоснованием гигиенических регламентов; в) проблемы анализа данных, заключаю-

ейся в определении основных характеристик процесса и установле-ш безопасных уровней агентов для обоснования их гигиенических ;гламентов.

2. Проблема планирования решается путем использования линей-ых оптимальных насыщенных планов регрессионных эксперимен-эв, предусматривающих при изучении N агентов включение в экс-еримент //+1 группы подопытных животных.

3. Проблема моделирования решается путем оценки токсическо-з эффекта и его модификации обобщенными показателями и описают процесса математическими моделями их дозовременных зависи-юстей.

4. Проблема анализа данных решается путем оценки основных ¡араметров совместного действия, получаемых с помощью матема-ических моделей дозовременных зависимостей токсического эффек-а и его модификации..

5. Критерии вредного действия, учитывающие реакцию организма каждого из животных, подвергшихся воздействию, в отдельности индивидуальный способ оценки вредности воздействия), более надежны, чем критерии, использующие усредненные показатели реакции организма группы животных (групповой способ оценки вредности воздействия).

6. Одновременное использование индивидуального и группового способа оценки вредности воздействия (в том числе с помощью эбобщенных показателей токсического эффекта) позволяет ранжировать его на неэффективное, эффективное, но не вредное, и вредное.

7. В общем случае оптимальные предельно допустимые уровни агентов, действующих в одной и той же комбинации, будут разными для различных объектов природоохранных мероприятий (регионов, территорий, населенных пунктов, предприятий и т. п).

8. Разработанная методология пригодна для гигиенического регламентирования любых факторов, присутствующих в любых объектах окружающей среды, а также для изучения биологической активности многокомпонентных смесей (композиций) и определения их оптимального состава или соотношения компонентов, не накладывает принципиальных ограничений на число изучаемых агентов и включает в себя, как частный случай, методологию токсиколого-гигиенического изучения изолированного действия ксенобиотиков.

Материалы, методы и объем исследований.

Разработка методологии токсиколого-гигиенического изучения и регламентирования совместно действующих агентов проводилась на основании собственных и литературных данных об общих закономерностях данного процесса и существующих в настоящее время подходах и приемах изучения вредных агентов. При этом использовались общепринятые математические и статистические методы, в том числе системного анализа, теории вероятностей, математического моделирования и анализа моделей, статистического оценивания, исследования операций и др.

Проверка работоспособности предложенных в работе методов проводилась на полученном при участии автора, а также взятом из литературных источников экспериментальном материале (более 25 опытов), содержащем, в том числе, сведения об общетоксическом, летальном и канцерогенном эффекте действия более двадцати соединений в комбинациях, включающих от двух до пяти агентов.

Полученные с участием автора данные включали информацию о канцерогенном действии смесей К-нитрозодиметиламина (НДМА) + этилового спирта (ЭС), НДМА +витамина С (ВС), НДМА + ЭС + ВС, НДМА + о-крезола (ОК), бенз(а)пирена (БП) + ОК, НДМА + БП, НДМА + БП + ОК и об общетоксическом эффекте, вызываемом комбинированным действием винилхлорида + дихлорэтана, а также смесью солей цинка, свинца, меди и железа. В этих экспериментах было использовано около 3000 белых нелинейных крыс, а оценка состояния организма животных осуществлялась с помощью более 60 биохимических, физиологических, морфологических и других показателей.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ МЕТОДОЛОГИИ ТОКСИКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ КСЕНОБИОТИКОВ

Анализ причин, сдерживающих токсиколого-гигиеническое изучение и регламентирование совместно действующих агентов, показал, что главной из них является то обстоятельство, что совместное действие представляет собой многофакторный процесс с многомерным откликом, обладающим дозовременной, в общем случае нелинейной зависимостью. С одной стороны, это приводит к необходимости получения информации о действии достаточно большого числа разных сочетаний уровней воздействия агентов, что связано с очень высокими затратами на проведение весьма трудоемких и дорогостоящих экспериментов. С другой стороны, в силу указанных причин принципиально невозможно при изучении более чем двух агентов получить адекватное представление о процессе и корректно решить поставленные задачи с помощью традиционных методов.

Отсюда следует, что пригодной может быть только такая методология, которая, во-первых, решает проблему минимизации экспериментальной части исследований до приемлемого уровня, а, во-вторых, - проблему анализа информации о сложном многофакторном процессе с многомерным откликом.

Очевидно, что первую проблему можно решить с помощью методов, предлагаемых теорией математического планирования экспериментов, а вторую - путем свертывания (редукции) полученной в эксперименте информации до вида, позволяющего определить параметры совместного действия агентов и установить их безопасные уровни.

Решение указанных проблем связано с необходимостью получения математической модели изучаемого процесса. Таким образом, возникает третья проблема, заключающаяся в необходимости построения данных моделей.

Исходя из содержания рассматриваемых проблем, их можно определить как проблемы планирования, моделирования и анализа данных.

Возможность корректного решения каждой из этих проблем зависит от того, какими методами и способами решаются остальные проблемы. Отсюда следует, что построение искомой методологии заключается в выборе (разработке) взаимоувязанных способов и методов, что является типичной задачей оптимизации.

Как известно, при этом наиболее эффективен системный подход (Л.Т.Кузин, 1973), который заключается в комплексном, едином рассмотрении всех элементов системы и существующих между ними связей. В соответствии с этим на рисунке 1 рассматриваемая методология изображена в виде совокупностей методов решения основных проблем с указанием целей решения и связей между данными совокупностями. Эти связи определяются, в основном, требованиями, которым должны отвечать методы решения данной проблемы, позволяющие получить оптимальное решение остальных проблем.

Из рисунка видно, что при разработке искомой методологии первоочередной задачей является решение проблемы моделирования.

ПРОБЛЕМА МО ДЕЛИРОВАНИЯ

В работе показано, что обобщенные показатели, синтезирующие в себе все основные подходы и критерии, с помощью которых в настоящее время выявляют токсический эффект и дают сравнительную оценку его величине ("Методы определения токсичности и опасности ..." - М., 1970; " Принципы и методы токсикологической оценки ..." -Женева: ВОЗ, 1981; " Токсикометрия химических веществ ... " - М., 1986) , а также сопоставимые для любых опытов и условий его проведения, могут быть построены, если значения исходных показателей, полученные для каждого из включенных в эксперимент животных, преобразовать согласно следующей формуле:

-±

,к

т I \ }

<5 ],к

О)

где: у у - величина /- го (у = 1, т) исходного показателя у г'-го (/' = 1 ,п) животного; у. к - среднее значение го показателя в контроле; о],к -

Рис Л. Методология токсиколого-гигиенического изучения совместного действия агентов как система

методов решения его основных проблем (стрелками указано направление требований, предъявляемых к методам решения других проблем).

стандартное отклонение у- го показателя в контроле; а} - коэффициент (вес), отражающий значимость}- го показателя в оценке состояния организма животных ( токсикологическая значимость го показателя); щк - число контрольных животных, у которых определялся ./- й показатель.

Тогда токсический эффект у /-го животного (5*,) можно оценить средней величиной преобразованных значений исходных показателей, определенных у этой особи:

1 щ

Б, = , (2)

Щ ] 1

где т, - число исходных показателей, измеренных у данного животного, а токсический эффект у группы животных {$) - средневзвешенной величиной токсического эффекта, полученного у всех животных данной группы:

5=(3)

I

Эти параметры безразмерны, всегда > 0, а их значения тем больше, чем значительнее вызванное воздействием отклонение (вне зависимости от его направленности) исходных показателей от средних величин, зарегистрированных в контроле, и меньше их вариабельность, наблюдаемая у интактных животных, а также чем больше информации о процессе содержится в исходных показателях. Показано также, что величина параметра 5 положительно коррелирует с числом исходных показателей, значимо отличающихся от контроля. При этом "идеальное" значение 5, ~ О соответствует состоянию организма животного, при котором исходные показатели равны их средним значениям в контроле, а "идеальное" значение 5=1- величине данного параметра, всегда получаемой для группы контрольных животных, вне зависимости от набора исходных показателей и их количества,.

Возможность оценки токсического эффекта у отдельных особей позволяет ввести в обращение еще один показатель - вероятность наступления вредного эффекта, определяемую долей животных, состояние организма у которых вышло за пределы "нормы", т.е. разброса величин , наблюдаемого в контроле:

У" > V*)

п

где па - число животных, у которых больше или равно минимальному значению этого показателя (5^), значимо выходящему за пределы "нормы" и оцениваемому с помощью известных статистических методов (например, методом \¥.Х01хоп, 1953), а п - число животных в группе.

Анализ показал, что если воспользоваться преобразованным значением (На) вероятности наступления вредного эффекта

Да = -1п(1-ра), (5)

то согласно закону умножения вероятностей аддитивный эффект действия любого числа агентов (Паг,) будег равен простой сумме эффектов, вызываемых ими при изолированном действии

Яаа= (6)

/

Исходя из этого, предложено модификацию эффекта (/?т0<1) оценивать показателем (7):

йт0<3= Ка - ЯаЛ , (7)

характер совместного действия (СИ) - показателем (8):

Г более чем аддит. при Итод > О СИ И аддитивный приЛтО(( = 0 (8) I, менее чем аддит. при ЛГОО(} < О

а интенсивность модификации (1т) - параметром (9):

1т=\ятой\ (9)

Проверка пригодности обобщенных показателей для оценки токсического эффекта, проведенная на экспериментальном материале, показала их достаточно высокую работоспособность. В качестве примера на рис.2 представлена дозовременная зависимость токсического эффекта, измеренного с помощью обобщенного показателя 5, построенная по данным, полученным Г.Г. Юшковым при изучении действия четырех доз (5, 10, 100, 1000 мг/'кг массы тела) 3- хлораце-тилиндола, однократно вводимого через рот белым беспородным крысам. При этом состояние организма животных оценивалось через 1 час, 1, 3, 7 и 14 сутки после воздействия с помощью И исходных

показателей, в том числе физиологических, биохимических и гематологических.

а) б)

Рис.2. Дозовремениая зависимость токсического эффекта (Л) при действии хлорацетилиндола: а) зависимости время-эффект, б) зависимости доза-эффект

Из этого рисунка видно, что обобщенный показатель 5 позволяет выявить основные закономерности действия ксенобиотика, а именно, дозовую зависимость и стадийность токсического процесса. Подобная же картина была получена и для вероятности наступления вредного эффекта - ра.

Очевидно, что результаты традиционного токсиколого-гигиени-ческого эксперимента, направленного на получение дозовременной зависимости эффекта, можно представить в виде матрицы эффектов зарегистрированных при у'-х уровнях воздействия (строки матрицы) в различные моменты I снятия показателей (столбцы матрицы):

' Ей ••• Ей Е\т

\Ernl Ет! "" ЕтТ/

Нетрудно видегь, что в этом случае каждый столбец матрицы является реализацией дозовой зависимости эффекта, характерной для

того или иного момента времени. Если каждую такую зависимость эписать некоторой математической моделью, то данную матрицу, а следовательно, и дозовременную зависимость можно в общем случае изобразить в виде системы (10), представляющей набор таких моделей:

ад .--Ж. , (Ю)

где Е, {<£}= Е, (й1 ,..../4-) - модель дозовой зависимости эффекта, наблюдаемой в ?-й момент времени. Таким образом, система (10) представляет собой общий вид математической модели дозовременной зависимости токсического эффекта.

Исходя из известных закономерностей изолированного и совместного действия ксенобиотиков, показано, что в качестве моделей дозовых зависимостей Е,{с1,} для аддитивно действующих агентов могут выступать выражения (11) или (12):

ЯааЛ^ Со + Ып^ + ЪсцЫ2^ (")

< /

с0 + 1а\пс11 , 02)

I

а для любого вида действия - (13), (14) или (15):

йМИАо+ЕЫпсЛ+ЕЕМп (1Лп а^+ИЪИЬукЫ ¿ш ¿у1п ¿к+

I I* у к

+~+Ь»Лг1п й?Г"1п ¿п (13)

Е, {4}= Ъ0 + \xidi+1 1п Ж 1п (14) 1 )

Е, {*,}= + , (15)

где Я, {с4}= 51, {с/,} или Я; Ра, {¿¡}, Ь - коэффициенты. При этом функции (13) и (14) отражают взаимодействие агентов, а (15) - не отражает.

Проверка работоспособности данных моделей, проведенная на собственном, а также взятом из литературных источников экспериментальном материале, включающем сведения о действии более двадцати соединений в комбинациях, содержащих от двух до тати агентов, показала, что все приведенные выражения хорошо аппроксими-

руют реально наблюдаемые многофакторные дозовые зависимости (в подавляющем большинстве случаев коэффициент множественной корреляции Я > 0.7), причем качество их описания улучшается с увеличением числа действующих веществ, что еще требует своего объяснения. При этом, как и следовало ожидать, модели (10), (13) и (14) лучше, чем остальные, аппроксимируют дозовые зависимости, однако функции (12) и (15) в большей степени отвечают условиям, предъявляемым к ним в рамках рассматриваемой методологии, поскольку доя своей идентификации требуют проведения опытов с несравненно меньшим числом хрупп подопытных животных.

Используя модели дозовых зависимостей реально наблюдаемого эффекта Ка и аддитивного эффекта На[1, нетрудно также с помощью выражения (16):

Кта, ,{с!,у- 11а, {</,}- ЯааМ) , (16)

в котором каждый из членов представляет собой модель соответствующей зависимости, наблюдаемой в момент t, получить модель до-зовой зависимости модификации эффекта - Яти1 ,{с/,}.

Очевидно, что аналогичная системе (10) совокупность моделей (16) дозовых зависимостей модификации, полученных для каждого изученного момента развития процесса интоксикации, будет описывать ее дозовременную зависимость.

Таким образом, методы, разработанные для решения проблемы моделирования, позволяют свернуть полученную в токсиколого-гигиенических экспериментах информацию и представить ее в виде математических моделей дозовременных зависимостей обобщенных показателей токсического эффекта и его модификации.

В качестве примера ниже приведены модели дозовременных зависимостей обобщенных показателей токсического эффекта, полученные по результатам изучения совместного действия винилхлорида и дихлорэтана в четырехмесячном хроническом эксперименте (ингаляция в концентрациях от 50 до 500 мг/м3), в котором состояние организма белых беспородных крыс оценивалось с помощью 35 физиологических, биохимических, гематологических и иммунологических показателей через 2 недели, 2 и 4 месяца после начала воздействия:

52 нед = 0.389 + 0.287 • 1пСвх + 0.304 • 1пСг

^=- 8.342 + 3.125-1^

54мсс = - 6.993 + 1.281 • 1пСвх + 1.672 • 1пСл

ЯДгнед = -1-512 + 0.2551пСвх +0.1581пСда Яагик = -2.048 + 0.6991пСвх ЯаЛмес = 2.303

ПРОБЛЕМА АНАЛИЗА ДАННЫХ

Одной из важных задач, решаемых при гоксиколого-гигиеничес-ком изучении ксенобиотиков, является определение вредности действия той или иной дозы, концентрации или конкретного сочетания уровней нескольких агентов. Анализ существующих методов позволил заключить, что групповой способ ее оценки с помощью средних величин показателей, характеризующих состояние группы подопытных животных в целом, в отличие от индивидуального способа, основанного на определении вредного эффекта у каждой особи в отдельности, обладает внутренне присущими свойствами, приводящими к получению в определенных ситуациях ложных ответов, наиболее опасными из которых с гигиенической точки зрения являются ложноотрицательные. Отсюда сделан вывод, что при выявлении вредного эффекта преимущество следует отдавать индивидуальному способу. При этом очевидно, что вредным можно признать только то воздействие (дозу, концентрацию), при котором хотя бы у одного из подопытных животных регистрируется вредный эффект, а безвредным - воздействие, при котором такой эффект не обнаруживается ни у одной особи.

Вместе с тем, обращает на себя внимание то обстоятельство, что ложноположительный ответ о вредности действия, получаемый с помощью группового способа, соответствует ситуации, при которой у животных наблюдается достоверная реакция, находящаяся, однако, в пределах "нормы", что свидетельствует о наличии достоверного, но не вредного эффекта. Отсюда видно, что одновременное использование группового и индивидуального способа дает возможность более

точно и дифференцированно охарактеризовать эффективность действия ксенобиотика. В связи с этим предложено с помощью обобщенных показателей ранжировать воздействие на неэффективное, эффективное, но не вредное, и вредное (таблица 1).

Таблица 1

Градация эффективности воздействия (Е/) с помощью обобщенных показателей

Эффективность воздействия Значение показателей

Ра (Щ 5

Неэффективное = 0

Эффективное = 0 >1

Вредное >0 >1

Рассматривая данную таблицу и принимая во внимание смысл показателей, нетрудно видеть, что в данном случае неэффективному соответствует такое воздействие, при котором состояние организма группы животных не отличается от "идеала", а у каждой особи оно находится в пределах "нормы", эффективному - при котором состояние организма группы животных отличается от "идеала", но у каждого из них находится в пределах "нормы", и, наконец, вредному - при котором состояние организма хотя бы у одной особи в данной группе выходит за границы "нормы" вне зависимости от того, отличается или не отличается групповая оценка этого состояния от "идеала".

Рассмотрение вопроса об оценке влияния агентов на токсический эффект и его модификацию позволило придти к заключению, что наиболее корректной его характеристикой является способность ксенобиотиков изменять величину указанных параметров при некотором заданном изменении уровней их воздействия. В этом случае влияние г-го агента (лу,) предлагается измерять отношением прироста значений этих показателей к вызвавшему его изменению уровня, опреде-

ляемого логарифмом дозы (концентрации) искомого вещества:

Л(ЬЧ)

где: у г- показатель, оценивающего токсический эффект или его модификацию; А у - изменение величины у за счет прироста уровня Д(1п 4) го агента.

При этом степень влияния агента можно оценивать абсолютной величиной данного параметра (чем она больше, тем больше влияние), а его знаком - направленность этого влияния ("минус" свидетельствует об уменьшении величины показателя при росте уровня воздействия агента, а "плюс" - о его увеличении).

Если токсический эффект и его модификация обладает дозовой зависимостью, аппроксимированной соответствующей математической моделью, то, используя последшою, можно с помощью формулы (18), правая часть которой представляет собой частную производную от данной функции по логарифму уровня воздействия, получить математическую модель, описывающую влияние 1-го агента на изучаемый показатель:

= Щ (18)

Из этой формулы видно, что если в нее подставить модели дозовой зависимости показателя у, отражающие взаимодействие агентов, то полученная с помощью (18) модель будет представлять собой функцию, связывающую величину влияния ксенобиотика на токсический эффект и его модификацию с уровнями воздействия всех веществ, действующих в изучаемой комбинации. Это обстоятельство отражает тот факт, что в общем случае влияние каждого из агентов на указанные характеристики не является постоянной величиной, а зависит от того, в каком сочетании доз (концентраций) действуют все ксенобиотики, то есть является дозозависимой величиной. Так, например, если зависимость токсического эффекта, измеряемого показателем Ка, описывается моделью (14), то полученная с помощью (18) модель зависимости влияния /-го агента на данный параметр выглядит следующим образом:

у^^Ь + ЪЪцЫй] (19)

№

Подставляя в полученную таким образом модель конкретные

значения доз, можно определит, влияние, которое вещество оказывает на рассматриваемые характеристики процесса при заданном сочетании уровней воздействия.

При использовании в данной формуле моделей дозовых зависимостей токсического эффекта и его модификации вида (15), не учитывающих взаимодействие агентов, получим, что влияние агента в этом случае измеряется значением соответствующего коэффициента, связывающего величину рассматриваемого показателя с уровнями воздействия ксенобиотика:

= (20)

Зачастую возникает необходимость получения общего представления о поведении агентов в некоторой заданной области их уровней, например, в области гигиенически значимых концентраций. Для этого предлагается использовать средние для этой области величины рассматриваемых параметров процесса, которые нетрудно получить, подставляя в соответствующие модели их дозовых зависимостей средние для заданных интервалов значения логарифмов уровней агентов:

У = у {¿Г*} (21)

Поскольку данные средние значения уровней образуют сочетание, соответствующее центру рассматриваемой области, можно сделать вывод, что для определения, например, преобладающего характера действия в некотором диапазоне концентраций достаточно провести только один опыт с указанным сочетанием.

В свою очередь, учитывая, что параметры процесса зависят не только от уровней, но и от времени, предлагается характеризовать то или иное воздействие, например, действие конкретной концентрации или совместное действие агентов в заданной облаете доз, наиболее неблагоприятными с токсиколого-гигиенической точки зрения величинами параметров процесса, полученными на различных его стадиях. Нетрудно видеть, что таковыми будут значения показателей, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Величины показателей, характеризующие воздействие

NN Показатели Величина показателя

п/н Обозначение Величина

1. Я/ М3( максимальная из полученных на разных стадиях процесса

2. МБ то же

3. Ра МРа то же

4. Яа ММ то же

5. ЕГ МЕГ то же

6. и»?, Ми>?,Мм?а то же

7. Ктод МЯтоЛ то же

8. СИ мси соответствующий М/?тос(

9. 1т М1т то же

10. ^той Л/и>,т°а максимальная из полученных для МСк

В качестве примера в таблице 3 приведены параметры, характеризующие совместное действие винилхлорида и дихлорэтана в области гигиенически значимых концентраций (от 16 до 160 мг/м3).

Таблица 3

Параметры совместного действия винилхлорида и дихлорэтана, характеризующие область гигиенически значимых концентраций

МБ МРа МЯа МЕ/ ММдхэ мятоА МСк

4.6 100% 2.1 вреда. 3.1 1.7 0.7 0.2 0.1 аддитивн.

Из этой таблицы видно, что совместное действие ВХ и ДХЭ в данной области вызывает значительное отклонение состояния организма группы подопытных животных от "идеала", которое у 100% особей выходит за пределы "нормы", что позволяет характеризовать данное воздействие как вредное. При этом ВХ в большей степени,

чем ДХЭ, влияет как на величину отклонения состояния организма от наблюдаемого у контрольных животных, так и на вероятность наступления вредного эффекта. И, наконец, величина модификации, значимо не отличающаяся от нуля, свидетельствует об аддитивном характере действия данных агентов в рассматриваемой области концентраций.

Известно, что первым этапом обоснования безопасных уровней, в том числе их предельно допустимых величин, является установление области недействующих доз (концентраций). При этом в качестве последних принимаются уровни, которые признаются неэффективными на всех стадиях процесса. Их можно определить с помощью модели дозовременной зависимости токсического эффекта, подставляя в нее соответствующие значения эффекта.

Как было показано ранее, неэффективным является воздействие, при котором показатели ¿"и Яа одновременно равны соответственно единице и нулю или не превышают эти значения. В этом случае искомые неэффективные уровни можно найти из следующей системы неравенств:

%Ц}<о[ (22)

Очевидно, что неэффективными будут только те дозы ( концентрации), которые удовлетворяют все ограничения данной системы. Подставляя в их левые части интересующие уровни воздействия, можно проверить, сохраняются ли указанные неравенства. В случае нарушения хотя бы одного из них данные уровни нельзя признать неэффективными.

Таким образом, данная система является математическим описанием (или моделью) неэффективных доз агентов. Каждое ее ограничение представляет собой выражение, связывающее уровни всех веществ, входящих в данную комбинацию. Это свидетельствует о том, что одна и та же доза ксенобиотика может образовывать с различными уровнями других агентов как эффективные, так и неэффективные сочетания. Отсюда видно, что в отличие от изолированного при совместном действии в общем случае можно говорить только о неэффективных сочетаниях уровней, а не о конкретных недействую-

щих дозах каждого из веществ.

Для наглядности на рисунке 3 изображена такая область для совместно действующих винилхлорида и дихлорэтана, описываемая системой ограничений, полученной из ранее представленных моделей дозовременных зависимостей токсического эффекта.

1п Сдхэ

¿•12

V '••. 10-

К/ , 8

''--б

\ 4

А.' »

2 • ' •

-Ю -8 -6-4 -2 -.4 10 "

-2 Г4, \

-4

-6 1 *ч

-8 А

Рис.3. Область неэффективных сочетаний концентраций винилхлорида и дихлорэтана (точка А - сочетание уровней, соответствующих ПДК ВХ и ДХЭ)

На этом рисунке прямыми линиями изображены границы областей, определяемых ограничениями системы, а сами области указаны стрелками. Общая их часть (ограничена жирными линиями) представляет собой область неэффективных сочетаний концентраций ВХ и ДХЭ. Точка А, соответствующая сочетанию предельно допустимых концентраций ВХ и ДХЭ (соответственно 5 и 10 мг/м3), лежит вне области неэффективных сочетаний. Следовательно, совместное действие ВХ и ДХЭ на этих уровнях вызывает неблагоприятный эффект.

Если придерживаться принципов, лежащих в основе оценки безопасных, в том числе предельно допустимых, уровней изолиро-

ванно действующих агентов, то для получения модели, описывающей область безопасных сочетаний доз (концентраций) совместно действующих веществ, достаточно в модели, описывающей их неэффективные сочетания, заменить уровни агентов на уровни, умноженные на соответствующие коэффициенты запаса:

/ = 1 ,т

(23)

где ки - коэффициент запаса для i- го агента.

Полученная таким образом система ограничений представляет собой модель, описывающую область безопасных сочетаний совместно действующих веществ. При этом границы данной области оказываются сдвинутыми параллельно границам области неэффективных сочетаний в сторону более низких уровней. При практическом использовании данной системы необходимые для ее идентификации коэффициенты запаса могут определяться с использованием тех же подходов, что и при их установлении для изолированно действующих агентов с учетом параметров совместного действия, характеризующих этот процесс в области низких, гигиенически значимых уровней.

Нетрудно видеть, что систему ограничений (23), описывающую область безопасных сочетаний, можно использовать в качестве гигиенического регламента для данной комбинации веществ аналогично тому, как это делается с помощью формулы Аверьянова. Отличие в этих методах состоит в том, что предлагаемый способ основан на информации о реально наблюдаемом поведении изучаемой смеси агентов, а формула Аверьянова предполагает некоторое гипотетическое (изоэффективное) действие агентов, чрезвычайно редко встречающееся на практике.

Очевидно, что в том случае, когда объекты окружающей среды содержат эффективные сочетания уровней, необходимо соответствующими мероприятиями изменять концентрации вредных вещестг до величин, образующих безопасные сочетания. В связи с этим возникает достаточно сложная проблема, заключающаяся в следующем.

Так как небезопасные сочетания находятся за пределами установленной области, задача состоит в достижении таких концентраций, которые приводят к образованию сочетания, расположенного, по крайней мере, на ее границе. Однако, поскольку эта граница образована бесконечно большим числом сочетаний, существует такое же количество вариантов изменения реально наблюдаемых уровней воздействия, что весьма затрудняет решение поставленной задачи. Эта ситуация принципиально отличается от той, которая возникает в случае превышения предельно допустимых уровней изолированно действующих веществ и при которой существует единственный вариант - снижение концентрации до величины ПДК. На наш взгляд, указанную проблему можно решить следующим образом.

Очевидно, что хотя все сочетания, образующие безопасную область, с токсиколого-гигиенической точки зрения равнозначны, они могут отличаться друг от друга по другим критериям, на которые можно ориентироваться при выборе конкретной комбинации уровней. В этом случае задача состоит в определении такого сочетания, которое в большей степени, чем остальные, отвечает выбранному критерию и, следовательно, является с этой точки зрения оптимальным.

Легко видеть, что эта задача является типичной задачей оптимизации и может быть решена методами исследования операций (X.Taxa, 1985). Используемый при этом принцип установления оптимального сочетания проиллюстрируем на следующем примере.

Так, одним из практически важных критериев оптимальности является минимизация затрат на проведение соответствующих природоохранных мероприятий. Если известна целевая функция, связывающая уровни вредных веществ, получаемые при реализации мероприятий, и затраты, необходимые доя их достижения, то задачу оптимизации можно сформулировать следующим образом:

определить значения уровней diopt, при которых достигается

min Z=Z{dt} (24)

при выполнении ограничений

St{k„-dt}ül'

/ = 1,Г

где: Z - критерий оптимальности (в данном случае затраты на достижение заданных уровней);

Z{dj}- функция, связывающая значения 2 с величинами достигаемых уровней.

Используя известные методы, в том числе линейного и нелинейного программирования, можно определить конкретные величины

d-i opt -

Согласно теории исследования операций уровни, получаемые при решении этой задачи, образуют сочетание, находящееся на границе области безопасных сочетаний. При этом конкретные значения данных концентраций определяются видом и параметрами целевой функции затрат, которые, в свою очередь, зависят от конкретной обстановки (существующих концентраций; количества, расположения и мощности источников загрязнения; климатических и метеорологических условий и т.д.) в том регионе, населенном пункте или другом объекте, в котором предполагается проведение соответствующих мероприятий. Отсюда следует, что для разных объектов оптимальные безопасные сочетания концентраций одной и той же комбинации вредных агентов будут различными.

В работе показано, что уровни, образующие оптимальные безопасные сочетания, обладают теми же свойствами, что и ПДК изолированно действующих агентов, а именно: увеличение любого из них приводит к образованию небезопасных сочетаний, а снижение - безопасных. Поэтому эти концентрации можно определить как оптимальные для данного объекта предельно допустимые концентрации соответствующей комбинации вредных веществ и дальнейший контроль за их содержанием веста так же, как и с помощью обычных ПДК.

ПРОБЛЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ

Проблему планирования, заключающуюся в минимизации экспериментальной части изучения совместного действия агентов, предлагается решать методами теории математического планирования экспериментов (МПЭ) (В.В.Федоров, 1971) путем выбора планов, состоящих из минимально возможного количества опытов (изучаемых сочетаний уровней действия факторов), позволяющих получить ма-

тематические модели дозовых зависимостей токсического эффекта, обладающие достаточно хорошими статистическими свойствами. Эти планы называются оптимальными насыщенными планами и состоят из такого числа опытов, которое равно количеству неизвестных коэффициентов модели.

Наилучшими насыщенными планами для идентификации моделей вида (13) являются планы топа 2й (А.М.Лисенков, 1979), включающие в себя 2Л' опытов, где N - число изучаемых агентов. Эти же планы или определенным образом выбранные их части (реплики) можно использовать и для идентификации моделей (14). При этом следует выбирать реплики, число опытов в которых возможно более близко к количеству определяемых параметров модели.

В свою очередь, для того, чтобы получить модель (15) предлагается использовать оптимальные насыщенные планы первого порядка (В.Г.Горский и др., 1968), состоящие из N + 1 опыта, в том числе планы типа СШ) со смещением (В.Г.Горский и др., 1973).

При изучении двух-трех агентов в том случае , если имеются достаточные материальные ресурсы, целесообразно получать модели вида (13) или (14), реализуя планы типа V. При этом для двух агентов такой план, включающий 4 опыта, является насыщенным для моделей (13) или (14) (для этого числа агентов данные модели совпадают). Для трех агентов он будет насыщенным для модели (13) (8 опытов) и близким к таковому при идентификации модели (14) (в последнем случае насыщенным является план, состоящий из 7 опытов).

Что касается изучения четырех и более совместно действующих веществ, то здесь предлагается для описания дозовых зависимостей использовать, в основном, модели (15), поскольку (13) и (14) в этом случае требуют реализации планов, включающих большое число опытов. При ограниченности ресурсов модель (15) рекомендуется и для описания эффекта действия двух и трех соединений.

Указанные планы для изучения совместного действия от двух до девяти ксенобиотиков приведены ниже. При этом столбцы планов соответствуют агентам, а строки - опытам с указанными сочетаниями уровней воздействия ( -1 обозначает минимальный уровень из изучаемого интервала, а 1 - максимальный).

Планы тина 2Л', рекомендуемые для изучения совместного действия N=2 и N=3 агентов при описании дозовых зависимостей моделями вида (13), (14)

N = 2

-1 1 1

N = 3

Планы типа С\М), рекомендуемые для изучения совместного действия от N = 1 до ]$■= 9 агентов при описании дозовых зависимостей моделями вида (15)

N = 2

-1 -Г -1 1 1 -1

N=3

-1 1

1 -1 -1

-1 1-1

1 1 1

N=4

N-=5

N=6

N=9

ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ АГЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДОЛОГИИ

Токсиколого-гигиеническое изучение совместного действия агентов с помощью разработанной методологии предполагает реализацию ряда последовательных взаимоувязанных этапов. В самом общем виде их можно представить следующим образом.

На первом этапе, используя существующие рекомендации и указания по изучению и регламентированию вредных агентов в соответствующем объекте окружающей среды, определяются условия экспе-

римента (вид и пол подопытных животных; режим, длительность, путь и уровни воздействия; изучаемые показатели состояния организма животных; сроки наблюдения и т.д.).

Далее, ориентируясь на поставленные задачи, количество изучаемых агентов и имеющиеся ресурсы, выбирается вид математической модели, с помощью которой будут описываться многофакторные дозовые зависимости токсического эффекта. Затем, на основании выбранного вида модели определяется оптимальный, в том числе наиболее экономный план эксперимента, который позволит получить информацию, необходимую и достаточную для оценки неизвестных коэффициентов выбранной модели.

В случае необходимости установления параметров модификации эффекта (характера совместного действия и интенсивности модификации) в эксперимент также включаются группы животных, предназначенные для установления токсического эффекта при изолированном действии изучаемых агентов. При этом величина и количество изучаемых уровней воздействия определяется поставленной задачей (для оценки модификации при конкретном сочетании уровней или для получения математической модели дозовой зависимости модификации), а все остальные условия эксперимента принимаются теми же, что и при изучении совместного действия.

Второй этап заключается в реализации выбранного плана эксперимента и получении значений исходных показателей, содержащих информацию о состоянии организма животных в установленные сроки наблюдения.

На третьем этапе для всех групп животных и всех сроков наблюдения рассчитываются обобщенные градированные и альтернативные показатели токсического эффекта, а затем для каждого срока с использованием обычных регрессионных методов строятся математические модели многофакторных дозовых зависимостей реально наблюдаемого эффекта, а при необходимости - аддитивного эффекта и модификации.

И, наконец, на четвертом этапе с помощью предлагаемых методов определяются параметры изучаемого процесса и устанавливаются области неэффективных и безопасных сочетаний уровней воздействия, а при необходимости - сочетания, оптимальные в задаваемом смысле.

33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использованный в данной работе системный подход позволил, основываясь на общепринятых приемах и способах токиколого-ги-гиенического изучения вредных агентов, разработать методологию, состоящую из взаимоувязанных методов решения основных проблем, возникающих при изучении совместного действия ксенобиотиков. 1

Особенностью данной методологии является то, что она пригодна при гигиеническом регламентировании любых вредных факторов в любых объектах среды, а составляющие ее методы, в отличие от известных, не накладывают принципиальных ограничений на число изучаемых агентов. При этом изолированное действие веществ в рамках данной методологии может рассматриваться как частный случай более общего типа действия - совместного, что позволяет во всех случаях использовать одни и те же методы. Все это, вместе взятое, позволяет характеризовать разработанную методологию как универсальную для токсиколого-гигиенического изучения ксенобиотиков.

Основные проблемы, которые решает данная методология, являются общими для любых исследований, связанных с изучением действия ксенобиотиков. С этой точки зрения она также имеет универсальный характер, что позволяет рассматривать ее как общую методологию изучения биологической активности агентов. При этом входящие в нее методы могут использоваться при решении самых разнообразных задач, в том числе при разработке лекарственных средств, выборе состава композиций, обладающих заданными технологическими и (или) эксплуатационными свойствами и одновременно минимально возможной токсичностью, и т.д., и т.п.

Необходимо также отметить, что предлагаемая методология открывает некоторые новые возможности для повышения эффективности токсиколого-гигиенических исследований и качества получаемых при этом результатов.

Так, учитывая то обстоятельство, что изолированное действие вредных агентов встречается чрезвычайно редко, представляется целесообразным отказаться от регламентирования каждого из них в отдельности, как основного способа профилактики воздействия загрязнений на человека, и перейти к гигиеническому нормированию ком-

бинаций ксенобиотиков, постоянно или наиболее часто присутствующих в соответствующих объектах окружающей среды, например, в воздухе рабочей зоны предприятий данной отрасли промышленности или в атмосферном воздухе крупных населенных мест и т.д., и т.п. В этом случае можно было бы устанавливать для данной конкретной комбинации единый гигиенический регламент в виде соответствующей математической модели, описывающей область безопасных сочетаний уровней воздействия данных агентов, а затем для каждого отдельного объекта природоохранных мероприятий ( производства, населенного пункта и т.д.) при необходимости определять оптимальные величины ПДК всех веществ, входящих в эту комбинацию.

Такой подход позволил бы, во-первых, значительно повысить надежность гигиенических регламентов и снизить вероятность неблагоприятных сдвигов в состоянии здоровья контингентов, подвергающихся одновременному воздействию большого числа вредных агентов, во-вторых - увеличить эффективность природоохранных мероприятий и уменьшить связанные с ними издержки путем установления оптимальных с этой точки зрения безопасных сочетаний уровней и, наконец, резко увеличить эффективность и уменьшить стоимость токсиколого-гигиенических исследований, поскольку для изучения изолированного действия заданного числа агентов потребуется, по меньшей мере, в три раза больше ресурсов, чем для исследования действия комбинации из этих же ксенобиотиков.

ВЫВОДЫ

1. Разработанная методология токсиколого-гигиенического изучения и регламентирования совместно действующих ксенобиотиков представляет собой систему взаимоувязанных методов решения следующих основных проблем: а) проблемы планирования, заключающейся в минимизации экспериментальной части исследования до объемов, близких к тем, которые реализуются при изучении изолированного действия агентов; б) проблемы моделирования, состоящей в свертке (редукции) полученной в эксперименте информации до вида, приемлемого для решения задач, связанных с обоснованием гигиени-

¡еских регламентов; в) проблемы анализа данных, заключающейся в определении основных характеристик процесса и установлении безо-[асных сочетаний уровней агентов для обоснования гигиенических югламентов.

2. Линейные насыщенные планы регрессионных экспериментов, ребующие при изучении совместного действия N агентов использо-ания 1 группы подопытных животных, позволяют довести экс-[ериментальную часть исследований до минимально возможных |бъемов, достаточных для решения задач, связанных с обоснованием игиенических регламентов.

3. Обобщенные показатели токсического эффекта дают количе-твенную оценку реакции организма отдельной особи и группы жи-отных на воздействие, позволяют установить распределение животных по величине реакции и оценить вероятность наступления вред-юго эффекта.

4. Обобщенный показатель модификации токсического эффекта гозволяет количественно оценить отклонение реально наблюдаемого ффекта от ожидаемого при аддитивном действии агентов и опреде-[ить его характер (аддитивный, более или менее чем аддитивный).

5. Обобщенные показатели токсического эффекта и его модифи-:ации, а также математические модели их дозовых зависимостей по-воляют свернуть полученную в эксперименте информацию о совме-:тном действии агентов до вида, приемлемого для ее анализа и реше-1ия задач, связанных с обоснованием гигиенических регламентов.

6. Критерии вредного действия, учитывающие реакцию организ-т каждого из животных в отдельности (индивидуальный способ щенки вредности воздействия), более надежны, чем критерии, ис-юльзующие усредненные показатели реакции организма группы жи-ютных (групповой способ оценки вредности воздействия).

7. Одновременное использование индивидуального и группового :пособа оценки вредности воздействия позволяет дифференцировать то на три градации: неэффективное; эффективное, но не вредное; (редное.

8. Дозовременная зависимость токсического эффекта и его мо-щфикации описывается совокупностью математических моделей до-;овых зависимостей этих показателей, определенных в различные гоменты развития процесса.

9. Математические модели дозовремснных зависимостей токсического эффекта и его модификации, позволяют определить следующие параметры процесса, необходимые для обоснования гигиенических регламентов:

а) влияние каждого из агентов на величину токсического эффекта и параметры модификации (се интенсивность и характер совместного действия);

б) величину токсического эффекта, характер совместного действия, интенсивность модификации, влияние каждого из агентов на эти показатели при действии неизученных в эксперименте сочетаний уровней ксенобиотиков, а также средние значения этих параметров, характеризующие действие веществ в заданной области доз (концентраций);

в) область неэффективных сочетаний доз (концентраций) агентов;

г) область безопасных сочетаний доз (концентраций) агентов;

д) оптимальные в задаваемом смысле сочетания уровней воздействия.

10. В общем случае оптимальные предельно допустимые уровни агентов, действующих в одной и той же комбинации, различны для разных объектов санитарного надзора (регионов, территорий, населенных пунктов, предприятий и т.п.). При заданном критерии оптимальности, например, состоящем в требовании минимизации затрат на достижение в данных объектах безопасных концентраций, они могут быть определены известными методами теории исследования операций.

11. Разработанная методология имеет универсальный характер и может использоваться как для регламентирования любых факторов, присутствующих в любых объектах окружающей среды, так и для изучения биологической активности разнообразных смесей и композиций и определения их оптимального состава или соотношения компонентов. При этом она не накладывает принципиальных ограничений на количество изучаемых агентов и включает в себя, как частный случай, методологию токсиколого-гигиенического изучения изолированно действующих ксенобиотиков.

СПИСОК

основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Интегральная оценка состояния организма животных в токси-юлого-гигиенических экспериментах // Гиг. и сан,- 1986.- N 9.- С.47-

2. К вопросу о количественных критериях модифицирующего влияния внешних факторов на канцерогенез, вызванный химическими веществами // Тезисы докладов Всесоюзной научной конферен-дии "Проблемы создания и совершенствования автоматизированных шформационных систем охраны труда, окружающей среды и здоро-?ья населения промышленных городов" (Ангарск, 17-18 октября 1986 .).- Ангарск, 1986. - С.161-162 (в соавт. с Бенеманским В.В., Леви-гойВ.Я.).

3. Комбинированное действие многокомпонентных газовых смелей, критерии и методы его оценки // Тезисы докладов Всесоюзной яаучной конференции "Проблемы создания и совершенствования автоматизированных информационных систем охраны труда, окружающей среды и здоровья населения промышленных городов" [Ангарск, 17-18 октября 1986 г.). - Ангарск, 1986,- С.191-192 (в соавт. с Моисеевым Г.Г.).

4. Методические подходы к изучению модифицирующих канце-" рогенез факторов // Сборник научных трудов: "Методологические аспекты гигиенического исследования сочетанных и комбинированных воздействий". - М., 1986.- С.77-81 (в соавт. с Бенеманским В.В.).

5. О методике экспериментального изучения факторов, модифицирующих канцерогенез // Вопр. онкол.- 1987,- N2,- С.74-79 (в соавт. с Бенеманским В.В., Литвиновым Н.Н.).

6. Модифицирующее влияние этилового спирта и витамина С на канцерогенез, вызванный нитрозодиметиламином // Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума " Канцерогенные ЛЧштрозосоединения и их предшественники - образование и определение в окружающей среде" (Таллин, 28-29 апреля 1987 г.). - Таллин, 1987. - С.69-70 (в соавт. с Бенеманским В.В.).

7. Некоторые подходы к изучению модификации канцерогенеза (на примере совместного действия нитрозодиметиламина, этанола и витамина С) // Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума " Кан-

церогенные Л'-нитрозосоединешш и их предшественники - образование и определение в окружающей среде" (Таллин, 28-29 апреля 1987 г.). - Таллин, 1987. - С.73-75 (в соавт. С Бенеманским В.В.).

8. О зависимости "доза-эффект" в связи с изучением совместного действия химических канцерогенов // Вопр. онкол.- 1988.- N 3.-С.322-330.

9. О методологии экспериментального изучения совместного действия ксенобиотиков // Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Проблемы мониторинга за здоровьем населения промышленных городов" (Ангарск, 21-22 июня 1989 г.). Часть II, III. - Ангарск, 1989. - С. 159 (в соавт. с Бенеманским В.В.).

10. Модифицирующее влияние аскорбиновой кислоты на канцерогенез, вызванный нитрозодиметиламином // Вопр. онкол,- 1990,- N 3,- С.327-331 (в соавт. с Бенеманским В.В., Левиной В.Я.).

11. Методические основы экспериментального изучения совместного действия ксенобиотиков // Гиг. и сан,- 1990,- N4,- С.71-75.

12. Методология экспериментального изучения канцерогенности совместно действующих химических агентов // Вопр. онкол.- 1990. -iV7.-C.785 -791.

13. К оценке комбинированного действия винилхлорида и дихлорэтана // Тезисы докладов республиканской конференции " Современные проблемы и методические подходы к изучению влияния факторов производственной и окружающей среды на здоровье человека" (Ангарск, 1993). - АнгарскД993. - С.167 - 169 (в соавт. с Бенеманским В.В., Лемешевской Е.П.).

14. Системный подход к построению методологии токсиколого-гигиенического изучения совместного действия ксенобиотиков // Тезисы докладов I Всеросийской конференции токсикологов (С,-П.,1995). Т. 2. - С.-П.Д995. - С.11.