Devas iedarbības grafiks. Devas un reakcijas attiecība

Vispārīgas piezīmes

Toksiskā procesa izpausmju spektru nosaka toksikanta struktūra. Tomēr attīstošā efekta smagums ir atkarīgs no aktīvās vielas daudzuma.
Lai apzīmētu vielas daudzumu, kas iedarbojas uz bioloģisku objektu, tiek lietots devas jēdziens. Piemēram, toksiskas vielas ievadīšana 500 mg apjomā žurkas, kas sver 250 g, un truša, kas sver 2000 g, kuņģī nozīmē, ka dzīvnieki saņēma devas, kas vienādas attiecīgi ar 2 un 0,25 mg/kg (jēdziens " deva" tiks sīkāk apspriests tālāk).
Atkarību no devas un ietekmes var izsekot visos dzīvās vielas organizācijas līmeņos: no molekulārās līdz populācijai. Šajā gadījumā lielākajā daļā gadījumu tiks reģistrēts vispārējs modelis: palielinoties devai, palielinās sistēmas bojājuma pakāpe; procesā tiek iesaistīts arvien lielāks skaits to veidojošo elementu.
Atkarībā no efektīvās devas gandrīz jebkura viela noteiktos apstākļos var būt kaitīga organismam. Tas attiecas uz toksiskām vielām, kas darbojas gan lokāli (1. tabula), gan pēc rezorbcijas iekšējā vidē (2. tabula).

1. tabula. Atkarība starp formaldehīda koncentrāciju ieelpotā gaisā un toksiskā procesa smagumu

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

2. tabula. Saistība starp etanola koncentrāciju asinīs un toksiskā procesa smagumu

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

"Devas-efekta" atkarības izpausmi būtiski ietekmē organismu iekšējā un starpsugu mainīgums. Patiešām, indivīdi, kas pieder vienai sugai, būtiski atšķiras viens no otra bioķīmisko, fizioloģisko un morfoloģisko īpašību ziņā. Šīs atšķirības vairumā gadījumu ir saistītas ar to ģenētiskajām īpašībām. Vēl izteiktākas to pašu ģenētisko īpašību, starpsugu atšķirību dēļ. Šajā sakarā konkrētas vielas devas, kurās tā rada bojājumus vienas un turklāt dažādu sugu organismiem, dažkārt ļoti būtiski atšķiras. Līdz ar to "devas-efekta" atkarība atspoguļo ne tikai toksiskās vielas, bet arī organisma, uz kuru tas iedarbojas, īpašības. Praksē tas nozīmē, ka, veicot eksperimentu ar dažādiem bioloģiskiem objektiem, ir jāveic kvantitatīvs toksicitātes novērtējums, pamatojoties uz devas un ietekmes attiecības izpēti, un iegūto datu apstrādei obligāti jāizmanto statistikas metodes.

Devas un iedarbības attiecība atsevišķu šūnu un orgānu līmenī

2.1. Iepriekšējas piezīmes

Vienkāršākais objekts, kas nepieciešams toksiskas vielas bioloģiskās iedarbības reģistrēšanai, ir šūna. Pētot toksiskās iedarbības mehānismus, šis noteikums bieži tiek izlaists, koncentrējoties uz ķīmiskās vielas un mērķa molekulu mijiedarbības īpašību novērtēšanu (skatīt iepriekš). Šī vienkāršotā pieeja, kas pamatota ar agrīnās stadijas darbu, ir pilnīgi nepieņemama pārejā uz toksikoloģijas galvenās likumsakarības – "devas-efekta" atkarības – izpēti. Šajā posmā ir jāizpēta visa bioloģiskā objekta efektora aparāta reakcijas kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības uz pieaugošām toksīna devām un jāsalīdzina tās ar ksenobiotikas darbības likumiem molekulārā līmenī.

2.2. Pamatjēdzieni

Receptora koncepcija par toksisko vielu iedarbību uz šūnu vai orgānu liecina, ka tās pamatā ir vielas ar noteiktu bioloģisko struktūru - receptoru - reakcija (sk. sadaļu "Darbības mehānisms"). Šīs idejas visdziļāk tika izstrādātas pētījumos par ksenobiotiku mijiedarbības modeļiem ar selektīviem endogēno bioregulatoru receptoriem (neirotransmiteri, hormoni utt.). Tieši šāda veida eksperimentos tiek noteiktas galvenās likumsakarības, kas ir "devas un ietekmes" atkarības pamatā. Ir vispāratzīts, ka vielas kompleksa veidošanās process ar receptoru pakļaujas masas iedarbības likumam. Tomēr idejas, kas ļauj saistīt šīs primārās reakcijas kvantitatīvos un kvalitatīvos raksturlielumus un ietekmes smagumu uz vienotas bioloģiskās sistēmas daļu, joprojām ir hipotētiskas. Lai pārvarētu radušās grūtības, ir ierasts izdalīt divas ksenobiotikas toksikometriskās īpašības:
1. Afinitāte - atspoguļo toksiskās vielas afinitātes pakāpi pret šāda veida receptoriem;
2. Efektivitāte - raksturo vielu spēju radīt noteiktu efektu pēc mijiedarbības ar receptoru. Tajā pašā laikā ksenobiotikas, kas atdarina endogēnā bioregulatora darbību, sauc par tā agonistiem. Vielas, kas bloķē agonistu darbību, sauc par antagonistiem.

2.3. afinitāte

Toksiskas vielas afinitātes mērīšana pret receptoru faktiski ir eksperimentāls pētījums par saistību starp inkubācijas barotnei pievienotās vielas daudzumu un mijiedarbības rezultātā izveidotā toksīna-receptoru kompleksa daudzumu. Parastā metodiskā tehnika ir radioligandu pētījumi (skatīt iepriekš).
Izmantojot masas iedarbības likumu afinitātes noteikšanai, jāņem vērā, ka pētnieks zina satura kvantitatīvos raksturlielumus tikai viena procesa dalībnieka - toksīna [P] vidē. Reakcijā iesaistīto [R]T receptoru skaits vienmēr nav zināms. Ir metodoloģiskie paņēmieni un pieņēmumi, kas ļauj pārvarēt šo sarežģītību eksperimenta laikā un iegūto rezultātu apstrādes analīzes stadijā.

2.3.1."Toksiskās vielas-receptoru" mijiedarbības apraksts saskaņā ar masu darbības likumu

Vienkāršākajā gadījumā tiek izmantotas otrās kārtas reakcijas kinētiskās īpašības, lai aprakstītu vielas un receptora kompleksa veidošanās procesu.

Saskaņā ar masu darbības likumu:

K D ir "toksiskās vielas-receptoru" kompleksa disociācijas konstante.
1/K D - asociatīvā procesa konstante, ir toksiskas vielas afinitātes pret receptoru mērs.
Tā kā kopējais receptoru skaits pētāmajā sistēmā (šūnu kultūra, izolēts orgāns utt.) ir brīvo [R] un receptoru summa, kas ir mijiedarbojušies ar vielu, tad:

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

Ņemot vērā vienādojumus (2) un (3), mums ir

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

Receptora piesātinājuma pakāpe ar toksisko vielu "y" ir ar vielu saistīto receptoru attiecība pret kopējo receptoru skaitu. Tā kā izveidotā kompleksa daudzumu var noteikt eksperimentāli, kļūst iespējams aprēķināt K D vērtību saskaņā ar (4) vienādojumu. Grafiskā attēlojumā receptoru piesātinājuma atkarība no toksiskās vielas koncentrācijas vidē ir hiperbola forma, ko var izmantot arī, lai noteiktu disociācijas konstantes vērtību.

2.3.2. Sarežģītāki "toksisko vielu-receptoru" mijiedarbības modeļi

Eksperimentāli iegūtās līknes par toksisko vielu saistīšanos ar receptoriem bieži ir stāvākas vai plakanākas, nekā gaidīts no masas iedarbības likuma. Dažreiz tiek atklātas līknes ar kompleksu atkarību no receptora piesātinājuma pakāpes ar toksisku vielu no tā koncentrācijas. Šīs novirzes parasti izskaidro trīs apstākļi:
1. Reakcija starp vielu un receptoru nav bimolekulāra. Šajā gadījumā ir nepieciešama cita atkarības precizēšanas forma, nevis tā, kas attēlota vienādojumā (4):

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

Kur n (Dzīst konstante) - formāli atspoguļo toksisko vielu molekulu skaitu, kas iesaistītas viena "toksiskās vielas-receptoru" kompleksa veidošanā.
2. Receptora populācija, ar kuru toksiskā viela mijiedarbojas, ir neviendabīga. Tātad, ja bioloģiskajā objektā vienādos daudzumos ir divi receptoru apakštipi, kas 3 reizes atšķiras kompleksa "toksiskā-receptoru" asociācijas konstantes vērtībā, tad pētāmās atkarības heal konstantes kopējā vērtība būs būt 0,94. Ar lielām asociācijas konstantu vērtību atšķirībām tās integrālā vērtība atšķirsies no 1,0 vēl lielākā mērā.
3. Noteiktu ietekmi uz "toksiskā-receptoru" kompleksa veidošanās procesu iedarbojas tādas parādības kā receptora konformācijas izmaiņas, tā atsevišķo apakšvienību kooperativitāte un dažādi allosteriskie efekti. Tādējādi toksisko vielu un receptoru saistīšanās līknei bieži ir S formas forma. Tas norāda uz blakus esošo toksisko vielu un makromolekulu saistīšanās vietu savstarpējo ietekmi (piemēram, kompleksa veidošanās ar vienu receptora apakšvienību izraisa tā afinitātes izmaiņas pret citām, brīvām apakšvienībām). Līdzīgs efekts tiek novērots, pētot acetilholīna saistīšanos ar audu membrānu preparātu, kas satur holīnerģisko receptoru. Brīvā [ 3 H]-acetilholīna koncentrācijas palielināšanās inkubācijas vidē ir saistīta ar vielas afinitātes palielināšanos pret receptoru proteīniem (1. attēls). Vietējais anestēzijas līdzeklis prilokaīns, ja to pievieno inkubācijas videi, izjauc receptoru kooperativitātes fenomenu un tādējādi ierobežo acetilholīna afinitātes palielināšanos pret tiem. Par to liecina atkarības līknes "saistīšanās - toksiskās vielas koncentrācija" formas maiņa un tās transformācija no S formas uz parasto hiperbolisko.

1. attēls. Prilokaīna ietekme uz acetilholīna saistīšanos ar holīnerģisko receptoru (J.B. Cohen et al., 1974)

2.4. Efektivitāte

Daudzi eksperimenti ir parādījuši, ka starp vielas spēju veidot kompleksu ar noteikta veida receptoru un no tā izrietošās bioloģiskās iedarbības smagumu (piemēram, zarnu sienas gludo muskuļu šķiedru kontrakcija, sirdsdarbības ātruma izmaiņas, sekrēcija ar dziedzeri utt.), ne vienmēr pastāv tieša saistība . Lai aprakstītu eksperimentālo pētījumu rezultātus, kuros šī atkarība tika pētīta, ir ierosinātas vairākas teorijas.
Kā minēts iepriekš, visas toksiskās vielas, kas mijiedarbojas ar receptoru, var nosacīti iedalīt agonistos un antagonistos. Šajā sakarā turpmāk, apzīmējot toksiskas vielas koncentrāciju barotnē, tiks izmantoti attiecīgi šādi simboli: [A] - agonista koncentrācija; [B] - antagonista koncentrācija.

2.4.1. Okupācijas teorijas

Pati pirmā no piedāvātajām teorijām piederēja Klārkam (1926), kurš ierosināja, ka novērotā efekta apjoms ir lineāri saistīts ar toksiskās vielas aizņemto receptoru skaitu (/[R]).
Kā izriet no (4) vienādojuma

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

Kur E A - agonista iedarbības smagums pielietotajā koncentrācijā;
E M - maksimāli iespējamā ietekme uz pētāmās bioloģiskās sistēmas daļu;
K A ir agonistu-receptoru kompleksa disociācijas konstante.
Saskaņā ar Klārka teoriju 50% efekts attīstās pie agonista devas, kurā ir aizņemti 50% receptoru ([A] 50). Šo vielas devu sauc par vidējo efektīvo (ED 50).
Līdzīgi, saskaņā ar masu iedarbības likumu, antagonists mijiedarbojas arī ar receptoru, neizraisot efektu

K B \u003d [V] [R]/[BR] (8)

Kur K B ir kompleksa "receptors-antagonists" disociācijas konstante.
Ja agonists un antagonists iedarbojas uz receptoru vienlaicīgi, tad, dabiski, samazinās to receptoru skaits, kas spēj saistīties ar agonistu. Kopējo receptoru skaitu bioloģiskā objektā var apzīmēt kā

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

Saskaņā ar aplūkojamo teoriju toksiskā viela var būt vai nu agonists, vai antagonists. Tomēr daudzu pētījumu rezultāti liecina, ka šāda vielu klasifikācija nav pietiekama, lai aprakstītu novēroto ietekmi. Tādējādi ir noskaidrots, ka maksimālais efekts, ko izraisa dažādi agonisti, kas iedarbojas uz vienu un to pašu receptoru sistēmu, nav vienādi.
Lai pārvarētu šo pretrunu, Stīvensons (1956) ierosināja trīs pieņēmumus:
- maksimālu efektu var izraisīt agonists pat tad, ja ir aizņemta tikai neliela daļa receptoru;
- attīstošais efekts nav lineāri saistīts ar aizņemto receptoru skaitu;
- toksiskajām vielām ir nevienlīdzīga efektivitāte (relatīvā stimulējošā aktivitāte), t.i. spēja radīt efektu, mijiedarbojoties ar receptoru. Līdz ar to vielām ar atšķirīgu efektivitāti, lai radītu vienādu ietekmi smaguma ziņā, ir jāieņem atšķirīgs skaits receptoru.
Saskaņā ar šīm idejām iedarbības stiprums ir atkarīgs ne tikai no aizņemto receptoru skaita, bet arī no noteikta stimula "S" lieluma, kas veidojas "toksiskā-receptoru" kompleksa veidošanās laikā:

E A/E M = (S) = (e/[R] T) = (ey A) (10)

Kur e ir bezizmēra vērtība, kas raksturo agonista efektivitāti. Saskaņā ar Stīvensona teikto, tas ir toksikoloģiskas vielas spējas radīt efektu, veidojot kompleksu ar receptoru. Kvantitatīvi Stīvensons noteica e = 1 ar nosacījumu, ka vielas iedarbības maksimālā ietekme uz biosistēmu ir 50% no šīs biosistēmas teorētiski iespējamās reakcijas uz aizraujošu stimulu.
Furčgots (1964) ierosināja, ka "e" vērtība ir tieši atkarīga no kopējās receptoru koncentrācijas bioloģiskajā sistēmā [R] T, un ieviesa papildu jēdzienu vielas "iekšējā efektivitāte" (), kuras vērtība ir apgriezti proporcionāls receptoru koncentrācijai sistēmā

E/[R] T (11)

Kā izriet no (10) vienādojuma

E A/E M = ([R] T y A) (12)

Izteiksmes (6) aizstāšana vienādojumā (12) noved pie

E A/E M = (e[A]/([A] + K)) (13)

Ja mijiedarbībai ar agonistu gatavu receptoru koncentrācija samazinās q reizes (ar antagonista neatgriezenisku receptoru bloķēšanu), tad pētāmās vielas reālā efektivitāte kļūst vienāda ar qe, tad vienādojums (13) iegūst formu.

E A * /E M * = (qe/( + K)) (14)

Šis modelis ir grafiski parādīts 2. attēlā.

2. attēls. Histamīna ietekme uz jūrascūciņas tievās zarnas sagatavošanu apstākļos, kad palielinās dibenamīna receptoru blokāde (ED 50 = 0,24 μM; K A = 10 μM; e = 21) (R.F. Furchgott, 1966)

Vēl vienu koncepciju, kas ļauj aprakstīt sakarību starp vielas efektīvo koncentrāciju un attīstošā efekta smagumu, ierosināja Ariens (1954). Autors ierosina raksturot pētāmo vielu ar vērtību, kas apzīmēta kā "iekšējā aktivitāte" (E)

(E) = E A.MAX / E M (15)

Tā kā teorētiski iespējamo maksimālo efektu var noteikt eksperimentāli, tikai izmantojot spēcīgu agonistu, parasti E vērtība lielākajai daļai vielu ir diapazonā 0< Е <1. Для полного агониста Е = 1, Е антагониста равна 0.
Tādējādi maksimālais iespējamais bioloģiskā efekts var attīstīties, kad daļu receptoru aizņem toksīns. Šajā gadījumā noteikta skaita receptoru neatgriezeniska saistīšanās var izraisīt tikai devas-atbildes līknes nobīdi pa labi, nesamazinot maksimālās iedarbības apjomu. Tikai tad, kad tiek pārsniegta noteikta receptoru saistīšanās robeža ar antagonistu, maksimālā efekta apjoms sāk samazināties.
Parasti, pētot "devas-efekta" attiecības no profesiju teorijas viedokļa, toksīnu raksturošanai tiek noteikti šādi parametri:
1. K A - kompleksa "agonists-receptors" asociācijas konstante (pK A = -lgK A). Tā kā šīs vērtības vērtība bieži tiek novērtēta netieši (t.i., nevis pēc izveidotā toksiskā-receptoru kompleksa daudzuma, bet gan pēc efekta lieluma, kas rodas, barotnei pievienojot noteiktu daudzumu toksiskas vielas), pamatojoties uz koncepciju "stimuli", labāk runāt par "šķietamo" asociācijas konstanti.
2. EC 50 vai ED 50 - tādas toksiskas vielas koncentrācijas vai devas, kuru iedarbībā veidojas bioloģiskā objekta atbildes reakcija intensitātē, kas vienāda ar 50% no maksimāli iespējamā (RD 2 = -lgED 50).
3. K B - kompleksa "receptors-antagonists" disociācijas konstante. Konkurētspējīga antagonista potenciālu var izteikt tikai ar vienu parametru — receptoru afinitāti. Šis parametrs tiek novērtēts, kad inkubācijas barotnei ir obligāti jāpievieno agonists.

2.4.2."Mijiedarbības ātruma" teorija

Patons (1961) ierosināja "mijiedarbības ātruma" teoriju, lai izskaidrotu "devas un ietekmes" attiecību izpētes procesā atklātos datus, kas nav saprotami no okupācijas teorijas viedokļa.
Patons ierosināja, ka bioloģiskās sistēmas reakcijas smagumu uz vielas iedarbību nosaka ne tikai tās aizņemto receptoru skaits, bet arī ātrums, ar kādu viela mijiedarbojas ar receptoru un pēc tam atvienojas no tā. . Autore izmantoja šādu salīdzinājumu: receptors nav ērģeļu taustiņš, kuru ilgāk nospiežot, jo ilgāk rada skaņu, bet tas ir klavieru taustiņš - šeit skaņa tiek izvilkta trieciena brīdī, un tad pat ja ilgstoši turat taustiņu nospiestu, skaņa joprojām izzūd.
Saskaņā ar Patona teoriju spēcīgi agonisti ir vielas, kas ātri aizņem un ātri atstāj receptoru; Antagonisti ir vielas, kas ilgstoši saistās ar receptoru.

2.4.3. Receptoru konformācijas izmaiņu teorijas

Daudzām vielām devas un atbildes reakcijas līkne ievērojami atšķiras no hiperboliskas funkcionālās attiecības. Heal koeficients šīm līknēm nav vienāds ar 1 (skatīt iepriekš). Kā jau minēts, šīs pazīmes, kā arī devas-atbildes līkņu S formas raksturs dažkārt var izskaidrot ar receptoru proteīnu kooperatīvās mijiedarbības fenomenu. Ir arī pierādīts, ka daudzi ķīmiskie receptoru modifikatori (piemēram, ditiotreitols, sulfhidrilgrupu reducējošais līdzeklis), neatgriezeniski holīnerģisko receptoru blokatori (piemēram, α-haloalkilamīni), citas antiholīnerģiskas zāles (atropīns), konkurējoši muskuļu relaksanti, lokāli anestēzijas līdzekļi. , un daudzas citas vielas maina devas-atbildes līknes formu.agonistiem, pārvēršot to no S formas uz hiperbolisku.

Lai izskaidrotu šīs un citas no profesiju teoriju viedokļa grūti interpretējamas parādības (receptoru sensibilizācija un desensibilizācija agonistu iedarbībā), Katz un Theslef tālajā 1957. gadā, izmantojot muskuļu relaksantu darbības izpētes piemēru, izvirzīja. virzīt ciklisku (konformācijas) modeli toksiskas vielas mijiedarbībai ar receptoru.
Modelis ir balstīts uz priekšstatu, ka gan receptors [R], gan toksisko vielu-receptoru komplekss var būt aktīvā (RA, RP A) un neaktīvā (RI, RP I) stāvoklī. Tas shematiski parādīts 3. attēlā.

3. attēls. Toksiskas vielas un receptoru mijiedarbības shēma saskaņā ar Katz-Teslef modeli.

Šis modelis ļauj izskaidrot agonistu un konkurējošo antagonistu iedarbību uz receptoru.
Agonists, piemēram, acetilholīns, mijiedarbojas ar RA, jo tam ir lielāka afinitāte pret RA nekā pret R I , tādējādi veidojot RP A kompleksu. Līdzsvars starp RP A un RP I tiek novirzīts uz RP A , jo R I ir zema afinitāte pret agonistu, un RP I komplekss disociējas, veidojot brīvu R I . Efekta attīstība veidojas RP A konformācijas transformācijas stadijā par RP I . Bioloģiskā sistēmā notiekošā stimula intensitāte ir atkarīga no šādu transformāciju skaita laika vienībā. Konkurētspējīgiem antagonistiem, piemēram, d-tubokurarīnam, ir lielāka afinitāte pret RA un tie samazina agonista iedarbību, atspējojot dažus receptorus no mijiedarbības ar pēdējiem.
Pamatojoties uz šo modeli, praktiski nav iespējams eksperimentāli noteikt atbilstošo konversijas konstantu vērtību vai agonistu raksturīgo aktivitāti. Tāpēc profesiju modeļi joprojām tiek plaši izmantoti eksperimentos līdz pat šai dienai.

Devas un atbildes reakcija ķermeņa līmenī

3.1. Iepriekšējas piezīmes

Bioloģiskās sistēmas, attiecībā uz kurām toksikoloģijā tiek pētītas devas un ietekmes attiecības, ir audi, orgāni un viss organisms. Dažādu ķermeņa orgānu un sistēmu jutība pret toksīnu nav vienāda. Tāpēc šis izpētes posms ir nepieciešams, lai detalizēti raksturotu testējamās vielas toksicitāti.
Izolētu orgānu izpētei mākslīgos apstākļos, imitējot dabisko vidi, ir liela nozīme toksiskās vielas un organisma mijiedarbības mehānismu noskaidrošanā. Iepriekš aprakstītās toksīnu receptoru iedarbības teorijas ir formulētas galvenokārt, pamatojoties uz datiem, kas iegūti eksperimentos īpaši ar izolētiem orgāniem. Nav pārsteidzoši, ka šobrīd pētījumi šajās vietās ieņem nozīmīgu vietu toksikoloģijā.

3.2. Devas un atbildes reakcijas līkne

Kopumā var pieņemt, ka agonista devas un ietekmes līkne daļēji logaritmiskās koordinātēs (devas logaritms - iedarbības smagums) iegūst S formu neatkarīgi no vairākām kvalitatīvām un kvantitatīvām pazīmēm. novērtētā funkcija. Metode, ar kuru tiek pētīta atkarība, vai nu pakāpeniska toksiska viela pievienošana inkubātam, vai atsevišķa vielas iedarbība uz bioloģisku objektu pieaugošā koncentrācijā, būtiski neietekmē rezultātu, ja ietekmi nenovērtē absolūtās vērtībās. , bet tiek izteikts procentos no maksimālā iespējamā (100%). Relatīvo vērtību izmantošana ir ieteicama kaut vai tāpēc, ka jebkurš bioloģiskais preparāts ar visrūpīgāko sagatavošanu ir unikāls visās tā īpašībās, ieskaitot jutību pret ķīmiskām vielām. Turklāt eksperimenta laikā zāļu reaktivitāte samazinās. Šie apstākļi nozīmē obligātu objekta standartizāciju pirms pētījuma. Toksiskas vielas P devas-atbildes līknes grafiskais attēlojums salīdzinājumā ar standartvielas līkni sniedz visu nepieciešamo informāciju par P darbību, tostarp par tā toksikometriskajiem raksturlielumiem.
Tā kā eksperimenta laikā iegūtās līknes ir tehniski grūti tieši salīdzināt, biežāk tiek salīdzināti līkņu svarīgākie parametri.

3.2.1. Vidējā efektīvā deva (ED 50)

Galvenais "devas-efekta" atkarības parametrs noteiktam toksīnam un bioloģiskam objektam ir vidējās efektīvās devas (ED 50) vērtība, t.i. tāda vielas deva, kuras iedarbībā uz objektu attīstās ietekme, kas vienāda ar 50% no maksimāli iespējamā. Strādājot ar izolētiem orgāniem, parasti izmanto EC 50 vērtību (vidējā efektīvā vielas koncentrācija paraugā). Efektīvās devas parasti mēra toksiskās vielas masas vienībās uz bioloģiskā objekta masas vienību (piemēram, mg/kg); efektīvās koncentrācijas - toksiskās vielas masas vienībās uz izmantotās vides tilpuma vienību (piemēram, g/litrā; M/litrā). ED 50 vērtības vietā dažreiz tiek izmantots tā negatīvais logaritms: -log ED 50 = pD 2 (3. tabula).

3. tabula. Dažu toksisko vielu RD 2 vērtības, kas iegūtas eksperimentā ar izolētu orgānu (aprēķinātais efekts ir zāļu muskuļu šķiedru kontrakcija) (J.M. Van Rossumm, 1966)

3.2.2. Relatīvā darbība

Vēl viens "devas-efekta" atkarības parametrs ir toksiskā viela relatīvā aktivitāte, vērtība, kas definēta kā toksiskā viela noteiktā devā izraisītās ietekmes attiecība pret maksimālo iespējamo efektu, kas attīstās, pakļaujoties biosistēmai. Šo raksturlielumu, kā minēts iepriekš, nosaka vielas iekšējās aktivitātes vērtība (E).
Vārda šaurā nozīmē šis jēdziens apraksta agonistu īpašību atšķirību fenomenu, ņemot vērā skaidri definētas idejas par to toksiskās iedarbības mehānismu. Tomēr šobrīd tas bieži tiek interpretēts paplašinātā nozīmē, kā rādītājs vielu ar noteiktām īpašībām darbības salīdzināšanai, neņemot vērā mehānismus, caur kuriem tās ierosina novēroto efektu. 4. attēlā parādītas virknes vielu "devas-efekta" līknes, kas atšķiras ar E vērtībām un attiecīgi ED 50, kas iedarbojas uz veģetatīvās nervu sistēmas parasimpātisko sadalījumu.

Attēls Parasimpatomimētisko līdzekļu sērijas devas-atbildes līknes (0< Е < 1,0), полученные на препарате изолированной тонкой кишки крысы. (J.M. Van Rossumm, 1966)

3.3. bioloģiskā mainība

Jau iepriekš norādīts, ka ar vienu un to pašu bioloģisko objektu var veikt ierobežotu skaitu toksikoloģisko eksperimentu (vienkāršākajos gadījumos dzīvniekam tiek ievadīta vielas deva, viela pieaugošā koncentrācijā tiek pievienota inkubācijas barotnei, kas satur izolēts orgāns utt.). Viena un vēl jo vairāk vairāku toksisko vielu "devas un ietekmes" attiecības meklēšana prasa daudz eksperimentu, kas ietver lielu bioloģisko objektu izmantošanu. Šajā sakarā pētnieks saskaras ar bioloģiskās mainīguma fenomenu. Pat ar rūpīgu atlasi ir objekti, kas ir gan ārkārtīgi jutīgi, gan nejutīgi pret ķīmisko vielu iedarbību, kas rada zināmu mainīgumu iegūtajos rezultātos. Jāpatur prātā, ka veids, kā šī parādība tiek ņemta vērā eksperimentālo datu analīzes gaitā, bieži ietekmē toksisko vielu pētīto īpašību galīgās vērtības.
Bioloģiskās mainīguma fenomena ņemšana vērā ir balstīta uz iegūto datu vidējās aprēķināšanas metodi. Nosakot ED 50 vērtību, izrādās vienaldzīgs, vai vidēji tiek aprēķinātas devas, kas rada vienādu ietekmi uz vairākiem bioloģiskiem objektiem, vai ietekmes vērtības, kas iegūtas, iedarbojoties uz noteiktām toksīna devām (5. attēls). tiek veikta. Ja uzdevums ir iestatīts, lai iegūtu iegūto "devas-efekta" līkni, tad tikai tām devām, kas izraisa noteikta smaguma ietekmi uz bioloģiskā objekta daļu, tiek aprēķināta vidējā vērtība. Izmantojot atšķirīgu pieeju (vidējo ietekmi), ir ievērojami samazināts galīgās devas-efekta līknes stāvums salīdzinājumā ar sākotnējiem datiem.

5. attēls. Vidējās devas un atbildes reakcijas līknes izveidošana, izmantojot datus, kas iegūti par vairākiem bioloģiskiem produktiem ar atšķirīgu jutību pret pētāmo toksisko vielu. Izmantojot vidējo devu, kas izraisa tādas pašas sekas, noteikšanas metodi (A), tiek iegūts pareizais rezultāts. Efektu vidējās noteikšanas metode (B) rada "saplacinātu" iegūto līkni.

3.4. Vairāku toksisku vielu kopīga iedarbība uz bioloģisku objektu

Agonistiem un antagonistiem kopīgi iedarbojoties uz bioloģisku objektu, ir iespējamas dažādas devas-efekta atkarības modifikācijas (kas nav saistītas ar dažāda veida ksenobiotiku ķīmiskajām un fizikāli ķīmiskajām mijiedarbībām). Visbiežāk reģistrētās izmaiņas ir:
- paralēla devas-efekta līknes nobīde;
- līknes "devas-efekta" maksimālo vērtību samazināšanās;
- paralēla nobīde ar vienlaicīgu maksimālo vērtību samazināšanu.
Šobrīd, lai izskaidrotu novērotās sekas, visbiežāk tiek izmantoti okupācijas teorijas priekšstati par "toksiskā-receptoru" mijiedarbību.

3.4.1. Paralēlā nobīde devas un atbildes reakcijas līknē

Galvenais un visbiežāk izmantotais skaidrojums par paralēlo nobīdi devas un reakcijas līknē vielai (A) ar vienlaicīgu iedarbību uz vielas (B) bioloģisko produktu (ievadīšana inkubācijas vidē) ar iekšējo aktivitāti E = 0, ir: pamatojoties uz pieņēmumu, ka (B) ir konkurētspējīgs antagonists (A).
Salīdzinot, pamatojoties uz profesiju teoriju, vienlīdz efektīvas agonista koncentrācijas bez ([A]) un pievienojot antagonistu ([A*]) noteiktā koncentrācijā [B], mēs iegūstam.

[A*]/[A] = 1 + [B]/K B (16)

Tā kā koordinātas, kurās tiek reģistrēti efekti un novērota paralēlā nobīde, ir puslogaritmiskas, ņemot vērā (16) vienādojuma abu daļu logaritmus

Log — log[A] = log(1 + [B]/K B) = S (17)

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

No (17) vienādojuma redzams, ka līknes (S) nobīde ir atkarīga tikai no koncentrācijas [B] un KB antagonistu-receptoru kompleksa disociācijas konstantes vērtības (6. attēls). Attiecībai starp agonista radītā stimula lielumu un ietekmi uz biosistēmas daļu nav nekādas nozīmes. Bieži vien, lai raksturotu antagonista afinitāti pret receptoru, tiek izmantota vērtība pA 2 = -logK B.
No (16) un (17) vienādojuma izriet, ka pA 2 ir skaitliski vienāds ar konkurējošā antagonista koncentrācijas negatīvo decimāllogaritmu, pie kura ir nepieciešams dubultot agonista saturu barotnē, lai iegūtu reģistrēto efektu. ja nav antagonista.

Attēls Teorētiskās devas-atbildes līknes agonistam bez (A) un klātbūtnes (A*) antagonista inkubācijas vidē noteiktā koncentrācijā [B]. Parādītajā piemērā nobīde S ir 1,3 un ir definēta kā S = log - log[A]. Pamatojoties uz to, ka S = log(1 + [B]/K D), K B var noteikt eksperimentāli.

3.4.2. Devas un reakcijas līknes maksimālo vērtību samazināšana

Dažos gadījumos, pētot agonista (A*) devas un iedarbības attiecību antagonista klātbūtnē, atklājas, ka maksimālais novērotais efekts ir ievērojami vājāks nekā tas, kas novērots, iedarbojoties vienai vielai bez antagonists (A). Šis maksimālā efekta samazinājums, kas vērtējams procentos, no okupācijas teorijas viedokļa tiek interpretēts šādi.
Nekonkurējošais antagonists (B*) reaģē ar biosistēmas receptoru (R*), kas nav R receptors agonistam (A), savukārt kompleksa veidošanās noved pie kompleksa efektivitātes samazināšanās. . Tas izraisa zināmu acīmredzamu E agonista iekšējās aktivitātes samazināšanos atkarībā no [B*].
Devas-atbildes reakcijas līknes maksimālo vērtību samazināšanos var izskaidrot arī ar konkurējošā antagonista (B) neatgriezenisku agonista receptoru inhibīciju.
Lai kvantitatīvi noteiktu nekonkurējoša antagonista aktivitāti, tiek izmantota antagonista-receptoru kompleksa disociācijas konstantes negatīvā logaritma vērtība.

LogK B* = pD* 2

Lai aprēķinātu šo vērtību, ir nepieciešams eksperimentāli noteikt maksimālo iespējamo agonista iedarbības samazināšanos antagonista piesātinātās koncentrācijas (E AB*M) klātbūtnē. Tad

PD* 2 = -log - log[(E AB*M - E A)/(E AB* - E A) - 1] (21)

Ņemot vērā (21), pD 2 var uzskatīt par nekonkurējoša antagonista koncentrācijas negatīvo logaritmu, pie kura agonista iedarbība tiek samazināta uz pusi no maksimāli sasniedzamā līmeņa. Šajā gadījumā (E AB * M - E A) / (E AB * - E A) \u003d 2. Parasti, lai vienkāršotu aprēķinus, E A ietekmes vietā maksimālā ietekme, kas attīstās, iedarbojoties A dažādos apstākļos tiek izmantoti: E AM, E AMB, E AMVM.
Ja ar nekonkurējoša antagonista palīdzību ir iespējams pilnībā bloķēt agonista iedarbību, tad pD * 2 vērtību var aprēķināt, izmantojot vienkāršāku formulu

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

3.4.3. Paralēlā nobīde ar vienlaicīgu maksimālo vērtību samazināšanu

Praksē ir ārkārtīgi reti sastopamas vielas (antagonistus), kas izraisa vai nu tikai paralēlu nobīdi, vai tikai agonista devas-atbildes līknes maksimālo vērtību samazināšanos. Kā likums, tiek atklāti abi efekti. Šajā sakarā kļūst skaidrs, ka daudzu ksenobiotiku sadalīšana vairāku receptoru konkurējošu un nekonkurējošu antagonistu grupās lielā mērā ir mehāniska. Tomēr šajā gadījumā ir nepieciešams kvantitatīvi noteikt vielas iedarbību.
pD 2 aprēķina saskaņā ar vienādojumu (22), kurā E AM un E AMB vērtības ir aizstātas ar efektu E A un E AB vērtībām (7. attēls).

attēls Teorētiskās līknes agonista [A] relatīvās efektivitātes atkarībai no tā koncentrācijas antagonista [B] klātbūtnē inkubācijas vidē. Lai aprēķinātu RD 2 vērtību, jāizmanto nosacīti vienādi efektīvo devu [A] un [A*] attiecība, pēc atbilstošo E AM un E AMB * noteikšanas. Aprēķins tiek veikts saskaņā ar (23) vienādojumu pēc tam, kad ir apstiprināts fakts, ka nekonkurējošais antagonists ir pabeigts.

3.5. Agonistu-receptoru kompleksa šķietamo disociācijas konstantu noteikšana

Lai gan vismaz teorētiski tiek atzīta tieša saikne starp pA 2 un pD * 2 antagonistu vērtībām, no vienas puses, un antagonista-receptoru kompleksa disociācijas konstantēm, no otras puses, saikne starp pD 2 un KA agonists nav tāds tiešā nozīmē, jo starp "agonista-receptoru" kompleksa veidošanās stadiju un iedarbības veidošanās stadiju atrodas bioķīmisko un fizioloģisko reakciju starpposma ķēde, kas kā noteikums, ir tālu no izpētes (skatīt iepriekš). No tā izriet, ka nav iespējams tieši noteikt toksiskā viela afinitāti pret receptoru (t.i., kompleksa "toksiskā-receptoru" disociācijas konstantes vērtību), pamatojoties uz "devas-efekta" atkarību, kas izveidota laikā eksperimentēt, tas nav iespējams. Lai pārvarētu šo sarežģītību, tiek ierosināts noteikt šķietamās disociācijas konstantes lielumu. Klasiskā metode ir neatgriezeniska konkurējoša antagonista izmantošana.
1956. gadā Nikersons konstatēja, ka α-haloalkilamīna tipa alkilējošie savienojumi, piemēram, dibenamīns un fenoksibenzamīns, var neatgriezeniski mijiedarboties ar dažāda veida receptoriem. Saistās acetilholīna, histamīna, serotonīna un β-adrenerģisko receptoru receptori. Pētot inhibitoru un agonistu kopīgo mijiedarbību ar bioloģiskiem produktiem, bija iespējams:
- noteikt haloalkilamīnu darbības specifisko raksturu uz receptoru agonistu saistošo reģionu;
- precizēt receptoru klasifikāciju pēc to afinitātes pret endogēniem agonistiem.
Furčgots ierosināja metodi, kuras pamatā ir līdzvērtīgu agonista devu salīdzināšana, kas iedarbojas uz neskartu bioloģisko vielu, un zāles, kas iepriekš apstrādātas ar receptoru inhibitoru ([R] T samazināšanās par q[R] T).
Ietekme, kas saistīta ar agonista darbību pirms receptoru bloķēšanas, ir aprakstīta ar (13) vienādojumu, pēc blokādes - ar (14) vienādojumu. Vienādas smaguma ietekme šajos apstākļos attīstās ar vienu un to pašu stimulu S. Ja S = S*, tad E A / E M = E A * / E M * , un tad, apvienojot 13. un 14. vienādojumus, iegūstam

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

Veidojot atkarību koordinātēs 1/[A] un 1/[A*], iegūstam taisnu līniju ar slīpuma leņķi 1/q un segmentu uz 1/[A] ass, kas vienāds ar (1-q)/ qK A . Praktiskai K A definīcijai varat izmantot izteiksmi

K A \u003d (slīpums - 1) / segments

Datu sagatavošanas process parādīts 8. attēlā:

Attēls Agonistu šķietamās disociācijas konstantes lieluma noteikšana jūrascūciņas tievās zarnas gareniskā muskuļa muskarīna jutīgajam receptoram.
a). Acetilholīna devas-atbildes līkne neskartam preparātam (q = 1) un preparātam, kas 20 minūtes apstrādāts ar fenoksibenzamīnu (5 μM) (q = 0,1624).
b). Vienlīdz efektīvo devu attiecību attēlošana neskartām un apstrādātajām zālēm koordinātēs 1/[A] un 1/[A*] noved pie taisnas līnijas, uz kuras pamata (kā arī 23. vienādojums) tiek noteiktas var aprēķināt disociācijas konstanti.

Devas un atbildes reakcijas attiecība grupā

4.1. Viena toksīna devas un iedarbības attiecība

Pētot "devas-efekta" attiecības grupā, kas sastāv no liela skaita indivīdu, var balstīties uz idejām, kas izstrādātas atkarības izpētē individuāla organisma līmenī. Papildu faktors, kas ietekmē iegūto rezultātu, ir individuālā mainīgums.
Tomēr, lai gan indivīdu vai dzīvnieku reakcija grupā uz toksisko vielu nav vienāda, palielinoties efektīvajai devai, ietekmes smagums un indivīdu (indivīdu) skaits, kuriem attīstīsies paredzamā iedarbība, tomēr palielināsies. Piemēram, ja uz pētāmo personu ādas tiek uzklāta viela, kas izraisa kairinājumu (kairinātāju), tad, palielinoties pielietotā toksiskā līdzekļa daudzumam, tiks atzīmēts: - palielinās to subjektu skaits, kuriem attīstīsies kairinājums. reakcija; - kairinājuma parādības smagums subjektiem palielināsies. No tā izriet, ka darba gaitā iegūtās vērtības jānosaka, ņemot vērā statistiskās likumsakarības.
Pētot toksiskas vielas ietekmi uz organismu, jānošķir efekti, kuru smagums pakāpeniski ir atkarīgs no efektīvās devas (piemēram, asinsspiediena pazemināšana) un "visu vai neko" tipa iedarbība (kritusi/izdzīvojusi) . Jāņem vērā, ka pirmā tipa ietekmi gandrīz vienmēr var pārvērst formā, kas piemērota otrā tipa ietekmes novērtēšanai. Lai noteiktu devas-atbildes attiecību grupā, parasti izmanto divu veidu eksperimentu plānošanu:
- ar pētāmo dzīvnieku apakšgrupu veidošanos;
- bez apakšgrupu veidošanas.

4.1.1."Devas ietekmes" atkarības analīze ar apakšgrupu veidošanas metodi

Visizplatītākais veids, kā noteikt devas-atbildes attiecību grupā, ir izveidot apakšgrupas šajā grupā. Toksiskās vielas apakšgrupā iekļautajiem dzīvniekiem ievada vienādu devu, un katrā nākamajā apakšgrupā devu palielina. Apakšgrupu veidošana jāveic izlases veidā. Palielinoties devai, pieaugs dzīvnieku īpatsvars katrā no apakšgrupām, kas attīstīja paredzamo efektu. Šajā gadījumā iegūto atkarību var attēlot kā kumulatīvo sadalījuma biežuma līkni, kur dzīvnieku skaits ar pozitīvu reakciju uz toksīnu (daļa no kopējā dzīvnieku skaita apakšgrupā) ir devas funkcija (9. att.)

Attēls Tipiska devas-efekta līkne dzīvnieku grupai, simetriska attiecībā pret viduspunktu (50% atbildes reakcija). Grupas reakcijas uz toksisko vielu galvenās vērtības ir centrētas ap vidējo vērtību.

Vairumā gadījumu diagramma ir logaritmiska normālā sadalījuma S līkne, kas ir simetriska attiecībā pret viduspunktu. Šai līknei ir vairākas svarīgas īpašības, kas jāņem vērā, interpretējot iegūtos rezultātus.
Līknes centrs (50% atbildes vērtība) vai vidējā efektīvā deva (ED 50) ir ērts veids, kā raksturot vielas toksicitāti. Ja aplēstā ietekme ir grupas dzīvnieku letalitāte, šo punktu apzīmē kā vidējo letālo devu (skatīt tālāk). Šī vērtība ir visprecīzākā toksicitātes kvantitatīvā īpašība, jo 95% ticamības intervāla vērtība šeit ir minimāla.
Lielākās daļas dzīvnieku jutīgums populācijā ir tuvu vidējai vērtībai. Dozēšanas intervāls, kas ietver līknes galveno daļu ap centrālo punktu, dažkārt tiek saukts par zāļu "potenciālu".
Neliela daļa iedzīvotāju, kas atrodas devas un atbildes reakcijas līknes kreisajā pusē, reaģē uz mazām toksiskā līdzekļa devām. Šī ir paaugstinātas jutības vai hiperreaktīvu indivīdu grupa. Otra iedzīvotāju daļa, kas atrodas līknes labajā pusē, reaģē tikai uz ļoti lielām toksīna devām. Tie ir nejutīgi, hiporeaktīvi vai rezistenti indivīdi.
Devas un atbildes reakcijas līknes slīpums, īpaši tuvu vidējam, raksturo efektu izraisošo devu izplatību. Šī vērtība norāda, cik lielas izmaiņas iedzīvotāju reakcijā uz toksiskās vielas iedarbību būs, mainoties efektīvajai devai. Stāvs slīpums norāda, ka lielākā daļa iedzīvotāju uz toksisko vielu reaģēs līdzīgi šaurā devu diapazonā, savukārt lēns slīpums norāda uz būtiskām atšķirībām indivīdu jutībā pret toksīnu.
Līknes forma un tās galējie punkti ir atkarīgi no vairākiem ārējiem un iekšējiem faktoriem, piemēram, bojājumu novēršanas mehānismu stāvokļa, radīto seku atgriezeniskuma u.c. Tādējādi toksiskais process var neattīstīties, kamēr nav izsmelti organisma aizsargmehānismi pret aktīvo toksīnu un bioķīmiskās detoksikācijas procesi nav piesātināti. Tādā pašā veidā toksisko metabolītu veidošanās procesu piesātinājums no sākotnējās ksenobiotikas var būt iemesls "devas-efekta" līknes iziešanai uz plato.
Svarīgs devas un atbildes reakcijas līknes variants ir sakarība, kas novērota ģenētiski neviendabīgā grupā. Tādējādi populācijā ar neparasti lielu īpatņu skaitu, kurā ģenētiski fiksēta paaugstināta jutība pret toksisku vielu, līknes kreisajā pusē ir iespējams reģistrēt novirzes no tipiskās S formas (10. att.).

devu

Bilde 10. Kumulatīvās devas-atbildes reakcijas līknes variants ar izteiktu hiperreaktīvu komponentu

Devas un atbildes reakcijas līkne bieži tiek pārveidota par lineāru attiecību, attēlojot to log - probit koordinātēs (toksiskās vielas devu uzrāda logaritmos, reakcijas smagums ir probitos). Šī transformācija ļauj pētniekam rezultātus pakļaut matemātiskai analīzei (piemēram, aprēķināt ticamības intervālu, līknes slīpumu utt.) (11. att.).

Bilde 11. Eksperimentālo datu transformācija atkarības "DEVA - EFEKTS" noteikšanai: a) atkarība "EFEKTS - DEVA"; b) atkarība "EFEKTS - log DOSE"; c) atkarība "PĀRTRAUKŠANAS IETEKME - log DOSE".

Apakšgrupu veidošanas metode var noteikt aplēstās ietekmes smaguma pakāpi (piemēram, asinsspiediena pazemināšanās pakāpi, motora aktivitātes samazināšanos utt.) no pašreizējās toksicējošās vielas devas. Šajā gadījumā, pamatojoties uz iegūtajiem datiem, nosaka vidējo vērtību ietekmei, kas attīstījās subjektu apakšgrupā uz vielu ievadītajā devā, un nosaka indikatora ticamības intervālu katrā punktā. Pēc tam izveidojiet diagrammu par ietekmes lieluma atkarību no ievadītās devas, atrodot tuvinājuma līkni caur punktu "mākoni" (12. attēls).

Bilde 12. Devas-atbildes līkne, lai novērtētu antipsihotiskā pimozīda imobilizējošo iedarbību, ievadot to intraperitoneāli žurkām. Katrs punkts grafikā tiek iegūts, reģistrējot 10 - 20 dzīvniekiem iegūtos efektus.

4.1.2. Devas un atbildes reakcijas analīze bez apakšgrupēšanas

Pētot vielu, kas ātri izplatās, bet lēnām izdalās no organisma, darbību, var nodrošināt to pakāpenisku intravenozu ievadīšanu laboratorijas dzīvniekam līdz toksiskas iedarbības sākumam, kas ir diezgan izteikta smaguma pakāpe (piemēram, samazinās). elpošanas biežums par 40%). Tādējādi katram atsevišķam organismam kļūst iespējams noteikt vielas devu, kas izraisa vēlamo efektu. Pētījums tiek veikts ar diezgan lielu dzīvnieku grupu. Ja izveidosim grafiku par dzīvnieku skaita atkarību, kurā ir izveidojusies ietekme no izmantoto devu lieluma, mēs iegūsim jau zināmo S formas līkni, kuras analīze tiek veikta saskaņā ar vispārīgiem noteikumiem.

4.1.3. Devas un iedarbības attiecība letalitātes ziņā

4.1.3.1. Vispārējie priekšstati

Tā kā nāve pēc toksiskas vielas iedarbības ir alternatīva reakcija, kas tiek realizēta pēc principa "visu vai neko", šī iedarbība tiek uzskatīta par ērtāko vielu toksicitātes noteikšanai, to izmanto, lai noteiktu vidējo letālo vērtību. devu (LD 50).
Akūtas toksicitātes definīcija "letalitātes" izteiksmē tiek veikta ar apakšgrupu veidošanas metodi (skatīt iepriekš). Toksiskas vielas ievadīšana tiek veikta vienā no iespējamajiem veidiem (enterāli, parenterāli) kontrolētos apstākļos. Jāņem vērā, ka vielas ievadīšanas metode visvairāk ietekmē toksicitātes lielumu (4. tabula).

4. tabula. Ievadīšanas veida ietekme uz zarīna un atropīna toksicitāti laboratorijas dzīvniekiem

Tiek izmantoti viena dzimuma, vecuma, svara dzīvnieki, kas tiek turēti uz noteiktas diētas, ievērojot nepieciešamos izmitināšanas apstākļus, temperatūru, mitrumu utt. Pētījumi tiek atkārtoti ar vairāku veidu laboratorijas dzīvniekiem. Pēc testējamā ķīmiskā savienojuma ievadīšanas veic novērojumus, lai noteiktu mirušo dzīvnieku skaitu, parasti 14 dienu laikā. Gadījumā, ja viela tiek uzklāta uz ādas, noteikti jāreģistrē saskares laiks, kā arī jāprecizē lietošanas nosacījumi (no slēgtas vai atklātas telpas iedarbība tika veikta). Acīmredzot ādas bojājuma pakāpe un rezorbcijas efekta smagums ir atkarīgs gan no uzklātā materiāla daudzuma, gan no tā saskares ar ādu ilguma. Visiem iedarbības veidiem, izņemot ieelpošanu, ekspozīcijas devu parasti izsaka kā pārbaudāmās vielas masu (vai tilpumu) uz ķermeņa masas vienību (mg/kg; ml/kg).
Ekspozīcijai ieelpojot ekspozīcijas devu izsaka kā pārbaudāmās vielas daudzumu gaisa tilpuma vienībā: mg/m 3 vai miljonās daļas (ppm – miljondaļas). Izmantojot šo iedarbības metodi, ir ļoti svarīgi ņemt vērā ekspozīcijas laiku. Jo ilgāka iedarbība, jo lielāka ekspozīcijas deva, jo lielāka ir nelabvēlīgas ietekmes iespēja. Informācija, kas iegūta par devas un reakcijas attiecību dažādām vielas koncentrācijām ieelpotā gaisā, jāiegūst vienā un tajā pašā ekspozīcijas laikā. Eksperimentu var konstruēt arī citādi, proti, dažādas izmēģinājuma dzīvnieku grupas vielu ieelpo vienā koncentrācijā, bet dažādos laikos.
Aptuvenai ieelpoto aktīvo vielu toksicitātes novērtēšanai, kurā vienlaikus tiek ņemta vērā gan toksiskā viela, gan tās iedarbības laiks, ir ierasts izmantot "toksodozes" vērtību, kas aprēķināta pēc Hābera ierosinātās formulas. gadsimta sākums:

W = C t , kur

W — toksodoze (mg min/m3)
C - toksiskas vielas koncentrācija (mg/m3)
t - ekspozīcijas laiks (min)

Tiek pieņemts, ka ar vielu īslaicīgu ieelpošanu tiks panākts vienāds efekts (laboratorijas dzīvnieku nāve) gan īslaicīgi lielām devām, gan ilgākai vielu iedarbībai zemākās koncentrācijās, savukārt laika koncentrācijas produkts viela paliek nemainīga. Visbiežāk ķīmiskās kaujas vielu raksturošanai tika izmantota vielu toksodozes definīcija. Dažu līdzekļu toksicitātes vērtības ir parādītas 5. tabulā.

5. tabula

(M. Krīgers, 1991)

Devas-letalitātes līkne pēc formas parasti ir līdzīga kumulatīvās iedarbības biežuma sadalījuma līknei citām devas un atbildes reakcijas attiecībām (skatīt iepriekš). Iegūto datu salīdzināšanas un to statistiskās apstrādes nolūkos līkne tiek pārveidota lineāras attiecības formā, izmantojot "log D - probit" koordinātu sistēmu.
Toksiskums attiecībā uz "letalitāti", kā likums, tiek noteikts atbilstoši noteiktam grupas dzīvnieku nāves līmenim. Visbiežāk izmantotais atsauces līmenis ir 50 % dzīvnieku nāves, jo tas atbilst devas sadalījuma līknes mediānai, ap kuru simetriski koncentrējas lielākā daļa pozitīvo atbilžu (skatīt iepriekš). Šo vērtību sauc par vidējo letālo devu (koncentrāciju). Pēc definīcijas viela, iedarbojoties ar šo devu, izraisa pusi dzīvnieku populācijas nāvi.
Vielu LD 50 noteikšanas koncepciju pirmo reizi formulēja Trevans 1927. gadā. No šī brīža sākas toksikoloģijas kā reālas zinātnes veidošanās, kas darbojas ar pētāmās īpašības kvantitatīvajām īpašībām (toksicitātes vērtību).
Kā citus nosakāmus mirstības līmeņus var izvēlēties LD 5, LD 95 vērtības, kas saskaņā ar statistikas likumiem ir tuvu toksiskās iedarbības slieksnim un maksimumam, un ir robežas. no devas intervāla, kurā efekts galvenokārt tiek realizēts.
Ētisku un ekonomisku apsvērumu dēļ viņi cenšas eksperimentā ņemt minimālo skaitu laboratorijas dzīvnieku, lai noteiktu LD 50. Šajā sakarā vēlamās vērtības noteikšana vienmēr ir saistīta ar nenoteiktības faktoru. Šī nenoteiktība tiek ņemta vērā, atrodot noteiktā daudzuma 95% ticamības intervālu. Devas, kas ietilpst šajā intervālā, nav vidēji letālas tikai ar varbūtību, kas ir mazāka par 5%. LD 50 vērtības ticamības intervāls ir ievērojami mazāks nekā citu letalitātes līmeņu devu ticamības intervāls, kas ir papildu arguments par labu šai īpašajai akūtās toksicitātes parametru īpašībai.
Kā jau minēts, jebkuras devas un reakcijas līknes svarīga īpašība ir tās stāvums. Tādējādi, ja divām vielām ir statistiski neatšķiramas LD 50 vērtības un vienāds devas un ietekmes toksicitātes līknes stāvums (t.i., statistiski neatšķiramas vērtību vērtības, attiecīgi LD 16 un LD 84), tie letalitātes ziņā ir līdzvērtīgi toksiski plašā devu diapazonā (vielas A un B 13. attēlā). Tomēr vielas ar līdzīgām LD 50 vērtībām, bet atšķirīgu toksicitātes līknes stāvumu būtiski atšķiras pēc to toksiskajām īpašībām (viela C 13. attēlā).

Bilde 13. Toksisko vielu devas un ietekmes attiecības ar līdzīgām LD 50 vērtībām, bet atšķirīgu slīpumu

Vielas ar maigu devas un iedarbības attiecību rada lielu apdraudējumu personām ar izteiktu paaugstinātu jutību pret toksiskām vielām. Vielas ar augstu atkarības pakāpi ir bīstamākas visai populācijai, jo pat neliela devas palielināšana, salīdzinot ar minimālo efektīvo devu, izraisa efekta attīstību lielākajā daļā iedzīvotāju.

4.1.3.2. Toksisko vielu drošu devu noteikšana

Dažos gadījumos kļūst nepieciešams kvantitatīvi noteikt toksisko vielu maksimālās neaktīvās (drošās) devas vērtību.
Šīs problēmas risināšanas paņēmienu ierosināja Goddams. Pētījuma pamatā ir devas un ietekmes attiecības noteikšana dzīvnieku grupā. Vēlams, lai aprēķinātā iedarbība būtu pietiekami jutīga un netiktu novērtēta alternatīvā veidā (piemēram, enzīmu aktivitātes samazināšanās, asinsspiediena paaugstināšanās, augšanas aizkavēšanās, asinsrades traucējumi utt.). Atkarības grafiks ir veidots koordinātēs "devas logaritms - ietekmes smagums". Līkņu analīze ļauj novērtēt vairākus rādītājus. Tā kā līknei, kā likums, ir S forma, ir izolēta sadaļa, kurā atkarība ir lineāra. Nosakiet taisnes slīpumu (b). Sliekšņa efektu (y S) nosaka pēc formulas: y S = tS, kur t ir Stjudenta koeficients, kas noteikts no attiecīgajām tabulām; S ir standartnovirzes vērtība, kas noteikta no opto datiem. Sliekšņa deva (DS) ir deva, pie kuras viela izraisa sliekšņa efektu. Drošai devai (D I) mums ir

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

Piemērs parādīts 14. attēlā

Ekotoksikometrija – ekotoksikoloģijas sadaļa, kas nodarbojas ar metodiskajiem paņēmieniem, kas ļauj novērtēt (perspektīvi vai retrospektīvi) ksenobiotiku ekotoksicitāti.

Ksenobiotiku ekotoksicitātes noteikšanai pilnībā tiek izmantoti visa veida klasiskie kvantitatīvie toksikoloģijas pētījumi.

Ekopiesārņojošo vielu akūtā toksicitāte eksperimentāli noteikta vairākām sugām, kas ir dažāda līmeņa trofiskās organizācijas pārstāvji ekosistēmā (aļģes, augi, bezmugurkaulnieki, zivis, putni, zīdītāji). ASV Vides aizsardzības aģentūra pieprasa, nosakot ūdens kvalitātes kritērijus, kas satur noteiktu toksisku vielu, noteikt tā toksicitāti vismaz 8 dažādu veidu saldūdens un jūras organismiem (16 testi).

Atkārtoti ir mēģināts sakārtot dzīvo būtņu sugas pēc to jutības pret ksenobiotikām. Taču dažādām toksiskām vielām dzīvo būtņu jutības attiecība pret tām ir atšķirīga. Turklāt noteiktu ekoloģiskās organizācijas līmeņu pārstāvju "standarta sugu" izmantošana ekotoksikoloģijā, lai noteiktu ksenobiotiku ekotoksicitāti, ir zinātniski nepareiza, jo dzīvnieku, pat tuvu radniecīgu sugu, jutība dažkārt ļoti būtiski atšķiras.

Devas un ietekmes attiecība (epidemioloģiskā pieeja). Toksiskā procesa izpausmju spektrus nosaka toksikanta struktūra. Tomēr attīstošā efekta smagums ir atkarīgs no aktīvās vielas daudzuma. Par kaitīgiem aģentiem var uzskatīt toksiskas vielas, bioloģiskās vielas, caurejošo starojumu un citus kaitīgos faktorus. Kā sekas var ņemt vērā dažādas pazīmes. Piemēram, letāls iznākums, rādītājs, kas pārsniedz bioloģisko normu utt. Lai apzīmētu vielas daudzumu, kas iedarbojas uz bioloģisku objektu, tiek lietots jēdziens - devu (efektīvā deva). Kaitīgās vielas veids un ietekmējošās devas iedarbības veids var būt ļoti dažāds. Ekspozīcijas devu var tieši izmērīt ar tehniskiem līdzekļiem un izteikt atbilstošās vienībās (mg/kg, mg/m 3, pelēks, šūnas/kg utt.). Piemēram, žurkas, kas sver 250 g, un truša, kas sver 2000 g, kuņģī ievadot toksisku vielu 500 mg daudzumā, nozīmē, ka dzīvniekiem tika ievadītas attiecīgi 2 un 0,25 mg/kg devas. Efektīvajai devai ir normāls sadalījums un to raksturo vidējā vērtība un izkliede tās mērījuma kļūdas dēļ. Atkarību no devas un ietekmes var izsekot visos dzīvās vielas organizācijas līmeņos: no molekulārās līdz populācijai. Tajā pašā laikā lielākajā daļā gadījumu tiks reģistrēts vispārējs modelis: palielinoties devai, palielinās sistēmas bojājuma pakāpe; procesā tiek iesaistīts arvien lielāks skaits to veidojošo elementu. Atkarībā no efektīvās devas gandrīz jebkura viela noteiktos apstākļos var būt kaitīga organismam.

"Devas-efekta" atkarības izpausmi būtiski ietekmē organismu iekšējā un starpsugu mainīgums. Patiešām, indivīdi, kas pieder vienai sugai, būtiski atšķiras viens no otra bioķīmisko, fizioloģisko un morfoloģisko īpašību ziņā. Šīs atšķirības vairumā gadījumu ir saistītas ar to ģenētiskajām īpašībām. Vēl izteiktākas to pašu ģenētisko īpašību, starpsugu atšķirību dēļ. Šajā sakarā konkrētas vielas devas, kurās tā rada bojājumus vienas un turklāt dažādu sugu organismiem, dažkārt ļoti būtiski atšķiras. Līdz ar to "devas-efekta" atkarība atspoguļo ne tikai toksiskās vielas, bet arī organisma, uz kuru tas iedarbojas, īpašības. Praksē tas nozīmē, ka toksicitātes kvantitatīvais novērtējums, pamatojoties uz devas un ietekmes attiecības izpēti, jāveic eksperimentā ar dažādiem bioloģiskiem objektiem, un iegūto datu apstrādei obligāti jāizmanto statistikas metodes.

Nejauciet attiecības "deva-efekts" ar "devas-atbildes reakcijas" attiecību, pēdējā nosaka izvēlētā indikatora izmaiņu pakāpi salīdzinājumā ar normu. Reakciju var izmērīt vai nu absolūtās vienībās, vai relatīvās vienībās (procentos).

Kad tiek noteikts normas rādītāja (kontroles) kritiskais līmenis un aprēķināts tā pārsnieguma biežums eksperimentālajā paraugā, devas-atkarības atkarība pārvēršas par devas-efekta atkarību vai efektivitātes funkciju konkrētam atribūtam. Efektivitātes funkcija sastāv no punktu kopas. Katrs punkts veidojas, jo testa objektos pastāv individuālas īpašības (individuālā jutība), kas galu galā noved pie reģistrētas pazīmes parādīšanās vai tās neesamības, ja tiek pakļauta noteiktai pētāmā faktora devai.

Visizplatītākais veids, kā noteikt devas-atbildes attiecību grupā, ir izveidot apakšgrupas šajā grupā. Dzīvniekiem, kas iekļauti apakšgrupā, toksisko vielu ievada tādā pašā devā, un katrā nākamajā apakšgrupā devu palielina. Apakšgrupu veidošana jāveic izlases veidā. Palielinoties devai, pieaugs dzīvnieku īpatsvars katrā no apakšgrupām, kas attīstīja paredzamo efektu. Iegūto atkarību var attēlot kā kumulatīvo sadalījuma biežuma līkni, kur to dzīvnieku skaits, kuriem ir pozitīva reakcija uz toksisko vielu (daļa no kopējā dzīvnieku skaita apakšgrupā), ir devas funkcija (2. att.).

Rīsi. 2. Tipiska devas-atbildes līkne dzīvnieku grupai,
simetrisks attiecībā pret viduspunktu (50% atbildes reakcijas). Galvenā
grupas reakcijas vērtības uz toksisku vielu ir koncentrētas apkārt
vidējā vērtība

1. Līknes centra punkts (50% atbildes vērtības) vai vidējā efektīvā deva(ED 50) ir aprēķināta statistika, kurai ir arī normāls sadalījums un ko raksturo vidējais un dispersija. Efektīvo devu aprēķina no ietekmes varbūtībām, un tās dispersija ietver gan devas kļūdu, gan iedarbības kļūdu. Efektīvā deva katrā funkcijas punktā ir norādīta ar noteiktu kategoriju, kas atbilst iedarbības varbūtībai. Ja aplēstā ietekme ir grupas dzīvnieku letalitāte, šo punktu apzīmē kā vidējo letālo devu. Efektīvo devu kopums faktiski veido efektivitātes funkciju.

2. Lielākās daļas dzīvnieku jutīgums populācijā ir tuvu vidējai vērtībai. Dozēšanas intervāls, kas ietver līknes galveno daļu ap centrālo punktu, dažreiz tiek saukts par zāļu "potenciālu".

3. Neliela daļa iedzīvotāju, kas atrodas devas un atbildes reakcijas līknes kreisajā pusē, reaģē uz mazām toksīna devām. Šī ir paaugstinātas jutības vai hiperreaktīvu indivīdu grupa. Otra iedzīvotāju daļa, kas atrodas līknes labajā pusē, reaģē tikai uz ļoti lielām toksīna devām. Tie ir nejutīgi, hiporeaktīvi vai rezistenti indivīdi.

4. Devas-atbildes reakcijas līknes slīpums, īpaši tuvu vidējam, raksturo efektu izraisošo devu izplatību. Šī vērtība norāda, cik lielas izmaiņas iedzīvotāju reakcijā uz toksiskās vielas iedarbību būs, mainoties efektīvajai devai. Stāvs slīpums norāda, ka lielākā daļa iedzīvotāju uz toksisko vielu reaģēs līdzīgi šaurā devu diapazonā, savukārt lēns slīpums norāda uz būtiskām atšķirībām indivīdu jutībā pret toksīnu.

Līknes forma un tās galējie punkti ir atkarīgi no vairākiem ārējiem un iekšējiem faktoriem, piemēram, bojājumu novēršanas mehānismu stāvokļa, radīto seku atgriezeniskuma u.c. Tātad toksiskais process var neattīstīties, kamēr nav izsmelti organisma aizsargmehānismi pret aktīvo toksīnu, nav piesātināti bioķīmiskās detoksikācijas procesi. Tādā pašā veidā toksisko metabolītu veidošanās procesu piesātinājums no sākotnējās ksenobiotikas var būt iemesls, kāpēc “devas-efekta” līkne sasniedz plato.

Tradicionāli toksikoloģijā pastāvēja dabisks uzskats, ka, palielinoties indes devai, jāpalielinās sagaidāmā efekta varbūtībai, tuvojoties vienotībai. Tā uz dzīviem organismiem izpaužas lielākās daļas kaitīgo vielu un indu toksiskā iedarbība. Vairāk par šoA.Alberts (1958) atzīmēja (Saskaņā ar: S. V. Krishtopenko et al., 2001): “Vai kādam vajadzētu sagaidīt kādas bioloģiski aktīvās vielas toksiskās iedarbības samazināšanos, palielinoties koncentrācijai? Tomēr daži piemēri atklāj, kur tas notiek. Atsevišķos devu testēšanas diapazonos devas un reakcijas attiecība iegūst nelineāru formu un ir pilnīgi nepiemērota matemātiskai analīzei, izmantojot tradicionālās metodes.

Saskaņā ar informāciju, kas sniegta darbā M.G. Domshlag (1998), saskaņā ar vides pētījumu rezultātiem, nelineāra (bimodāla, apgriezta,V-veida, ieskaitot segmentus ar superlinearitāti, sublinearitāti un linearitāti) atkarības "koncentrācija (deva) - efekts" ķīmisko mutagēnu, toksisku savienojumu un zemas intensitātes apstarošanas ietekmē (Saskaņā ar: S.V. Krishtopenko et al., 2001).

Šo parādību sauc par toksikoloģiju "paradoksāla toksicitāte". Tiek uzskatīts, ka tā izcelsme ir saistīta ar dažādu toksicitātes mehānismu vienlaicīgu ieviešanu un ķermeņa aizsargreakciju izpausmēm (piemēram, detoksikāciju). kaitīgs vielas). Šajā ziņā šādu līdzekļu toksodinamikā nav nekā neparasta (paradoksāla). Dažos gadījumos šo efektu īstenošanas mehānismi nav zināmi. Pats jēdziens “paradoksāla toksicitāte” jāsaprot kā reģistrētas zīmes (iedarbības) varbūtības samazināšanās parādība eksperimentālā testa objektu paraugā, pastāvīgi palielinot kaitīgo vielu devas.

Terminu "paradoksāla toksicitāte" lieto, lai raksturotu toksiskas vielas. Tādā gadījumā, ja kā reģistrēta zīme tiek izmantoti citi rādītāji, tad “devas un iedarbības” attiecības tiek definētas ar vispārīgo terminu “paradoksāla efektivitāte”.

Paradoksālā efektivitātes funkcija ir īpašs devas un reakcijas attiecības gadījums. Divdimensiju koordinātu sistēmā tas katrā punktā atspoguļo reģistrētas pazīmes rašanās varbūtību, ja tiek pakļauta pārbaudītai devai. Pārbaudītās devas tiek fiksētas uz abscisu ass, un ietekmes varbūtības (biežums) pēc šo devu iedarbības tiek reģistrētas uz ordinātu ass. Zīme tiek ņemta vērā alternatīvā formā (1 - ir zīmes izpausme, 0 - nav zīmes izpausmes), izmantojot terminus "biežums" un "iedarbības varbūtība".

Efektu biežums- šī ir relatīvā vērtība, kas izteikta vienības daļās vai procentos un tiek eksperimentāli noteikta pēc testa objektu skaita, kuros parādījās norādītā zīme, attiecība pret kopējo testa objektu skaitu eksperimentālajā grupā.

Iedarbības varbūtība sauc par prognozēto relatīvo vērtību, kas aprēķināta, izmantojot statistikas metodes, un izteikta arī relatīvās vienībās vai procentos. Piemēram, lai pārvērstu efektu frekvences vērtības varbūtībās, tiek izmantota Van den Werden formula:

P= n+1/N+2,

kurn ir objektu skaits atlasītajā grupā,

N ir kopējais objektu skaits pētītajā dzīvnieku izlasē.

Iedarbības biežuma kvantitatīvā vērtība raksturo rašanās varbūtību eksperimentālajā testa objektu izlasē indivīdiem ar izteiktu jutību pret noteiktu pētāmā aģenta devu. Tieši šai testa objektu kategorijai tiek reģistrētas norādītās pazīmes. Palielinoties devai, jaunos eksperimentālos paraugos var mainīties jutīgo testa objektu attiecība, kas ir par iemeslu efektivitātes funkcijas veida veidošanai. Vienmērīgi palielinoties jutīgo testa objektu skaitam ar pieaugošām devām, veidojas lineāra efektivitātes funkcija. Pretējā gadījumā efektivitātes funkcijas forma var būt ļoti dažāda, tostarp samazināties, palielinoties devām, tas ir, paradoksāli.

Mūsdienu toksikometrijā paradoksālās toksicitātes fenomena novērtēšanas problēma slēpjas apstāklī, ka vēl nav izstrādāts adekvāts matemātiskais modelis, uz kura pamata būtu iespējams plānot eksperimentu un apstrādāt iegūtos datus, apliecinot esamību. vai paradoksālu efektu neesamība. Klasiskās metodes efektivitātes funkcijas konstruēšanai un efektīvo devu kategoriju noteikšanai nav piemērotas, ja efektivitātes funkcija atšķiras no normālā sadalījuma funkcijas.

Devas un iedarbības attiecība letalitātes ziņā. Tā kā nāve pēc toksiskas vielas iedarbības ir alternatīva reakcija, kas tiek realizēta pēc principa "visu vai neko", šī iedarbība tiek uzskatīta par ērtāko vielu toksicitātes noteikšanai, to izmanto lieluma noteikšanai. letāla deva (LD 5 0 (LD 50)). Vidējā letālā deva (vai koncentrācijaLC50) - indes daudzums, kas noteiktā novērošanas periodā izraisa nāvi 50% no standarta izmēģinājuma dzīvnieku grupas.

Akūtas toksicitātes definīcija "letalitātes" izteiksmē tiek veikta ar apakšgrupu veidošanas metodi. Toksiskas vielas ievadīšana tiek veikta vienā no iespējamajiem veidiem (piemēram, žurkām, pelēm - enterāli, parenterāli) kontrolētos apstākļos.

Vienlaikus jāņem vērā, ka toksicitātes vērtību visvairāk ietekmē vielas ievadīšanas metode (3. tabula).

3. tabula

Ievadīšanas veida ietekme uz zarīna un atropīna toksicitāti
laboratorijas dzīvniekiem (Pēc: S.A. Kutsenko, 2002)

toksisks	Dzīvnieks	Ievadīšanas metode	Nāvējoša deva (mg/kg)
Sarīns		subkutāni Intramuskulāri Intravenozi Caur muti	0,12 0,17 0,05 0,6
Atropīns		Intravenozi Caur muti

Tiek izmantoti viena dzimuma, vecuma, svara dzīvnieki, tiek turēti uz noteiktas diētas, ievērojot nepieciešamos izmitināšanas, temperatūras, mitruma utt. apstākļus. Pētījumi tiek atkārtoti ar vairāku veidu laboratorijas dzīvniekiem. Pēc testējamā ķīmiskā savienojuma ievadīšanas tiek veikti novērojumi, nosakot mirušo dzīvnieku skaitu, kā likums, 14 dienas.

Devas-letalitātes līkne pēc formas parasti ir līdzīga kumulatīvās iedarbības biežuma sadalījuma līknei citām devas un atbildes reakcijas attiecībām. Iegūto datu salīdzināšanas un to statistiskās apstrādes nolūkos līkne tiek pārvērsta lineāras attiecības formā.

Toksiskums attiecībā uz "letalitāti", kā likums, tiek noteikts atbilstoši noteiktam dzīvnieku nāves līmenim grupā. Visbiežāk izmantotais atsauces līmenis ir 50% dzīvnieku nāves, jo tas atbilst devas sadalījuma līknes mediānai, ap kuru simetriski koncentrējas lielākā daļa pozitīvo atbilžu.

Vielu LD 50 noteikšanas koncepciju pirmo reizi formulēja Trevans 1927. gadā. No šī brīža sākas toksikoloģijas kā reālas zinātnes veidošanās, kas darbojas ar pētāmās īpašības kvantitatīvajām īpašībām (toksicitātes vērtību). Kā citus nosakāmus mirstības līmeņus var izvēlēties LD 5, LD 95 vērtības, kas saskaņā ar statistikas likumiem ir tuvu toksiskās iedarbības slieksnim un maksimumam, un ir robežas. no devas intervāla, kurā efekts galvenokārt tiek realizēts.

Kā jau minēts, jebkuras devas un reakcijas līknes svarīga īpašība ir tās stāvums. Tātad, ja divām vielām ir statistiski neatšķiramas LD 50 vērtības un vienāds devas un ietekmes toksicitātes līknes stāvums (t.i., attiecīgi statistiski neatšķiramas LD 16 un LD 84 vērtības), tās ir ekvitoksiskas. letalitātes ziņā plašā devu diapazonā (vielas A un B 3. att.). Tomēr vielas ar līdzīgām LD 50 vērtībām, bet atšķirīgu toksicitātes līknes stāvumu, būtiski atšķiras pēc to toksiskajām īpašībām (viela C 3. attēlā).

Rīsi.. Toksisko vielu devas un ietekmes attiecības ar līdzīgām vērtībām
LD 50 vērtības, bet ar atšķirīgu slīpumu

Papildus letālām devām ekotoksikometrija izšķir arī sliekšņa devas:

RSt 10 - ar inhalācijas saindēšanos;

PD 10 (PD 10) - citiem iedarbības veidiem,

kur indekss norāda uz saindēšanās pazīmju parādīšanos.

Pēc definīcijas, Kaitīgās iedarbības slieksnis - vielas minimālā koncentrācija (deva) vides objektā, kuras ietekmē organismā (īpašos vielas uzņemšanas apstākļos un standarta statistiskajā dzīvnieku grupā) notiek izmaiņas, kas pārsniedz fizioloģisko adaptīvo reakciju robežas. , vai latenta (īslaicīgi kompensēta) patoloģija. Atsevišķas darbības slieksni norāda ar simbolu Lim(ac), hroniskas darbības slieksni - ar simbolu Lim(ch).

Izvērtējot ekotoksicitāti, jāņem vērā, ka, lai gan gandrīz visas vielas var izraisīt akūtu toksisku iedarbību, hroniska toksicitāte netiek konstatēta katram savienojumam. Netieša vērtība, kas norāda vielas bīstamības pakāpi tās hroniskās iedarbības laikā, ir to koncentrāciju attiecība, kas izraisa akūtu un hronisku iedarbību. Ja šī attiecība ir mazāka par 10, viela tiek uzskatīta par zemu hroniskas iedarbības bīstamību.

Novērtējot vielas hronisko ekotoksicitāti, jāņem vērā šādi apstākļi:

1. Bīstamības koeficienta noteikšana ir tikai pats pirmais solis vielas ekotoksiskā potenciāla noteikšanā. Laboratorijas apstākļos toksisko vielu hroniskās iedarbības sliekšņa koncentrācijas nosaka, novērtējot grupas mirstību, augšanu un reproduktīvās spējas. Citu hroniskas vielu iedarbības seku izpēte dažkārt var radīt atšķirīgus skaitliskos raksturlielumus.

2. Toksicitātes pētījumus veic ar dzīvniekiem, kas ir piemēroti turēšanai laboratorijas apstākļos. Šādi iegūtos rezultātus nevar uzskatīt par absolūtiem. Toksikanti dažām sugām var izraisīt hronisku ietekmi, bet citām ne.

3. Toksiskas vielas mijiedarbība ar vides biotiskajiem un abiotiskajiem elementiem var būtiski ietekmēt tā toksicitāti dabiskos apstākļos.

Devas un ietekmes attiecības populācijas raksturs (Saskaņā ar: V.S. Bezel et al., 1994). Ekoloģiskā toksikoloģija darbojas ar obligātu supraorganismu rādītāju rangu.

Populācijā ir jāpastāv noteiktam kritiskam īpatņu skaitam, zem kura tās pastāvēšana dabiskos apstākļos nav iespējama. Šī kritiskā situācija atbilst noteiktam "ietekmēto personu" procentam.

Efektīvo devu diapazona novērtēšanas problēma dažādu rangu bioloģiskajām sistēmām ir sarežģīta un ir nesaraujami saistīta ar normas jēdzienu.

Normas teorija, ko piemēro bioloģiskajām sistēmām, pašlaik nav pietiekami attīstīta.

Augu un dzīvnieku organismu evolūcijas attīstības procesā tiek fiksēta spēja adekvāti reaģēt uz vides izmaiņām, ko izraisa dabas un klimatisko faktoru izmaiņas. Dažāda līmeņa bioloģiskās sistēmas ir evolucionāri nesagatavotas antropogēno faktoru, tostarp tehnogēnā piesārņojuma, ietekmei. To reakcija uz tehnogēno procesu ir nespecifiska tradicionālo, evolucionāri fiksēto kompensācijas mehānismu ietvaros. Tikai šajā gadījumā var tikt pārsniegtas adaptīvās spējas un bioloģisko sistēmu darbību raksturojošie parametri var pārsniegt pieļaujamās robežas.

Raksturīgākais bioloģisko sistēmu normas rādītājs ir spēja tādējādi mainīt to funkcionālos parametrus mainīgos pastāvēšanas apstākļos, lai uzturētu sistēmu optimālos apstākļos. Citiem vārdiem sakot, veseluma norma ir tā daļu mijiedarbības norma sistēmas pielāgošanas procesā eksistences apstākļiem.

Iedzīvotāju kā savstarpēji saistītu indivīdu sistēmu jau tās atsevišķo ekoloģisko un funkcionālo grupu sākotnējās neviendabības dēļ raksturo to reakcijas uz jebkuru ārējo ietekmi dažādība. Pastāv sava veida iedzimti fiksētas iekšsugas mainīguma rezerve, kas, no vienas puses, izpaužas plašā individuālo apakšpopulāciju grupu lokā tehnogēnam vides piesārņojumam, un, no otras puses, ir saistīta ar konkrētas populācijas klātbūtni. mehānismi, lai kompensētu piesārņojuma radītās nelabvēlīgās izmaiņas iedzīvotāju struktūrā un funkcijās. Šī rezerve ir nepieciešama normas sastāvdaļa iedzīvotāju reakcijai uz tehnogēno vides piesārņojumu.

Saistībā ar iepriekš minēto, nosakot devas un ietekmes attiecības populācijas raksturu, jāņem vērā šādi apstākļi.

1. "Devas" kvantitatīvajā novērtējumā tiek ņemts vērā toksiskās ietekmes mērs, kas atspoguļo ne tikai vidējo toksisko vielu līmeni vides objektos, bet arī populācijas kā neviendabīga objekta specifiku, kuras elementus izjūt. dažādas intensitātes toksiskā iedarbība. Piemēram, tas var būt toksisko vielu kopējais saturs vai plūsma, kas sadalīta atsevišķos komponentos, kas atbilst populācijas struktūrai.

2. Līdzīgā veidā ietekmes novērtējumā jāiekļauj daži integrālie iedzīvotāju stāvokļa rādītāji, kas tieši kontrolē tās struktūras un funkcijas stabilitāti. Piemēram, auglības vai augļu, izdzīvošanas, produktivitātes, aizņemtās platības vai pārpilnības rādītāji utt.

3. Novērtējot supraorganismu līmeņa ietekmi, ir jāvadās no primārajām toksicitātes izpausmēm molekulārā, audu, šūnu un organisma līmenī.

4. Lielāka nekā citām sistēmām vides faktoru loma iedzīvotāju līmeņa ietekmes īstenošanā. Piemēram, vides pH ietekme, piesārņojot ūdens organismu kopas.

Liela apjoma faktu materiāla analīze pārliecina, ka novērotās toksicitātes izpausmes gandrīz visu tehnogēno piesārņotāju ietekmē nepārprotami korelē ar šo vielu uzkrāšanos atsevišķos biotas komponentos.

Tādējādi tehnogēnās vielas, kas piesārņo dabiskās ekosistēmas, tiek iekļautas bioloģiskajā ciklā augu un dzīvnieku populāciju vitālās aktivitātes dēļ. Tajā pašā laikā populācijas, kas ir savstarpēji saistītu heterotrofu indivīdu grupu sistēmas, pārveido šīs plūsmas atbilstoši savai ekoloģiskajai un funkcionālajai specifikai, tādējādi nosakot toksisko vielu uzkrāto līmeņu un reakciju uz iedarbību neviendabīgumu.

Piemēram, mēs noķērām visus vienas sugas dzīvniekus kādā piesārņotā vietā. Piesārņojuma līmenis šajos dzīvniekos var ievērojami atšķirties. Šādas atšķirības rodas vairāku iemeslu dēļ.

Pirmkārt, tās var būt vielmaiņas procesu intensitātes atšķirības atsevišķos indivīdos vai to piederība dažādām ekoloģiskām un funkcionālām populācijas grupām (seksuāli nobriedušiem un nenobriedušiem indivīdiem, nepilngadīgiem un pārziemojušiem u.c.). Varbūt tādu dzīvnieku klātbūtne izlasē, kas migrē no mazāk piesārņotām teritorijām.

Jebkurā gadījumā, līdzās lielākajai daļai dzīvnieku, kam raksturīgs noteikts vidējais piesārņotāju līmenis, paraugā vienmēr būs indivīdi ar maksimālo un minimālo toksisko vielu līmeni.

Protams, toksiskās iedarbības mēru, ko saprot kā devu, nevar raksturot ar dažām vidējām toksisko elementu satura vērtībām biotā. Šādam pasākumam būtu jāatspoguļo atsevišķu organismu vielmaiņas procesu mainīgums, kas izraisa to uzkrāto toksisko vielu līmeņu mainīgumu viendabīgās grupās, kā arī jāņem vērā šī rādītāja neviendabīgums atsevišķās apakšpopulāciju grupās.

Toksisko elementu līmeņu sadalījumu starp dzīvniekiem paraugā var matemātiski izteikt ar vienu no statistiskā sadalījuma likumiem.

Kā toksiskās ietekmes populācijas mēraukla ir jāņem vērā kāda neatņemama funkcija ƒ( x ) aprakstot toksisko elementu satura statistisko sadalījumu organismos, kas veido populāciju vai noteiktu populācijas paraugu (koncentrācijas spektrs). Šeitx- vielas saturs ķermeņa iekšējā vidē (piemēram, smago metālu koncentrācija asinīs). Ievades rādītājs ir populācijas raksturlielums. No vienas puses, tas atspoguļo toksisko vielu uzkrāšanās specifiku organisma līmenī, tās atkarību no vielmaiņas procesu individuālās ģenētiskās un funkcionālās mainīguma un viendabīgām populāciju grupām piederošo organismu enerģijas vajadzībām. No otras puses, šis rādītājs nav vienkārša piesārņojuma līmeņu summa.

Mainīgie dabisko populāciju pastāvēšanas apstākļi, tostarp tehnogēnā piesārņojuma ietekme, tieši atspoguļojas atsevišķu ekoloģisko un funkcionālo grupu pārpilnībā vai skaitā (sezonāla, telpiskā, dzimuma, vecuma utt.). Tas nosaka katras intrapopulācijas grupas ieguldījumu kopējā toksisko elementu līmeņu sadalījumā populācijās un ļauj mums uzskatīt šādu sadalījumu par toksiskās ietekmes mērauklu.

Toksisko vielu koncentrāciju statistiskais sadalījums audos vai organismos kopumā ir asimetrisks (nevar aprakstīt ar normālā sadalījuma likumu). Vides toksikoloģijā kā arguments "devas un ietekmes" atkarībai ir jāņem vērā toksisko vielu koncentrāciju spektrs populācijas paraugā, ko raksturo lognormālā sadalījuma likums.

Pāreja uz "devas-efekta" atkarības populācijas formu ietver funkcijas "toksisko elementu satura sadalījumu organismos, kas veido populāciju" - "ietekmēto" indivīdu īpatsvaru tajā.

Pārejas sarežģītība uz supraorganismu līmeņa ekoloģisko sistēmu devas atkarības analīzi ir saistīta ar praktiski neiespējamu aktīvo eksperimentu ar dozētām slodzēm uz dabiskajām biogeocenozēm. Vēl viena grūtība ir saistīta ar toksiskās slodzes devas nenoteiktību reālā situācijā. Emisijas no reāliem piesārņojuma avotiem, kā likums, ir daudzkomponentes, un ne vienmēr ir iespējams izolēt vienu vai divus galvenos toksiskos līdzekļus. Visbeidzot, trešā grūtība, analizējot devas un ietekmes attiecības ekosistēmas līmenī, ir saistīta ar ievērojami lielāku parametru telpisko un laika mainīgumu salīdzinājumā ar citiem organizācijas līmeņiem. To nosaka gan vides faktoru dabiskā mozaīka, gan toksiskās slodzes devas sadalījuma telpiskā neviendabība.

Terapeitiskā iedarbība ir atkarīga no uzņemtās vielas daudzuma (devas). Nav ietekmes, ja lietotā deva ir ļoti zema (zemsliekšņa deva) un nav sasniegta minimālā terapeitiskā deva. Palielinoties devai, iedarbības smagums palielinās. Lai novērtētu zāļu terapeitisko efektu, tiek izmantota devas-efekta līkne. Tādējādi antipirētiskā līdzekļa iedarbība tiek novērtēta pēc ķermeņa temperatūras pazemināšanās, bet antihipertensīvā līdzekļa iedarbība tiek novērtēta pēc asinsspiediena pazemināšanās.

Dažādiem cilvēkiem iedarbības atkarība no devas nesakrīt, tas ir, tas pats efekts tiek sasniegts, lietojot dažādas zāļu devas. Īpaši skaidri tas izpaužas reakcijās "ir efekts / nav ietekmes".

Piemērs ir astes audzēšanas parādība pelēm (A). Baltās peles uz morfija ievadīšanu reaģē ar uzbudinājumu, kas ir pamanāms ar neparasto astes un ekstremitāšu stāvokli. Morfīna devu palielināšanas ietekmes pētījums tika veikts 10 peļu grupā. Tikai jutīgi dzīvnieki reaģē uz mazu morfija devu; palielinot devu, lielākajai daļai peļu novēro augošas astes parādību; pie ļoti lielas devas reaģē visa grupa (B). Tādējādi pastāv saistība starp reakcijas izpausmes biežumu (reaģējošo indivīdu skaitu) un ievadīto devu: pie 2 mg/kg devas reaģē 1 dzīvnieks no 10, pie devas 10 mg/kg. - 5 no 10.

Devas un atbildes reakcijas attiecību (reakcijas ātrumu) nosaka indivīdu atšķirīgā jutība, un tai parasti ir normāla sadalījuma līkne (B, pa labi). Ja devas-atbildes attiecībai ir logaritmisks sadalījums S-veida līknes veidā (B, pa kreisi), tad lēciena punkts atbilst devai, kurā puse testa grupas reaģē uz zālēm. Devu diapazonu, kurā mainās devas un frekvences attiecība, nosaka individuālās jutības novirzes no vidējās vērtības.

Devas un iedarbības attiecību cilvēkiem ir grūti noteikt, jo efekts ir atkarīgs no indivīda. Klīniskajos pētījumos reprezentatīvie dati tiek atlasīti un aprēķināti vidēji. Tāpēc ieteicamās terapeitiskās devas ir piemērotas lielākajai daļai pacientu, taču ir arī izņēmumi.

Dažādu jutību var izraisīt (tāda pati deva, bet atšķirīga koncentrācija asinīs) vai (tāda pati koncentrācija asinīs, bet atšķirīgs terapeitiskais efekts) faktori.

Tiek saukta klīniskās farmakoloģijas nozare, kas pēta dažādu cilvēku individuālo reakciju uz zālēm cēloņus. Bieži vien šī ietekme ir balstīta uz atšķirībām fermentu komplektā vai fermentu aktivitātē. Arī etniskajām īpašībām var būt nozīme. Pirms dažu zāļu izrakstīšanas ārstam jānosaka pacienta vielmaiņas stāvoklis.

Koncentrācijas un iedarbības attiecība

Lai noteiktu zāļu vielas terapeitisko vai toksisko iedarbību, parasti tiek pētīta tās ietekme uz atsevišķiem orgāniem. Piemēram, analizējot zāļu ietekmi uz asinsrites sistēmu, tiek pārbaudīta asinsvadu reakcija. Zāļu iedarbība tiek pētīta eksperimentālos apstākļos. Tādējādi vazokonstriktīvais efekts tiek pētīts izolētiem preparātiem, kas ņemti no dažādām asinsvadu gultnes daļām: kājas sapenveida vēnas, vārtu vēnas, mezenteriskās, koronārās vai bazilārās artērijas.

Noteiktos apstākļos tiek uzturēta daudzu orgānu dzīvībai svarīgā aktivitāte: temperatūra, barības vielu šķīduma klātbūtne un skābekļa nodrošināšana. Orgāna reakciju uz fizioloģiski vai farmakoloģiski aktīvo vielu pēta, izmantojot īpašas mērierīces. Piemēram, asinsvada sašaurināšanās tiek reģistrēta, mainoties attālumam starp divām arkām, kas izstiepj trauku.

Eksperimentiem ar izolētiem orgāniem ir vairākas priekšrocības.

Precīza zāļu koncentrācijas noteikšana asinsvados.
efektu vizualizācija.
Ar kompensējošu darbību saistītu seku trūkums visā organismā. Piemēram, sirdsdarbības ātruma palielināšanos norepinefrīna ietekmē nevar reģistrēt visā ķermenī, jo straujš asinsspiediena paaugstināšanās izraisa apgrieztu regulējumu, kas izraisa bradikardiju.
Iespēja izpētīt maksimālo efektu. Piemēram, negatīvu hronotropo efektu līdz sirds apstāšanās brīdim nevar pētīt uz visu organismu.

Pētījumam par zāļu iedarbību uz izolētiem orgāniem ir trūkumi.

Audu bojājumi sagatavošanas laikā.
Fizioloģiskās kontroles zudums pār izolēta orgāna darbību.
nefizioloģiska vide.

Salīdzinot dažādu zāļu darbību, šie trūkumi ir nenozīmīgi.

Līdzās izolētiem orgāniem, lai pētītu zāļu iedarbību, bieži tiek izmantotas šūnu kultūras un izolētas intracelulāras struktūras (plazmas membrāna, endoplazmatiskais tīkls un lizosomas). Jo "mazāks" ir eksperimentālais objekts, jo grūtāka ir iegūto eksperimentālo datu sekojošā ekstrapolācija uz visu organismu.

Devas un ietekmes attiecība ir novērotais bioloģiskā objekta stāvokļa vektora pieaugums pie noteiktas ekspozīcijas devas.

Cilvēka ķermeņa stāvokļa vektors satur ļoti daudz komponentu. Risinot BTS analīzes un sintēzes problēmas, stāvokļa vektora komponentu skaits (dimensiju samazināšana) tiek samazināts līdz minimumam.

Pēc tam tiek veikta virkne mērījumu saskaņā ar "ietekmes-reakcijas" shēmu. Šāda eksperimenta laikā pakāpeniski palielinās ārējās ietekmes līmenis uz dzīvo sistēmu. Tajā pašā laikā tiek reģistrētas izmaiņas stāvokļa vektorā. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek konstruēta devas ietekmes funkcija. Pieļaujamā iedarbības deva un attiecīgi bioloģiskais efekts jānovērtē ārstam.

Uz att. 10.5. parādīts piemērs "devas un ietekmes" attiecībai ķīmiskā aģenta (CA) ietekmei uz bioloģisku objektu.

Piemēram, pētot CA ietekmi uz laboratorijas dzīvnieku populāciju, devas un atbildes attiecības attiecības tiek definētas šādi.

Tiek ņemta grupa, kurā ir N indivīdi. Indivīdiem reprezentatīvās statistikas ietekme atkārtojas k reizes. Tiek aprēķināts indivīdu skaits ΔN i, kuriem reģistrēta reakcija uz ķīmisko aģentu ietekmi (10.2. tabula), un pēc tam tiek noteikts indivīdu procentuālais daudzums, kuriem tika reģistrēta reakcija uz ietekmi:

10.2. tabula. Devas un ietekmes attiecības noteikšana.

D	D1	D2	…	D k
∆N	∆N 1	∆N2	…	∆N k
P(D)			…

Saskaņā ar tabulu. 10.2 ir izveidota atkarība P(D). Tipiska devas un atbildes reakcijas attiecība ir parādīta attēlā. 10.6.

Devu, kas ietekmēja pusi grupas, sauc par pusefektīvo devu D 1/2. Līdzīgus grafikus var izveidot arī, nosakot ķīmisko aģentu iedarbības letalitāti laboratorijas dzīvnieku populācijā. Šajā gadījumā vērtību D 1/2 parasti sauc par daļēji letālu devu.

Kā piemēru attēlā. 10.8. attēlā parādīta iedarbības funkcija, kas iegūta, izmantojot iepriekš apskatīto ekotoksikoloģisko modeli. Ietekmes efektu E nosaka populācijas lieluma novirze no stacionārās vērtības, kas atbilst ķīmisko aģentu nulles koncentrācijai:

E (x 1, x 2) \u003d 1-z st (x 1, x 2),

kur x 1 , x 2 - ķīmisko aģentu koncentrācijas, normalizētas līdz robežvērtībām, kas atbilst pilnīgai populācijas pieauguma nomākšanai pie attiecīgās piedevas nulles koncentrācijas; z st - stacionārs populācijas lielums, normalizēts pēc skaita, ja nav piedevu (х i =0).

Teorētiskie rezultāti tiek salīdzināti ar eksperimentāliem datiem par Saccharomyces cerevisiae augšanas kinētiku barotnē, kas papildināta ar cinku un varu.

Devas un ietekmes funkcijas noteikšana iepriekš aplūkotajā FCS piemērā tiek samazināta līdz audu uzsilšanas aprēķināšanai džoula siltuma izdalīšanās rezultātā.

Q=U 2 Rt,

kur U- darbojošā elektriskā lauka efektīvais spriegums, t- iedarbības laiks.

Saskaņā ar zināmo vidējo siltuma jaudu Ar audus, ir iespējams aprēķināt pakļautās ķermeņa daļas temperatūras pieaugumu

∆T = Q/c.

Ja mēs uzskatām par ietekmi pakļautās ķermeņa daļas temperatūras paaugstināšanos un par devu izdalīto siltumu, tad šī atkarība ļauj aprēķināt devas-efekta funkciju.

Ar frekvenci f\u003d 27,12 MHz, rokas pretestība (10.1. tabula) svārstās 5 -10 kΩ robežās, tas ir, reaktīvais komponents ir mazs salīdzinājumā ar aktīvo.

Jāpatur prātā, ka papildus termiskajam efektam mikroviļņu lauks būtiski ietekmē nervu šūnas. Taču šīs ietekmes mehānisms nav pietiekami pētīts un nav izstrādāti adekvāti šādas ietekmes modeļi.

Attēlu parakstu 10. sadaļa.

Rīsi. 10.1. BTS klasifikācija.

Rīsi. 10.1.a. Oficiālais (ministriju) visas Krievijas medicīnas iekārtu klasifikators.

Rīsi. 10. 2. Bioloģiskā objekta mijiedarbības shēma ( AT )↔tehniskā ierīce ( T ). Tehniskās ierīces struktūra: Z – zondēšanas iekārta; D – sensors-sensors; P – ierakstīšanas ierīce-pārveidotājs; - vektors novērotā bioloģiskā objekta īpašības; x(t) – signāls no sensora-sensora; - vektors izmērīts bioloģiskā objekta īpašības; M – ierakstīšanas ierīce (monitors).

Rīsi. 10.3. Fizioterapijas sistēma (FTS) UHF terapijas veikšanai ar elektrisko lauku 27,12 MHz.

Rīsi. 10.4. Fizioterapijas sistēmas modelēšana UHF terapijas veikšanai ar elektrisko lauku 27,12 MHz. a. Mijiedarbība AT ↔T (ekstremitāte ↔ UHF lauks). b. RC-ķēde – mijiedarbības fiziskais modelis.

Rīsi. 10.5. "Devas un ietekmes" attiecības piemērs, kad nepieciešamais ķīmiskais līdzeklis (CA) tiek pakļauts bioloģiskam objektam. E ir CA ietekmes uz BO ietekme; C(x) – HA deva.

Rīsi. 10.6. "Devas ietekmes" atkarība, ja piemaisījums CA tiek pakļauts bioloģiskam objektam.

Rīsi. 10.7. Devas un ietekmes attiecība, ja tiek pakļauta populācijai.

Rīsi. 10. sadaļa.

Rīsi. 10.1. BTS klasifikācija. Rīsi. 10. 2. Bioloģiskā objekta mijiedarbības shēma

(AT )↔tehniskā ierīce ( T ).

Rīsi. 10.3. Fizioterapijas sistēma (FTS) UHF terapijai 27,12 MHz.

Rīsi. 10.4. Modelis fizioterapeits. sistēmas UHF terapijai ar lauku 27,12 MHz.

Rīsi. 10.5. "Devas-efekta" atkarība no nepieciešamā ķīmiskā aģenta (CA) ietekmes uz bioloģisko objektu.

Rīsi. 10.6. "Devas-efekta" atkarība no CA piemaisījuma ietekmes uz ķermeni.

Rīsi. 10.7. Devas un iedarbības attiecība.

Rīsi. 10.8. Devas un ietekmes attiecība ar ZnSO 4 uz Sac. ser. pie nulles HA koncentrācijas.

Rīsi. 10.1.a. Oficiālais visas Krievijas medicīnas iekārtu klasifikators.

3. IEDAĻA. TOKSIKOMETRIJA

NODAĻA 3.1. ATKARĪBA "DEVU EFEKTS" TOKSIKOLOĢIJĀ

1. Vispārīgas piezīmes

Toksiskā procesa izpausmju spektru nosaka toksikanta struktūra. Tomēr attīstošā efekta smagums ir atkarīgs no aktīvās vielas daudzuma.

Lai apzīmētu vielas daudzumu, kas iedarbojas uz bioloģisku objektu, tiek lietots devas jēdziens. Piemēram, toksiskas vielas ievadīšana 500 mg apjomā žurkas, kas sver 250 g, un truša, kas sver 2000 g, kuņģī nozīmē, ka dzīvnieki saņēma devas, kas vienādas attiecīgi ar 2 un 0,25 mg/kg (jēdziens " deva" tiks sīkāk apspriests tālāk).

Atkarību no devas un ietekmes var izsekot jebkurā dzīvās vielas organizācijas līmenī: no molekulārās līdz populācijai. Šajā gadījumā lielākajā daļā gadījumu tiks reģistrēts vispārējs modelis: palielinoties devai, palielinās sistēmas bojājuma pakāpe; procesā tiek iesaistīts arvien lielāks skaits to veidojošo elementu.

Atkarībā no efektīvās devas gandrīz jebkura viela noteiktos apstākļos var būt kaitīga organismam. Tas attiecas uz toksīniem, kas iedarbojas gan galvenokārt lokāli (1. tabula), gan pēc rezorbcijas iekšējā vidē (2. tabula).

1. tabula. Atkarība starp formaldehīda koncentrāciju ieelpotā gaisā un toksiskā procesa smagumu

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

2. tabula. Saistība starp etanola koncentrāciju asinīs un toksiskā procesa smagumu

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

"Devas-efekta" atkarības izpausmi būtiski ietekmē organismu iekšējā un starpsugu mainīgums. Patiešām, indivīdi, kas pieder vienai sugai, būtiski atšķiras viens no otra bioķīmisko, fizioloģisko un morfoloģisko īpašību ziņā. Šīs atšķirības vairumā gadījumu ir saistītas ar to ģenētiskajām īpašībām. Vēl izteiktākas to pašu ģenētisko īpašību, starpsugu atšķirību dēļ. Šajā sakarā konkrētas vielas devas, kurās tā rada bojājumus vienas un turklāt dažādu sugu organismiem, dažkārt ļoti būtiski atšķiras. Tāpēc devas un ietekmes attiecība atspoguļo ne tikai toksiskās vielas, bet arī organisma, uz kuru tas iedarbojas, īpašības. Praksē tas nozīmē, ka, veicot eksperimentu ar dažādiem bioloģiskiem objektiem, ir jāveic kvantitatīvs toksicitātes novērtējums, pamatojoties uz devas un ietekmes attiecības izpēti, un iegūto datu apstrādei obligāti jāizmanto statistikas metodes.

2. Devas un iedarbības attiecība atsevišķu šūnu un orgānu līmenī

2.1. Iepriekšējas piezīmes

Vienkāršākais objekts, kas nepieciešams toksiskas vielas bioloģiskās iedarbības reģistrēšanai, ir šūna. Pētot toksiskās iedarbības mehānismus, šis noteikums bieži tiek izlaists, koncentrējoties uz ķīmiskās vielas un mērķa molekulu mijiedarbības īpašību novērtēšanu (skatīt iepriekš). Šāda vienkāršota pieeja, kas pamatota darba sākumposmā, ir pilnīgi nepieņemama, pārejot uz toksikoloģijas galvenās likumsakarības - devas un ietekmes atkarības - izpēti. Šajā posmā ir jāizpēta visa bioloģiskā objekta efektora aparāta reakcijas kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības uz pieaugošām toksīna devām un jāsalīdzina tās ar ksenobiotikas darbības likumiem molekulārā līmenī.

2.2. Pamatjēdzieni

Receptoru koncepcija par toksisko vielu iedarbību uz šūnu vai orgānu liecina, ka tās pamatā ir vielas ar noteiktu bioloģisko struktūru - receptoru - reakcija (sk. sadaļu "Darbības mehānisms"). Šīs idejas visdziļāk tika izstrādātas pētījumos par ksenobiotiku mijiedarbības modeļiem ar selektīviem endogēno bioregulatoru receptoriem (neirotransmiteri, hormoni utt.). Tieši šāda veida eksperimentos tika noteikti pamata modeļi, kas ir "devas un ietekmes" atkarības pamatā. Ir vispāratzīts, ka vielas kompleksa veidošanās process ar receptoru pakļaujas masas iedarbības likumam. Tomēr idejas, kas ļauj saistīt šīs primārās reakcijas kvantitatīvos un kvalitatīvos raksturlielumus un ietekmes smagumu uz vienotas bioloģiskās sistēmas daļu, joprojām ir hipotētiskas. Lai pārvarētu radušās grūtības, ir ierasts izdalīt divas ksenobiotikas toksikometriskās īpašības:

1. Afinitāte - atspoguļo toksiskās vielas afinitātes pakāpi pret šāda veida receptoriem;

2. Efektivitāte - raksturo vielu spēju radīt noteiktu efektu pēc mijiedarbības ar receptoru. Tajā pašā laikā ksenobiotikas, kas atdarina endogēnā bioregulatora darbību, sauc par tā agonistiem. Vielas, kas bloķē agonistu darbību, sauc par antagonistiem.

2.3. afinitāte

Toksiskas vielas afinitātes mērīšana būtībā ir eksperimentāls pētījums par saistību starp inkubācijas barotnei pievienotās vielas daudzumu un toksiskās vielas-receptoru kompleksa daudzumu, kas veidojas mijiedarbības ar receptoru rezultātā. Parastā metodiskā tehnika ir radioligandu pētījumi (skatīt iepriekš).

Pielietojot masu iedarbības likumu afinitātes noteikšanai, jāņem vērā, ka pētnieks zina satura kvantitatīvos raksturlielumus tikai viena procesa dalībnieka - toksīna [P] vidē. Reakcijā iesaistīto [R]T receptoru skaits vienmēr nav zināms. Ir metodoloģiskie paņēmieni un pieņēmumi, kas ļauj pārvarēt šo sarežģītību eksperimenta laikā un iegūto rezultātu apstrādes analīzes stadijā.

2.3.1. Toksisko vielu un receptoru mijiedarbības apraksts saskaņā ar masu iedarbības likumu

Vienkāršākajā gadījumā tiek izmantotas otrās kārtas reakcijas kinētiskās īpašības, lai aprakstītu vielas un receptora kompleksa veidošanās procesu.

P + R « RP (1)

Saskaņā ar masu darbības likumu:

K D \u003d [P] [R] / \u003d k -1 / k +1 (2)

K D ir toksisko vielu-receptoru kompleksa disociācijas konstante.

1/K D - asociatīvā procesa konstante, ir toksiskas vielas afinitātes pret receptoru mērs.

Tā kā kopējais receptoru skaits pētāmajā sistēmā (šūnu kultūra, izolēts orgāns utt.) ir brīvo [R] un receptoru summa, kas ir mijiedarbojušies ar vielu, tad:

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

Ņemot vērā vienādojumus (2) un (3), mums ir

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

2.3.2. Sarežģītāki toksisko vielu un receptoru mijiedarbības modeļi

1. Reakcija starp vielu un receptoru nav bimolekulāra. Šajā gadījumā ir nepieciešama cita atkarības precizēšanas forma, nevis tā, kas attēlota vienādojumā (4):

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

kur n (Dzīst konstante) - formāli atspoguļo toksisko vielu molekulu skaitu, kas iesaistītas viena toksīna-receptoru kompleksa veidošanā.

2. Receptora populācija, ar kuru toksiskā viela mijiedarbojas, ir neviendabīga. Tātad, ja bioloģiskajā objektā vienādos daudzumos ir divi receptoru apakštipi, kas 3 reizes atšķiras pēc toksicitātes-receptoru kompleksa asociācijas konstantes vērtības, tad pētāmās atkarības Heal konstantes kopējā vērtība būs 0,94. . Ar lielām asociācijas konstantu vērtību atšķirībām tās integrālā vērtība atšķirsies no 1,0 vēl lielākā mērā.

3. Noteiktu ietekmi uz toksīnu-receptoru kompleksa veidošanās procesu iedarbojas tādas parādības kā receptora konformācijas izmaiņas, tā atsevišķo apakšvienību kooperativitāte un dažādi allosteriskie efekti. Tādējādi toksisko vielu un receptoru saistīšanās līknei bieži ir S formas forma. Tas norāda uz blakus esošo toksisko vielu un makromolekulu saistīšanās vietu savstarpējo ietekmi (piemēram, kompleksa veidošanās ar vienu receptora apakšvienību izraisa tā afinitātes izmaiņas pret citām, brīvām apakšvienībām). Līdzīgs efekts tiek novērots, pētot acetilholīna saistīšanos ar audu membrānu preparātu, kas satur holīnerģisko receptoru. Brīvā [ 3 H]-acetilholīna koncentrācijas palielināšanās inkubācijas vidē ir saistīta ar vielas afinitātes palielināšanos pret receptoru proteīniem (1. attēls). Vietējais anestēzijas līdzeklis prilokaīns, ja to pievieno inkubācijas videi, izjauc receptoru kooperativitātes fenomenu un tādējādi ierobežo acetilholīna afinitātes palielināšanos pret tiem. Par to liecina atkarības "saistīšanas - toksiskās vielas koncentrācijas" līknes formas maiņa un tās transformācija no S formas uz parasto hiperbolisko.

1. attēls. Prilokaīna ietekme uz acetilholīna saistīšanos ar holīnerģisko receptoru (J.B. Cohen et al., 1974)

2.4. Efektivitāte

Kā minēts iepriekš, visas toksiskās vielas, kas mijiedarbojas ar receptoru, var nosacīti iedalīt agonistos un antagonistos. Šajā sakarā turpmāk, apzīmējot toksiskas vielas koncentrāciju barotnē, tiks izmantoti attiecīgi šādi simboli: [A] - agonista koncentrācija; [B] - antagonista koncentrācija.

2.4.1. Okupācijas teorijas

Pati pirmā no piedāvātajām teorijām piederēja Klārkam (1926), kurš ierosināja, ka novērotā efekta apjoms ir lineāri saistīts ar toksiskās vielas aizņemto receptoru skaitu (/[R]).

Kā izriet no (4) vienādojuma

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

kur E A - agonista iedarbības smagums pielietotajā koncentrācijā;

E M - maksimāli iespējamā ietekme uz pētāmās bioloģiskās sistēmas daļu;

K A ir "agonista-receptoru" kompleksa disociācijas konstante.

Saskaņā ar Klārka teoriju 50% efekts attīstās pie agonista devas, kurā ir aizņemti 50% receptoru ([A] 50). Šo vielas devu sauc par vidējo efektīvo (ED 50).

Līdzīgi, saskaņā ar masu iedarbības likumu, antagonists mijiedarbojas arī ar receptoru, neizraisot efektu

K B \u003d [V] [R]/[BR] (8)

kur K B ir kompleksa "receptors-antagonists" disociācijas konstante.

Ja agonists un antagonists iedarbojas uz receptoru vienlaicīgi, tad, dabiski, samazinās to receptoru skaits, kas spēj saistīties ar agonistu. Kopējo receptoru skaitu bioloģiskā objektā var apzīmēt kā

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

Lai pārvarētu šo pretrunu, Stīvensons (1956) ierosināja trīs pieņēmumus:

Maksimālo efektu var izraisīt agonists pat tad, ja ir aizņemta tikai neliela daļa receptoru;

Attīstošais efekts nav lineāri saistīts ar aizņemto receptoru skaitu;

Toksikantiem ir dažāda efektivitāte (relatīvā ierosinošā aktivitāte), t.i. spēja radīt efektu, mijiedarbojoties ar receptoru. Tāpēc vielām ar atšķirīgu efektivitāti, lai radītu vienādu efektu smaguma ziņā, ir jāieņem atšķirīgs skaits receptoru.

Saskaņā ar šīm idejām iedarbības stiprums ir atkarīgs ne tikai no aizņemto receptoru skaita, bet arī no noteikta stimula "S" lieluma, kas veidojas "toksiskā-receptoru" kompleksa veidošanās laikā:

E A / E M = ¦(S) = ¦(e/[R] T) = ¦(ey A) (10)

kur e ir bezdimensijas vērtība, kas raksturo agonista efektivitāti. Saskaņā ar Stīvensona teikto, tas ir toksikoloģiskas vielas spējas radīt efektu, veidojot kompleksu ar receptoru. Kvantitatīvi Stīvensons noteica e = 1 ar nosacījumu, ka vielas iedarbības maksimālā ietekme uz biosistēmu ir 50% no šīs biosistēmas teorētiski iespējamās reakcijas uz aizraujošu stimulu.

Furčgots (Furchgott, 1964) ierosināja, ka "e" vērtība ir tieši atkarīga no kopējās receptoru koncentrācijas bioloģiskajā sistēmā [R] T, un ieviesa papildu jēdzienu vielas "iekšējā efektivitāte" (e), kuras vērtība ir apgriezti proporcionāls receptoru koncentrācijai sistēmā

e = e/[R] T (11)

Kā izriet no (10) vienādojuma

E A / E M = ¦(e[R] T y A) (12)

Izteiksmes (6) aizstāšana vienādojumā (12) noved pie

E A / E M = ¦(e[A]/([A] + K)) (13)

E A * /E M * = ¦(qe/( + K)) (14)

Šis modelis ir grafiski parādīts 2. attēlā.

(a E) = E A. MAX / E M (15)

Tā kā teorētiski iespējamo maksimālo efektu var noteikt eksperimentāli, tikai izmantojot spēcīgu agonistu, parasti E vērtība lielākajai daļai vielu ir diapazonā 0< a Е <1. Для полного агониста a Е = 1, a Е антагониста равна 0.

Tādējādi maksimālais iespējamais bioloģiskā efekts var attīstīties, kad daļu receptoru aizņem toksīns. Šajā gadījumā noteikta skaita receptoru neatgriezeniska saistīšanās var izraisīt tikai devas-atbildes līknes nobīdi pa labi, nesamazinot maksimālās iedarbības apjomu. Tikai tad, kad tiek pārsniegta noteikta receptoru saistīšanās robeža ar antagonistu, maksimālā efekta apjoms sāk samazināties.

Parasti, pētot "devas-efekta" attiecības no profesiju teorijas viedokļa, toksīnu raksturošanai tiek noteikti šādi parametri:

1. K A - kompleksa "agonists-receptors" asociācijas konstante (pK A = -lgK A). Tā kā šīs vērtības vērtība bieži tiek novērtēta netieši (t.i., nevis pēc izveidotā toksiskā-receptoru kompleksa daudzuma, bet gan pēc efekta lieluma, kas rodas, barotnei pievienojot noteiktu daudzumu toksiskas vielas), pamatojoties uz koncepciju "stimuli", labāk runāt par "šķietamo" asociācijas konstanti .

2. EC 50 vai ED 50 - tādas toksiskas vielas koncentrācijas vai devas, kuru iedarbībā veidojas bioloģiskā objekta atbildes reakcija intensitātē, kas vienāda ar 50% no maksimāli iespējamā (RD 2 = -lgED 50).

3. K B - kompleksa "receptors-antagonists" disociācijas konstante. Konkurētspējīga antagonista potenciālu var izteikt tikai ar vienu parametru — receptoru afinitāti. Šis parametrs tiek novērtēts, kad inkubācijas barotnei ir obligāti jāpievieno agonists.

2.4.2. "Mijiedarbības ātruma" teorija

Patons (1961) ierosināja "mijiedarbības ātruma" teoriju, lai izskaidrotu "devas un ietekmes" attiecību izpētes procesā atklātos datus, kas nav saprotami no okupācijas teorijas pozīcijām.

Patons ierosināja, ka pakāpeniska iedarbības attīstība agonista iedarbībā, sakarības esamība starp iedarbības attīstības ātrumu un toksiskā līdzekļa stiprumu ir izskaidrojama, ja pieņemam, ka bioloģiskās reakcijas smagums. Sistēmu nosaka ne tikai aizņemto receptoru skaits, bet arī ātrums, ar kādu viela nonāk mijiedarbībā ar receptoru un pēc tam atdalās no tā. Autore izmantoja šādu salīdzinājumu: receptors nav ērģeļu taustiņš, kuru ilgāk nospiežot, jo ilgāk rada skaņu, bet tas ir klavieru taustiņš - šeit skaņa tiek izvilkta trieciena brīdī, un tad pat ja ilgstoši turat taustiņu nospiestu, skaņa joprojām izzūd.

Saskaņā ar Patona teoriju spēcīgi agonisti ir vielas, kas ātri aizņem un ātri atstāj receptoru; Antagonisti ir vielas, kas ilgstoši saistās ar receptoru.

2.4.3. Receptoru konformācijas izmaiņu teorijas

Daudzām vielām devas un atbildes reakcijas līkne ievērojami atšķiras no hiperboliskas funkcionālās attiecības. Heal koeficients šīm līknēm nav vienāds ar 1 (skatīt iepriekš). Kā jau minēts, šīs pazīmes, kā arī devas-atbildes līkņu S formas raksturs dažkārt var izskaidrot ar receptoru proteīnu kooperatīvās mijiedarbības fenomenu. Ir arī pierādīts, ka daudzi ķīmiskie receptoru modifikatori (piemēram, ditiotreitols, sulfhidrilgrupu reducētājs), neatgriezeniski holīnerģisko receptoru blokatori (piemēram, b-haloalkilamīni), citas antiholīnerģiskas zāles (atropīns), konkurējoši muskuļu relaksanti, lokāli anestēzijas līdzekļi, un daudzas citas vielas maina agonistu devas-efekta formu, pārvēršot to no S formas uz hiperbolisku.

Modelis ir balstīts uz priekšstatu, ka gan receptors [R], gan toksisko vielu-receptoru komplekss var būt aktīvā (RA, RP A) un neaktīvā (RI, RP I) stāvoklī. Tas shematiski parādīts attēlā

3. attēls.

3. attēls. Toksiskas vielas un receptoru mijiedarbības shēma saskaņā ar Katz-Teslef modeli.

Šis modelis ļauj izskaidrot agonistu un konkurējošo antagonistu iedarbību uz receptoru.

Agonists, piemēram, acetilholīns, mijiedarbojas ar RA, jo tam ir lielāka afinitāte pret RA nekā pret R I , tādējādi veidojot RP A kompleksu. Līdzsvars starp RP A un RP I tiek novirzīts uz RP A , jo R I ir zema afinitāte pret agonistu, un RP I komplekss disociējas, veidojot brīvu R I . Efekta attīstība veidojas RP A konformācijas transformācijas stadijā par RP I . Bioloģiskā sistēmā notiekošā stimula intensitāte ir atkarīga no šādu transformāciju skaita laika vienībā. Konkurētspējīgiem antagonistiem, piemēram, d-tubokurarīnam, ir lielāka afinitāte pret RA un tie samazina agonista iedarbību, atspējojot dažus receptorus no mijiedarbības ar pēdējiem.

Pamatojoties uz šo modeli, praktiski nav iespējams eksperimentāli noteikt atbilstošo konversijas konstantu vērtību vai agonistu raksturīgo aktivitāti. Tāpēc profesiju modeļi joprojām tiek plaši izmantoti eksperimentos līdz pat šai dienai.

3. Devas un iedarbības attiecība organisma līmenī

3.1. Iepriekšējas piezīmes

Izolētu orgānu izpētei mākslīgos apstākļos, imitējot dabisko vidi, ir liela nozīme toksiskās vielas un organisma mijiedarbības mehānismu noskaidrošanā. Iepriekš aprakstītās toksīnu receptoru iedarbības teorijas ir formulētas galvenokārt, pamatojoties uz datiem, kas iegūti eksperimentos īpaši ar izolētiem orgāniem. Nav pārsteidzoši, ka šobrīd pētījumi šajās vietās ieņem nozīmīgu vietu toksikoloģijā.

3.2. Devas un atbildes reakcijas līkne

Kopumā var pieņemt, ka agonista devas un ietekmes līkne daļēji logaritmiskās koordinātēs (devas logaritms - iedarbības smagums) iegūst S formu neatkarīgi no vairākām kvalitatīvām un kvantitatīvām pazīmēm. novērtētā funkcija. Metode, ar kuru tiek pētīta atkarība, vai nu pakāpeniska toksiska līdzekļa pievienošana inkubātam, vai atsevišķa vielas iedarbība uz bioloģisku objektu pieaugošā koncentrācijā, būtiski neietekmē rezultātu, ja ietekmi nenovērtē absolūtās vērtībās. , bet tiek izteikts procentos no maksimālā iespējamā (100%). Relatīvo vērtību izmantošana ir ieteicama kaut vai tāpēc, ka jebkurš bioloģiskais preparāts ar visrūpīgāko sagatavošanu ir unikāls visās tā īpašībās, ieskaitot jutību pret ķīmiskām vielām. Turklāt eksperimenta laikā zāļu reaktivitāte samazinās. Šie apstākļi nozīmē obligātu objekta standartizāciju pirms pētījuma. Toksiskas vielas P devas-atbildes līknes grafiskais attēlojums salīdzinājumā ar standartvielas līkni sniedz visu nepieciešamo informāciju par P darbību, tostarp par tā toksikometriskajiem raksturlielumiem.

Tā kā eksperimenta laikā iegūtās līknes ir tehniski grūti tieši salīdzināt, biežāk tiek salīdzināti līkņu svarīgākie parametri.

3.2.1. Vidējā efektīvā deva (ED 50)