Предмет и задачи военной токсикологии и токсикологии экстремальных ситуаций

Токсикология (греч. toxikon – яд, в который погружают наконечники стрел, toxikos – лук и logos – слово, понятие, учение) – область медицины, изучающая физические, химические свойства ядов (вредных отравляющих веществ), механизмы их действия на организм человека и разрабатывающая методы диагностики, лечения и профилактики отравлений (Энциклопедический словарь медицинских терминов, 1982).

Термин «токсикология» буквально означает «учение о ядах».

Следует отметить, что многие авторы придерживаются именно этого определения, уточняя некоторые важные характеристики предмета: реакции биологических объектов на действие химического вещества, механизмы развития патологических состояний и т.д.

В подтверждение тому ниже приведен ряд наиболее встречающихся определений.

Токсикология - наука, изучающая закономерности развития и течения патологического процесса отравления, вызванного воздействием ядовитых веществ на организм человека и животного (Голиков С.Н., 1972).

Токсикология – наука, изучающая ядовитые вещества и их влияние на растительный и животный организм (Баженов С.В., 1964).

Токсикология – это область медицины, изучающая законы взаимодействия живого организма и яда (Лужников Е.А., 1994).

Таким образом, в основе вышеуказанных определений лежит представление о токсикологии как о науке, в той или иной степени изучающей т.н. яды, ядовитые или отравляющие вещества. Вместе с тем, несмотря на многочисленные попытки привести определение самого понятия «яд», до настоящего времени этого сделать не удалось.

Еще в начале XIX века М.Ж. Бонаветура Орфила (1814) произвел попытку привести определение яда: «Яд – это вещество, которое в малом количестве, будучи приведенным в соприкосновение с живым организмом, разрушает здоровье или уничтожает жизнь».

Весьма схожее определение яда привел профессор Косоротов Д.П. (1907): «Ядами называются вещества, которые, будучи введенными в организм в малых количествах, в силу своих химических свойств могут причинить расстройство здоровья или самую смерть».

На этом же положении основаны еще многие известные в токсикологии определения:

«Яд – мера (единство количества и качества) действия химических веществ, в результате которого при определенных условиях возникает отравление» (Н.В.Саватеев).

«Яды – химические соединения, отличающиеся высокой токсичностью, т.е. способные в минимальных количествах вызывать тяжелые нарушения жизнедеятельности или гибель животного организма» (Ю.Н.Стройков).

«Яд – химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (реже – качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма, и поэтому несовместимый с его жизнью» (И.В.Саноцкий).

В приведенных выше определениях подчеркивается одна важная, по мнению авторов, характеристика ядов – малое количество, необходимое для провокации отравления. Однако количественная характеристика ядов имеет весьма субъективный характер. Например, токсины Сl. Botulinum способны накапливаться в окончаниях периферических двигательных нервов и в количестве 8 молекул на каждую нервную клетку вызывают их паралич. Таким образом, 1 мг этого токсиканта достаточно, чтобы уничтожить до 1200 т условного живого вещества, а 200-250 г способны уничтожить все население Земли. В то же время самым распространенным токсикантом в настоящее время является спирт и его суррогаты, вызывающие отравление при поступлении в организм в количестве десятков и даже сотен грамм.

С другой стороны, постоянно поступающие с пищей или вдыхаемым воздухом вещества становятся небезопасными для человека в необычно больших дозах или при измененных условиях внешней среды. Яркими примерами являются: возникновение острых интоксикаций при 10-кратном повышении концентрации в организме поваренной соли (NaCl) или продолжительное вдыхание чистого кислорода под давлением.

Именно поэтому ряд авторов в определениях яда количественную характеристику упускают вовсе:

«Ядом называется всякое химическое вещество, способное причинить смерть или серьезный вред здоровью своим действием на ткани или соки тела» (Пеликан Е.В., 1787).

«Яды – суть вещества, вызывающие повреждение организма немеханическим путем» (Лазарев Н.В., 1936).

В настоящее время человечество располагает знаниями о более чем 10 миллионах химических соединений, из которых более 60 тысяч активно используется в быту, народном хозяйстве, медицине. При этом арсенал химических соединений ежегодно пополняется в среднем на 1000 наименований. Абсолютное большинство химических веществ при определенных условиях оказывает негативное влияние на биологические системы.

Вышеуказанное обстоятельство ставит под сомнение возможность выделения из всей совокупности химических соединений особой группы, которую по каким-либо признакам можно было трактовать как «яды». В наиболее категоричной форме эта мысль была выражена еще в XIX веке французским судебным медиком Тардье: «Ядов в научном смысле слова нет».

По мере накопления человечеством научных знаний установлено, что практически любое вещество в зависимости от действующего количества может быть индифферентным, полезным или вредным для живого организма (т.е. фактически выступать в роли яда).

Исходя из вышесказанного, токсикологию можно охарактеризовать как науку о токсичности химических веществ, (т.е. их способности, воздействуя немеханическим путем вызывать дезорганизацию работы и (или) гибель биологических систем), и вызываемых ими токсических процессах (Куценко С.А., 2002).

Химические вещества существенно различаются по токсичности: чем меньше доза вещества, необходимая для нарушения нормального функционирования органов и систем организма, тем оно более токсичное (табл. 1).

Таблица 1 – Сравнительная токсичность некоторых веществ для белых мышей (при внутрибрюшинном способе введения)

Вещество	Источник	Токсичность (LD50), мкг/кг
Ботулотоксин	бактерии	0,0003
Тетанотоксин	бактерии	0,001
Батрахотоксин	земноводные
Тайпоксин	змеи
Рицин	растения
Тетродотоксин	рыбы
Сакситоксин	простейшие
Диоксин	синтетический
Иприт	синтетический
Цианид натрия	синтетический
Атропин	растения
Метанол	синтетический

Целью токсикологии как области человеческой деятельности является непрерывное совершенствование системы мероприятий, средств и методов, обеспечивающих сохранение жизни, здоровья и профессиональной работоспособности отдельного человека, коллективов и населения в целом в условиях повседневного контакта с химическими веществами, а также в военных условиях и при чрезвычайных ситуациях.

Вышеуказанная цель достигается реализацией ряда фундаментальных и прикладных задач:

1. Установление количественных характеристик причинно-следственных связей между фактом воздействия каждого из известных человеку химических веществ и развитием различных форм токсического процесса; оценка токсичности вещества.

Раздел токсикологии, в рамках которого совершенствуется методология и осуществляется оценка токсичности веществ, называется «токсикометрия».

Различают общие и клинические параметры токсикометрии (рис. 1). К основным общим параметрам относят:

1. Lim_ac (мг/кг) – порог однократного (острого) воздействия токсиканта – минимальная пороговая доза, вызывающая изменения основных параметров гомеостаза, выходящих за пределы физиологических адаптационных реакций.

2. DL₅₀, DL₁₀₀ (мг/кг) – среднесмертельная (смертельная) доза, вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при определенном способе введения (алиментарном, перкутанном, парэнтеральном) в течение двух недель.

3. CL₅₀ , СL₁₀₀ (мг/м³) – среднесмертельная (смертельная) концентрация (доза), вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при ингаляционном воздействии.

4. ПДК (мг/м³)–предельно допустимая концентрация вещества – научно обоснованный в ходе специальных исследований критерий гигиенической оценки степени загрязнения воздуха по определенному химическому соединению.

5. ОБУВ (мг/м³)–ориентировочный безопасный уровень вещества.

6. DL₅₀ / Lim_ac – зона острого токсического действия – величина, характеризующая степень токсической опасности вещества. Чем больше эта величина, тем исследуемое вещество безопаснее.

Понятие токсичности (ядовитости) означает меру несовместимости токсиканта с жизнью и определяется величиной, обратной DL₅₀ (СL₅₀), т.е. 1/DL₅₀ и 1/ СL₅₀.

Клиническая токсикометрия включает следующие параметры:

1. Условная смертельная доза (мг/кг)– минимальная доза, вызывающая смерть человека при однократном воздействии данного вещества.

2. Пороговая концентрация яда в крови (мг/мл) – концентрация яда в крови, при которой обнаруживаются первые симптомы отравления.

3. Критическая концентрация (мг/мл) – концентрация яда в крови, соответствующая развернутой клинической картине отравлений.

4. Смертельная концентрация (мг/мл) – концентрация яда в крови, при которой, как правило, наступает летальный исход.

Рис.1 – Основные параметры токсикометрии

Следует отметить, что основные параметры общей токсикометрии зависят не только от свойств токсиканта и пути и условий его поступления в организм, но и от видовой, половой, возрастной и индивидуальной чувствительности организма (табл. 2), что обязательно необходимо учитывать при эктраполяции полученных в эксперименте данных на человека. При этом следует учитывать следующие особенности:

А). Если смертельные дозы для обычных 4 видов лабораторных грызунов (мыши, крысы, морские свинки и кролики) различаются незначительно (≤ 3 раза), то вероятность того, что для человека смертельная доза будет такой же составляет до 70%.

Б). При значительных колебаниях смертельной дозы токсиканта для различных видов лабораторных животных ориентировочная смертельная доза для человека может быть установлена путем построения линии регрессии из нескольких точек в системе координат: а – смертельная доза для данного вида животного; б – масса его тела.

Практическая реализация результатов токсикометрии:

А). Разработка нормативных и правовых документов, регламентирующих химическую безопасность населения.

Б). Оценка риска воздействия ксенобиотиков в условиях производства, экологических и бытовых контактов с токсикантами.

В). Сравнительная оценка средств и методов оценки эффективности обеспечения химической безопасности населения.

2. Изучение механизмов, лежащих в основе токсического действия различных химических веществ, закономерностей формирования токсического процесса, его проявлений. Эта задача решается с помощью методических приемов разрабатываемых и совершенствующихся в рамках раздела токсикологии, именуемого «токсикодинамика».

Таблица 2 – Классификация факторов, определяющих развитие отравлений

ФАКТОРЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ТОКСИКАНТАМ
ОСНОВНЫЕ	ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ (конкретная токсикологическая ситуация)
физико-химические свойства	способ, вид и скорость поступления в организм
доза и концентрация в биосредах	возможность к кумуляции в организме
характер связи с рецепторами токсичности	возможность развития толерантности к яду
особенности распределения в биосредах	взаимодействие с другими токсикантами и лекарственными формами
степень химической чистоты, наличие и свойства примесей
устойчивость и характер изменений при хранении
ФАКТОРЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К МАКРООРГАНИЗМУ
ОСНОВНЫЕ	ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ (конкретная токсикологическая ситуация)
видовая чувствительность	температура и влажность окружающей среды
масса тела, характер питания	барометрической давление
физическая нагрузка	шум, вибрация
пол, возраст	ионизирующие излучения и т.д.
наследственность
индивидуальная толерантность к токсиканту (аллергия, токсикомания)
влияние биоритмов
общее состояние здоровья

Практическое использование токсикодинамических характеристик веществ:

А). Разработка медикаментозных средств профилактики и лечения интоксикаций, средств и методов предупреждения и минимизации отрицательных последствий развития токсического процесса.

Б). Совершенствование методов диагностики интоксикаций.

В). Оценка функционального состояния лиц, подвергшихся воздействию сверхнормативных доз токсикантов.

Г). Совершенствование методов оценки токсичности ксенобиотиков и биотестирования исследуемых проб.

3. Выяснение механизмов проникновения токсикантов в организм, закономерностей их распределения, метаболизма и выведения. Совокупность методических приемов, используемых для решения данной задачи, формируют раздел токсикологии «токсикокинетика». Знания токсикокинетики химических веществ и соединений необходимы для формирования надежной системы профилактики химических воздействий, своевременной диагностики интоксикаций, профессиональной патологии, проведения судебно-медицинской экспертизы, при разработке антидотов и схем их применения, а также совершенствования методов детоксикации организма.

4. Установление факторов, влияющих на токсичность вещества: свойств токсикантов, особенностей биологических объектов, условий их взаимодействия, состояния окружающей среды и т.д.

Весьма обширная область исследований в токсикологии объясняет тот факт, что она одновременно является и биологической и медицинской наукой.

При этом токсикология включает ряд относительно обособленных, но тесно взаимосвязанных между собой направлений (рис. 2).

Теоретическая (фундаментальная) токсикология – разрабатывает экспериментальные модели патологических процессов и состояний, развивающихся в результате воздействия токсикантов и обосновывает методы экстраполяции экспериментальных данных на человека.

Основные методы теоретической токсикологии:

- биохимические;

- морфологические;

- методики острого и хронического эксперимента;

- химико-аналитические

- методы биометрии и медицинской статистики.

Профилактическая (гигиеническая) токсикология изучает токсичные химические факторы окружающей среды, обосновывает размеры допустимой «химической нагрузки» на человека, разрабатывает способы медицинской профилактики токсических воздействий в реальных условиях жизнедеятельности людей.

Присутствие токсичных химических соединений в той или иной среде обитания человека позволяет подразделить профилактическую токсикологию на коммунальную, промышленную, сельскохозяйственную, корабельную, авиационную, пищевую, лекарственную и т.д.

Помимо вышеперечисленных методических приемов, в профилактической токсикологии используются также:

- иммунологические тесты;

- изучение репродуктивной функции;

- эпидемиологические методики;

- методы оценки мута-, канцеро-, тератогенеза, а также эмбриотоксичности.

Клиническая токсикология изучает острые и хронические заболевания, вызванные химическими соединениями, с целью научного обоснования методов диагностики, профилактики и лечения отравлений. В связи с этим задачи в клинической токсикологии подразделяют на диагностические, лечебные и профилактические.

В клинической токсикологии используются общепринятые методики диагностики: клинические, лабораторные, инструментальные, а также методы аналитической химии (методы газовой, жидкостной хроматографии, хромато-, масс-спектрометрии и др.) для идентификации химических веществ в биосредах (в крови, моче, лимфе и т.д.).

Рис. 2 – Основные направления и разделы токсикологии

В последние два десятилетия стремительно формируется новое направление в токсикологии - экологическая токсикология. Это научное направление на стыке экологии и токсикологии изучает токсические эффекты химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организмов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Экологическая токсикология изучает источник поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение в окружающей среде, действие на живые организмы.

Экологическая токсикология рассматривает первичные токсические эффекты ксенобиотиков на молекулярно-генетическом, клеточном, органном уровнях в качестве пусковых механизмов нарушений биологических систем на популяционном уровне. Это не только сближает концептуально классическую профилактическую (гигиеническую) токсикологию с экологической токсикологией, но и дает последней основание для использования ее методологических принципов и приемов гигиенического нормирования химической опасности.

Завершая рассмотрение современных направлений токсикологии, нужно отметить также некоторые достаточно обособленные ее разделы, такие, например, как военная токсикология и токсикология экстремальных ситуаций. Как самостоятельную и обязательную дисциплину в системе подготовки и усовершенствования врачей ее стали изучать в 1930 г.

Основной целью данного направления является совершенствование системы медицинских мероприятий, средств и методов, обеспечивающих предупреждение или ослабление действия отравляющих веществ (ОВ) при чрезвычайных ситуациях и ведении военных действий, а также сохранение жизни, восстановление здоровья и профессиональной работоспособности пораженных военнослужащих и гражданского населения.

Общими задачами военной токсикологии являются исследование физико-химических свойств, механизма действия токсикантов, способных при чрезвычайных ситуациях, авариях на химическом производстве, террористических актах, а также ведении боевых действий вызвать групповое или массовое поражение людей, изучение патогенеза и токсикодинамики поражений, клинических форм интоксикаций, а также разработка и совершенствование способов диагностики и лечения острых и хронических форм интоксикаций.

Частные задачи военной токсикологии:

- установление важнейших физико-химических свойств ОВ;

- определение пороговых, критических и смертельных концентраций ОВ;

- изучение особенностей токсического процесса в зависимости от путей поступления ОВ в организм;

- установление характера распределения ОВ в организме;

- изучение интимных патологических процессов, вызываемых ОВ;

- изучение зависимости токсического действия ОВ от их химического строения;

- разработка средств профилактики поражений, эффективных антидотов и обоснование общих принципов лечения пораженных ОВ;

- участие в разработке нормативно-правовых актов, регламентирующих химическую безопасность личного состава Вооруженных Сил.

Военная токсикология широко использует методы и достижения экспериментальной, профилактической и клинической токсикологии.

Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что токсикология как научная и учебная дисциплина в XX веке прошла огромный путь развития. Из «науки о ядах» она превратилась в «учение о токсичности» - свойстве химических веществ, действующих на организмы (биологические системы) немеханическим путем, вызывать различные болезни, нарушения функций и даже гибель.