УДК 613.6: 616.5 + 632.95

ОЦІНКА РИЗИКУ ШКІРНОЇ РЕЗОРБТИВНОЇ ДІЇ ФЛУЗИЛАЗОЛУ НА ПРАЦЮЮЧИХ З ВИКОРИСТАННЯМ ДИФУЗІЙНОЇ МОДЕЛІ

В.В. Кірсенко, к.м.н., Т.О. Яструб

Інститут медицини праці АМН України, м. Київ

Основним напрямком науково-практичних інтересів, пов'язаних із вивченням шкірно-резорбтивної дії (ШРД) пестицидів, на даний час є кількісна оцінка ризику впливу на працюючих. У розрахункових моделях оцінки ризику [1–3] основним критерієм впливу при нашкірному нанесенні є поглинена доза пестициду, яка потім порівнюється з допустимим рівнем впливу, що встановлюється на основі результатів експериментальних токсикологічних досліджень на лабораторних тваринах — (з неефективними рівнями NOEL чи рівнями, що не визивають шкідливого ефекту NOAEL при підгострому або субхронічному введенні per os). Обгрунтування значення поглиненої дози, звичайно, обмежується припущенням, що вона складає 10 % (0,1) нашкірної експозиційної дози пестициду, так званий фактор шкірної абсорбції (ФА). Це припущення, яке витікає із загальних уявлень про відношення токсичності хімічних речовин при введенні per os та аплікації на шкіру, дуже часто не відповідає дійсному значенню.Так, із 148 проаналізованих співвідношень гострої токсичності відомих пестицидів при введенні per os та per cutaneous, тільки 2 % мають значення 0,1; близько 60 % встановлених значень ФА лежать в межах 0,1 < ФА <= 1 і більше 10 % — ФА > 1 (для групи високотоксичних пестицидів, головним чином, фосфорорганічної природи). Це дозволило запропонувати значення ФА на рівні 0,6 для основної групи пестицидів та 1 — для високотоксичних препаратів за ознакою шкірно-резорбтивної токсичності (I клас небезпечності за [4]).

Поряд з таким емпіричним підходом до обгрунтування величини ФА існують великі, практично нереалізовані можливості використання загальних теоретичних положень та методологічних принципів проблеми проникнення хімічних речовин крізь шкіру [5, 6], що дозволяє здійснити кількісне обгрунтування величини поглиненої дози пестициду при нанесенні його на шкіру з наступним визначенням ризику для працюючих, використовуючи добре відомі на даний час прийоми (обгрунтування допустимих рівнів впливу на основі баз токсикологічних даних, розрахунок експозиційних доз та ін.).

Реалізація цієї задачі була здійснена з використанням так званої дифузійної моделі проникнення крізь ізольований епідерміс щурів на прикладі фунгіциду флузілазолу. Дифузійна модель проникнення з використанням дифузійних камер та ізольованої шкіри лабораторних тварин і людини дозволяє відносно просто вивчати проникнення хімічних речовин (пенетрантів), нанесених на поверхню шкіри в приймальну частину камери (рецепторну фазу). Визначення кількості пенетранта, яка проникла крізь шкіру за певні відрізки часу, дає можливість розрахунків цілого ряду корисних для розуміння динаміки процесу параметрів: адитивна крива накопичення пенетранту на внутрішній стороні мембрани (шкіри) у рідині, що її омиває та імітує внутрішнє середовище організму; розрахунок швидкості проникнення пенетранту на різних часових відрізках процесу (нестаціонарного або стаціонарного); розрахунок коефіцієнту дифузії та зв'язану з ним величину — коефіцієнту проникнення та деякі інші.

З практичною метою, яка витікає з необхідності визначення ризику при забрудненні шкіри працючих при застосуванні пестициду, задача дослідження полягала у встановленні розміру поглинутої крізь шкіру дози як частини експозиційної дози, а також швидкості проникнення як інструменту для розрахунку цієї дози за різних умов. Розуміючи високу ступінь залежності процесу проникнення від концентрації нанесеного на шкіру пенетранту, що обумовлена уявленням про цей процес як окремий випадок фундаментального явища переносу маси (дифузії) та описану відповідними математичними рівняннями [7] (наприклад, другого закону дифузії Фіка: dC : dt = D(d²C : dx²), де C — концентрація, t — час протікання процесу, x — відстань (товщина мембрани) і D — коефіцієнт дифузії), у досліді були використані різні концентрації пестициду, виражені в одиницях маси на площу: 15; 400 та 4000 мкг/см², або, у відповідності з площею контактної поверхні дифузійної камери (5 см²), — дози 75, 2000 і 20000 мкг. Як приклад, дослідним зразком пестициду було обрано фунгіцид флузілазол. Кремнійорганічна похідна сполука фенілтриазолів — флузілазол — біс-(4-фторфеніл)метил (1Н-1,2,4 — триазоліл -1-метил)силан (UIPAC) — є діючою речовиною групи фунгіцидних препаратів фірми "Дюпон де Немур Інтернешинл С.А." ("Панч, 40 % к.е.", "Олімп, 1 % в.е.", "Алерт С" та інші), які інтенсивно поширюються на світовому ринку пестицидів. Висока ефективність, широкий спектр фунгіцидної дії та маловитратні технології застосування препаратів флузілазолу, на жаль, поєднуються із досить складною і не визначеною до кінця його токсикологічною характеристикою. В серії підгострих, субхронічних та хронічних дослідів на різних видах лабораторних тварин (миші, щурі, собаки) були виявлені основні напрямки токсичної дії флузілазолу — ураження печінки неспецифічного характеру, велика імовірність токсичного впливу на репродуктивну функцію (не визначено безпечні рівні токсичної дії на репродуктивну функцію — NOEL, NOAEL), канцерогенна дія на слизові оболонки сечового міхура з чітко установленою залежністю доза-ефект. Слід відмітити також стійкість флузілазолу у грунті (середнє розрахункове значення r₅₀ = 97,5 діб) та його повільний гідроліз у воді (при рН 5, 7 і 9 вміст продуктів гідролізу у стерильній воді за 34 дні менше 5 %). За сукупністю токсикологічних та екогігієнічних показників флузілазол відповідно до гігієнічної класифікації пестицидів (ДСанПіН 8.8.1.002-98) відносено до I класу небезпечності — "надзвичайно небезпечні". Це обумовлює особливо ретельну оцінку можливого шкідливого впливу флузилазолу при його застосуванні з позиції гігієни праці, адже тривалість дії пестицидів на організм працюючих в умовах професійного контакту порівнюється з тривалістю їх дії в підгострих та субхронічних експериментах на лабораторних тваринах, за результатами яких виявлено небезпечні напрямки токсичної дії.

Матеріали та методи дослідження

В роботі використані проточні дифузійні камери із оргскла, заповнені дистильованою водою. Об'єм приймальної (рецепторної) камери 15 см³. Площа контакту розчину зі шкірою 5 см². Звичайний режим роботи — стаціонарний зі зміною всього об'єму рецепторної фази в інтервали часу, задані умовами досліду. На ділянці шкіри спини щурів депілювався волосяний покрів, потім тварин умертвляли. З ізольованого шмату шкіри видаляли гіподерму шляхом зіскоблювання; готові зразки шкіри зберігали на холоді у вологій камері не більше 24 годин.

На шмат шкіри, вміщений в дифузійну камеру наносили 0,1 мл ацетонового розчину препарату "Панч, 40 % к.е." в концентраціях за діючою речовиною 0,75; 20 та 200 мг/мл, які дорівнювали, відповідно, 15, 400 та 4000 мкг флузілазолу на 1 см² контактної поверхні шкіри (мкг/см²). У зв'язку із стрімким випаровуванням ацетону з нанесеного на шкіру розчину, у подальших розрахунках кількість пестициду на одиницю площі приймали за його концентрацію на шкірі (так звана щільність зараження). Умовним контролем був нанесений на шкіру ацетон, який використовувався для приготування робочих розчинів препарату. Тривалість експозиції 0–72 години. Екстракцію флузілазолу із рецепторної фази води проводили етилацетатом, а концентрований екстракт флузілазолу — методом ГРХ з використанням газового хроматографа "КРИСТАЛЛЮКС-4000". Результати експерименту підлягали статистичній обробці [8].

Результати та їх обговорення

Адитивні криві проникнення флузілазолу крізь ізольований епідерміс щурів побудовані на основі даних визначення кількості пестициду в послідовні проміжки часу досліду (табл.1). З точки зору теорії вони в повній мірі відображують експоненціальний характер залежності кількості речовини, що пройшла крізь мембрану при даній концентрації, від часу. Як зазначалось, кумулятивна крива є основним джерелом інформації для характеристики процесу проникнення крізь шкіру речовин. Зокрема, прямолінійний участок цієї графічної залежності вказує на вихід процесу до стаціонарної фази, тобто період, коли в рівні проміжки часу крізь шкіру проходить однакова кількість пенетранту, або, іншими словами, — швидкість проникнення досягає свого максимуму і набуває постійного значення. Аналіз кумулятивної кривої дає можливість визначити так званий "час запізнення", значення якого, в свою чергу, використовується для встановлення коефіцієнту дифузії за простим емпіричним рівнянням t = h²/ d (h — товщина мембрани).

Для розрахунку ризику крізьшкірного впливу флузілазолу об'єм інформації може бути обмежений даними відношення кількості речовини, нанесеної на шкіру, до кількості, яка проникла крізь шкіру. В реальних умовах таке відношення формалізує залежність поглиненої дози від експозиційної і дозволяє з більшою імовірністю визначити кількість пестициду, яка потрапляє до організму, від кількості, яка знаходиться на поверхні забруднених участків шкіри.

При аналізі такої можливості на основі отриманих даних виникає необхідність враховувати вплив фактору концентрації на процес проникнення. Із даних по кумулятивним кривим (рис. 1) виявляється, що вплив концентрації на кількість речовини, яка проникла крізь шкіру, дуже істотний. Такий вплив виявляється також і при аналізі інших зв'язаних між собою параметрів — швидкості проникнення (табл. 2) та відсотку "поглинання" пенетранта (відношення проникнутої кількості речовини до її кількості, нанесеної на шкіру), відображеного на рис. 2.

Принципово, вплив концентрації на проникнення є "термодинамічною сутністю" процесу дифузії і описаний відповідним математичним апаратом, користуючись яким можна розрахувати поглинену дозу пенетранту. Більш простим рішенням у рамках прикладних задач, наприклад, токсикології та гігієни пестицидів може бути кореляційно-регресійний аналіз такої залежності з подальшим розрахунком за відповідними рівняннями. Але, у даному випадку, враховуючи обмеженість об'єму вибірки, ми підійшли до обгрунтування відсотку поглинутої дози на основі даних, наведених на рис.2. На трьохмірному графіку цього малюнку порівнюється відсоток поглиненої дози флузілазолу за певний проміжок часу для трьох випробуваних у дослідах концентрацій на поверхні ізольованої шкіри щурів — 15, 400 і 4000 мкг/см² (дози 75, 2000 і 20000 мкг на контактну площу дифузійної камери). Як видно, найбільша поглинена доза спостерігається при застосуванні найменшої дози флузілазолу — 75 мкг, досягаючи через 24 год значення майже 30 %; за цей же період часу відсоток поглиненої дози при застосуванні 2000 і 20000 мкг склав, відповідно, 3,22 % і 0,37 %. Так ж закономірність спостерігається і в більш ранні періоди досліду (4, 8 і 10 годин).

Це спостереження є ключовим в обгрунтуванні відсотку поглиненої дози пестициду, що знаходиться на поверхні шкіри. Справа в тому, що концентрації пестициду на поверхні шкіри працюючих в реальних умовах не перевищують 5–15 мкг/см², тобто, більш ніж втричі нижчі за найменшу з випробуваних концентрацій у дослідах. Умовно екстраполюючи порядок концентрацій, застосованих в експерименті і наведених на рис. 2, на фактичні дані, приходимо до висновку, що очікувана поглинена доза за таких умов при 24-годинній експозиції може значно перевершити принаймні 60 % експозиційної дози.

Наведені результати дозволяють зробити висновок, що в реальних умовах застосування пестициду частка експозиційної дози, поглиненої організмом людини крізь шкіру (ФА), значно перевищуватиме прийняте в експозиційній моделі оцінки ризику значення 0,1 (10 %) і може досягати значення не менше 0,6 (60 %). Практичний вираз цього висновку наведено у табл.3. Розрахунки ризику можливого шкідливого впливу флузілазолу на працюючих проведені з використанням "німецької" моделі за результатами, одержаними під час державних випробувань препарату "Панч, 40 % к.е." на яблунях з використанням вентиляторного обприскувача. Допустима експозиційна доза флузілазолу для людини (ДД) розрахована на підставі значення noel — 0,9 мг/кг/добу (підгострий дослід на собаках при введені per os ) і складає 0,63 мг/люд/добу, а значення "стандартної" нашкірної експозиційної дози (Д ст. експ.) — як максимально можливої експозиції при реально спостережених рівнях забруднення шкіри склала 0,75 мг/люд/добу. При цьому враховувалась вся кількість пестициду, яка необхідна для використання на протязі робочої зміни.

Як витікає з наведених даних, результати оцінки ризику при використанні різних значень ФА суттєво відрізняються: від цілком сприятливої оцінки Е_ш = 0,12 при значенні ФА = 0,1; в межі допустимого ризику Е_ш = 0,72 при значенні ФА = 0,6 і до неприпустимого ризику Е_ш = 1,2 при ФА = 1,0, що вимагає застосування при роботах з пестицидом допоміжних засобів безпеки (захисні рукавички, спецодяг, тощо).

Таким чином, в результаті проведених досліджень проникнення флузилазолу через ізольовану шкіру щурів з використанням дифузійної моделі виявлені залежності кількості поглиненої крізь шкіру речовини (поглиненої дози) від застосованої концентрації пенетранту з розрахунком швидкості проникнення та поглиненого відсотку експозиційної дози. Зроблено висновок про те, що за реальними концентраціями пестициду на шкірі, які формуються під час його практичного застосування (обприскування яблуневого саду препаратом "Панч, 40 % к.е." з використанням вентиляторного обприскувача), поглинена доза флузілазолу може становити більше 60 % експозиційної дози. За цих умов значенння ФА, яке використовується в розрахункових експозиційних моделях оцінки ризику для працюючих, може сягати щонайменше 0,6, а не 0,1 як це рекомендовано в моделі. При цьому, значення ступеню несприятливої дії Е_ш суттєво підвищується, що за обставин подальшого погіршення оцінки (Е_{ш lim} =>1) вказує на необхідність прийняття допоміжних заходів безпеки.

Література
1. J. Lundehn, Berthold Krebs. Uniform Principles for Safeguarding the Health of Applicators of plant Protection Products. Berlin, 1992.
2. PHED (Pesticide Handlers Exposure Database). Reference manual.// Versar. Inc., Springfield, VA, 1992.
3. Методические рекомендации по изучению и гигиенической оценке условий труда при применении пестицидов. —М., 1995.
4. Гігієнічна класифікація пестицидів за ступенем небезпечності. —ДСанПіН 8.8.1.002-98,К.., 1998. —С. 4–8.
5. H.Shaefer, A.Zesch, G.Stuttgen. Skin Permeability// Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1982. —P. 886.
6. Cutaneous Toxicity. Ed. V. A.Dril & P. Lazar. Raven Press New York, 1983. —Р. 274.
7. Р.Берд, В. Стьюарт,Е. Лайтфут. Явления переноса// М.: "Химия", 1974. —С. 440–442.
8. Плохинский Н.А. Биометрия// М.: Московский университет, 1970. —367 с.