Коэффициент токсичной эквивалентности
Коэффициент токсической эквивалентности ( TEF ) выражает токсичность диоксинов 2,3,7,8 - , фуранов и ПХД в пересчете на наиболее токсичную форму диоксина — ТХДД . [1] Токсичность отдельных конгенеров может варьироваться на порядки .
С помощью TEF токсичность смеси диоксинов и диоксиноподобных соединений можно выразить одним числом – токсическим эквивалентом (TEQ). Это единая цифра, полученная в результате произведения концентрации и индивидуальных значений TEF каждого соединения. [1]
Концепция TEF/TEQ была разработана для облегчения оценки рисков и нормативного контроля. Хотя первоначальный и текущий набор TEF применим только к диоксинам и диоксиноподобным химическим веществам (DLC), эта концепция теоретически может быть применена к любой группе химических веществ, удовлетворяющих обширным критериям сходства, используемым с диоксинами, прежде всего, что основной механизм действия является общим. по всей группе. До сих пор только DLC имели такую высокую степень доказательства токсикологического сходства. [2]
За прошедшие годы существовало несколько систем, таких как международные токсичные эквиваленты только для диоксинов и фуранов, представленные как I-TEQ DF , а также несколько TEF для конкретных стран. Нынешняя схема Всемирной организации здравоохранения , представленная как WHO-TEQ DFP , которая включает ПХД, в настоящее время общепринята. [1]
Химические смеси и аддитивность
[ редактировать ]Люди и дикая природа редко подвергаются воздействию отдельных загрязнителей, а скорее сложным смесям потенциально вредных соединений. Диоксины и DLC не являются исключением. [3] Это важно учитывать при оценке токсичности, поскольку воздействие химических веществ в смеси часто отличается от действия по отдельности. Эти различия могут иметь место на химическом уровне, где в результате взаимодействия изменяются свойства самих соединений, создавая новую дозу в ткани-мишени и количественно иной эффект. Они также могут действовать вместе (простое аналогичное действие) или независимо на организм на рецепторе во время поглощения, при транспортировке по организму или во время метаболизма , оказывая совместный эффект. Совместные эффекты описываются как аддитивные (с использованием дозы, реакции/риска или измеряемого эффекта), синергические или антагонистические . Реакция аддитивной дозы возникает, когда эффект смеси определяется суммой доз химического компонента, каждая из которых взвешивается по относительной токсичности. Реакция по аддитивному риску возникает, когда реакция смеси представляет собой сумму рисков компонентов, основанную на законе вероятности независимых событий. Реакция смеси «эффект-добавка» возникает, когда совокупный эффект воздействия химической смеси равна сумме химических эффектов отдельных компонентов, например, дополнительных изменений относительной массы печени. Синергизм возникает, когда совокупный эффект химических веществ вместе превышает прогноз аддитивности, основанный на их отдельных эффектах. Антагонизм описывает ситуацию, когда совокупный эффект меньше аддитивного прогноза. Очевидно, важно определить, какой тип аддитивности используется. Эти эффекты отражают основные способы действия и механизмы токсичности химических веществ. [4]
Аддитивность является здесь важной концепцией, поскольку метод TEF работает в предположении, что оцениваемые загрязнители в смесях являются дозо-аддитивными. Поскольку диоксины и DLC действуют на AhR одинаково, их отдельные количества в смеси можно сложить вместе как пропорциональные значения, т.е. TEQ, для оценки общей эффективности. Это мнение довольно хорошо подтверждается исследованиями. [5] Наблюдались некоторые взаимодействия, и остаются некоторые неопределенности, включая применение для приема, отличного от перорального. [1]
ТЭФ
[ редактировать ]Воздействие сред окружающей среды, содержащих 2,3,7,8-ТХДД и другие диоксины и диоксиноподобные соединения, может быть вредным как для людей, так и для дикой природы. Эти химические вещества устойчивы к метаболизму и биоусиливают всю пищевую цепочку. Токсические и биологические эффекты этих соединений опосредуются через рецептор арилуглеводородов (AhR) . Часто результаты человеческой деятельности приводят к тому, что эти химические вещества в виде смесей DLC попадают в окружающую среду. Подход TEF также использовался для оценки токсичности других химических веществ, включая ПАУ и ксеноэстрогены. [6]
Подход TEF использует основное предположение об аддитивности, связанной с этими химическими веществами, которое учитывает химическую структуру и поведение. [3] Для каждого химического вещества модель использует сравнительные показатели отдельных анализов токсичности, известные как относительная эффективность эффекта (REP), чтобы назначить единый коэффициент масштабирования, известный как TEF.
| Сородич | БГА 1985 г. [7] | НАТО (I-TEF) 1988 г. [8] | ВОЗ 1998 г. [9] | ВОЗ 2005 г. [10] | ВОЗ 2022 [11] |
|---|---|---|---|---|---|
| 2,3,7,8-Cl 4 ДД | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1,2,3,7,8-Cl 5 ДД | 0.1 | 0.5 | 1 | 1 | 0.4 |
| 2,3,7,8-замест. Кл 6 ДД | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |
| 1,2,3,4,6,7,8-Cl 7 ДД | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.05 |
| Кл 8 ДД | 0.001 | 0.001 | 0.0001 | 0.0003 | 0.001 |
| 2,3,7,8-Cl 4 DF | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.07 |
| 1,2,3,7,8-Cl 5 DF | пп | пп | 0.05 | 0.03 | 0.01 |
| 2,3,4,7,8-Cl 5 DF | 0.01 | 0.05 | 0.5 | 0.3 | 0.1 |
| 2,3,7,8-замест. Кл 6 ДФ | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | |
| 2,3,7,8-замест. Кл 7 ДФ | 0.01 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | |
| другой Cl 7 DF | 0.001 | 0 | 0 | 0 | |
| Кл 8 ДФ | 0.001 | 0.001 | 0.0001 | 0.0003 | 0.002 |
| другие ПХДД и ПХДФ | 0.01 | 0 | 0 | 0 |
ТХДД
[ редактировать ]2,3,7,8-тетрахлордибензо -п -диоксин (ТХДД) является эталонным химическим веществом, с которым сравнивают токсичность других диоксинов и DLC. TCDD — самый токсичный из известных DLC. Другим диоксинам и DLC присваивается коэффициент масштабирования (TEF) по сравнению с TCDD. TCDD имеет TEF 1,0. Иногда в качестве эталонного химиката также используется PCB 126 с TEF 0,1. [ нужна ссылка ]
Определение ТЭФ
[ редактировать ]TEF определяются с использованием базы данных REP, которые соответствуют критериям, установленным ВОЗ, с использованием различных биологических моделей или конечных точек и считаются оценками с порядком неопределенности. [3] Характеристики, необходимые для включения соединения в подход ВОЗ TEF, включают: [3]
- Структурное сходство с полихлордибензо -п -диоксинами или полихлордибензофуранами.
- Способность связываться с рецептором арильных углеводородов (AhR)
- Способность вызывать биохимические и токсические реакции, опосредованные AhR
- Стойкость и накопление в пищевой цепи
Все жизнеспособные REP для химического вещества объединяются в распределение, а TEF выбирается на основе приращений на половину порядка величины в логарифмическом масштабе. TEF обычно выбирается из 75-го процентиля распределения REP, чтобы защитить здоровье. [ нужна ссылка ]
in vivo и in vitro Исследования
[ редактировать ]Распределения REP не взвешиваются, чтобы придать большую важность определенным типам исследований. В настоящее время REPs фокусируются на исследованиях in vivo, а не in vitro . Это связано с тем, что все типы исследований in vivo ( острые , субхронические и т. д.) и различные конечные точки были объединены, а соответствующие распределения REP показаны в виде одного квадратичного графика. [3]
ТЭК
[ редактировать ]Токсические эквиваленты (TEQ) представляют собой взвешенную по токсичности концентрацию смесей ПХДД, ПХДФ и ПХД. Зарегистрированное значение предоставляет информацию о токсичности смеси химических веществ и имеет большее значение для токсикологов, чем сообщение об общей концентрации. Для получения TEQ концентрация каждого химического вещества в смеси умножается на его TEF, а затем суммируется со всеми другими химическими веществами, чтобы получить общую концентрацию, взвешенную по токсичности. [1] [6] Затем TEQ используются для характеристики рисков и целей управления, например, для определения приоритетности областей очистки. [ нужна ссылка ]
Расчет
[ редактировать ]Токсическая эквивалентность смеси определяется как сумма концентраций отдельных соединений (C i ), умноженная на их относительную токсичность (TEF): [6]
Приложения
[ редактировать ]Оценка риска
[ редактировать ]Оценка риска – это процесс, с помощью которого оценивают вероятность какого-либо неблагоприятного воздействия, например, загрязнения окружающей среды. Оценка экологических рисков проводится для защиты здоровья человека и окружающей среды и часто используется для содействия соблюдению правил, например, предусмотренных CERCLA в Соединенных Штатах. Оценка риска может проводиться задним числом, т. е. при оценке опасности загрязнения на объекте суперфонда, или прогнозно, например, при планировании сброса отходов . [ нужна ссылка ]
Сложная природа смесей химических веществ в окружающей среде затрудняет оценку риска. [6] Подход TEF был разработан, чтобы помочь оценить токсичность DLC и других загрязнителей окружающей среды с аддитивным эффектом. [6] и в настоящее время одобрен Всемирной организацией здравоохранения. [1]
Здоровье человека
[ редактировать ]Воздействие на человека диоксинов и DLC является причиной беспокойства общественности и регулирующих органов. [5] Проблемы со здоровьем включают эндокринные, иммунные и канцерогенные эффекты, связанные с развитием. [12] Путь заражения – в первую очередь через употребление продуктов животного происхождения, таких как мясо, молочные продукты, рыба и грудное молоко человека. [12] Однако люди также подвергаются воздействию высоких уровней «природных диоксинов» в приготовленных продуктах и овощах. На рацион человека приходится более 95% общего потребления TEQ. [12]
Риски для человека обычно рассчитываются на основании известных случаев проглатывания загрязняющих веществ или образцов крови или жировой ткани. Однако данные о потреблении человеком ограничены, а расчеты по крови и тканям недостаточно подтверждены. Это представляет собой ограничение на применение TEF при оценке риска для человека. [13]
Рыба и дикая природа
[ редактировать ]Воздействие DLC на дикую природу происходит из различных источников, включая осаждение выбросов в атмосферу (например, сжигание отходов) над наземными и водными средами обитания и загрязнение отходами. Затем загрязняющие вещества биоаккумулируются по пищевой цепи. ВОЗ вывела TEF для видов рыб, птиц и млекопитающих, однако различия между таксонами по некоторым соединениям различаются на несколько порядков. По сравнению с млекопитающими рыбы менее чувствительны к моноорто-ПХБ. [3]
Ограничения
[ редактировать ]Оценка риска DLC в рамках подхода TEF основана на определенных допущениях, которые придают различную степень неопределенности. Эти предположения включают в себя: [3] [5]
- Все отдельные соединения действуют по одному и тому же биологическому пути.
- Индивидуальные эффекты аддитивны к дозе.
- Кривые «доза-реакция» имеют аналогичную форму.
- Отдельные соединения одинаково распределяются по организму.
Предполагается, что TEF эквивалентны для всех эффектов, всех сценариев воздействия и всех видов, хотя на самом деле это может быть не так. Метод TEF учитывает только эффекты токсичности, связанные с механизмом AhR, однако некоторая токсичность DLC может быть опосредована другими процессами. Аддитивность дозы может быть применима не ко всем DLC и сценариям воздействия, особенно к тем, которые связаны с низкими дозами. Взаимодействия с другими химическими веществами, которые могут вызывать антагонистические эффекты, не рассматриваются и могут быть видоспецифичными. Что касается оценки риска для здоровья человека, предполагается, что оценки относительной активности, полученные в ходе исследований на животных, позволяют прогнозировать токсичность у людей, хотя существуют видоспецифичные различия в AhR. [5] Тем не менее, исследования смесей in vivo показали, что значения TEF ВОЗ 1998 г. предсказывают токсичность смеси с точностью до двух или менее раз. [1] Вероятностный подход может дать преимущество при определении TEF, поскольку он лучше описывает уровень неопределенности, присутствующий в значении TEF. [1]
Использование значений TEF для оценки абиотических матриц, таких как почва, отложения и вода, проблематично, поскольку значения TEF в основном рассчитываются на основе исследований перорального приема. [1]
История и развитие
[ редактировать ]Начиная с 1980-х годов, существует долгая история разработки TEF и способов их использования. Новые проводимые исследования влияют на руководящие критерии назначения TEF по мере развития науки. Всемирная организация здравоохранения провела группы экспертов для достижения глобального консенсуса о том, как присвоить TEF в сочетании с новыми данными. Каждая отдельная страна рекомендует свои собственные значения TEF, обычно одобряя TEF глобального консенсуса ВОЗ. [5]
Другие соединения для потенциального включения
[ редактировать ]Исходя из механистических соображений, PCB37 , PBDD, PBDF, PXCDD, PXCDF, PCN в концепцию TEF можно включить , PBN и PBB. Однако для большинства этих соединений отсутствуют данные о воздействии на человека. Таким образом, значения TEF для этих соединений находятся в процессе пересмотра. [1]
См. также
[ редактировать ]Источники
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Ван ден Берг М, Бирнбаум Л.С., Денисон М., Де Вито М., Фарланд В., Фили Ф., Фидлер Х., Хаканссон Х., Ханберг А., Хос Л., Роуз М., Сейф С., Шренк Д., Тохьяма С., Тричер А., Туомисто Дж. , Тысклинд М., Уокер Н., Петерсон Р.Э. 2006. Переоценка Всемирной организацией здравоохранения 2005 года факторов токсичной эквивалентности диоксинов и диоксиноподобных соединений для человека и млекопитающих, Токсикол. наук. 93:223–241, doi:10.1093/toxsci/kfl055 .
- ^ Агентство по охране окружающей среды США. 2000. Дополнительное руководство по проведению оценки риска для здоровья, связанного с химическими смесями. EPA/630/R-00/002. Вашингтон, округ Колумбия: Форум по оценке рисков.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Ван ден Берг М, Бирнбаум Л, Босвельд АТС, Брунстром Б, Кук П, Фили М, Гизи Дж. П., Ханберг А, Хасегава Р, Кеннеди СВ, Кубиак Т, Ларсен Дж. К., ван Леувен FXR, Джьен Лием АК, Нолт С, Петерсон Р.Э., Поеллингер Л., Сейф С., Шренк Д., Тиллитт Д., Тисклинд М., Юнес М., Варн Ф., Захаревски Т. 1998. Факторы токсической эквивалентности (TEF) для ПХД, ПХДД, ПХДФ для человека и дикой природы. Прибл. Перспектива здоровья. 106:775–792.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США. 2000. Дополнительное руководство по проведению оценки риска для здоровья, связанного с химическими смесями. EPA/630/R-00/002. Вашингтон, округ Колумбия: Форум по оценке рисков.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Агентство по охране окружающей среды. 2010. Рекомендуемые коэффициенты эквивалентности токсичности (TEF) для оценки риска для здоровья человека 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина и диоксиноподобных соединений.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Сейф С. 1998. Оценка опасности и риска химических смесей с использованием подхода коэффициента токсичной эквивалентности. Перспективы экологического здоровья 106:1051–1058, doi:10.1289/ehp.98106s41051 .
- ^ Федеральное агентство по охране окружающей среды: Статус диоксинов . Эрих Шмидт Верлаг, Берлин, 1985 г., цитируется по Боллшмитеру и Бахеру (1996).
- ^ Ф. В. Куц и др.: Метод оценки риска с использованием международного коэффициента эквивалентности токсичности (I-TEF) для сложных смесей диоксинов и родственных соединений . Chemосфера 20:751–757, 1990, цитируется по Ballschmiter und Bacher (1996); эта система была впервые предложена Комитетом НАТО по проблемам современного общества (NATO-CCMS) в 1988 году.
- ^ Официальный журнал Европейского Союза: ПОСТАНОВЛЕНИЕ КОМИССИИ (ЕС) № 1881/2006 от 19 декабря 2006 г., устанавливающее максимальные уровни определенных загрязнителей в пищевых продуктах .
- ^ Международная программа безопасности , ВОЗ, Женева, 2005 г.
- ^ ДеВито, Майкл; Боккерс, Бас; ван Дюрсен, Майори Б.М.; ван Эде, Карин; Фили, Марк; Антунес Фернандес Гаспар, Эльза; Хос, Лори; Кеннеди, Шон; Петерсон, Ричард Э.; Хугенбум, Рон; Нохара, Кейко; Петерсен, Ким; Райдер, Синтия; Роуз, Мартин; В безопасности, Стивен; Шренк, Дитер; Уилер, Мэтью В.; Викофф, Даниэле С.; Чжао, Бинь; ван ден Берг, Мартин (2024). «Переоценка Всемирной организацией здравоохранения в 2022 году факторов токсичной эквивалентности полихлорированных диоксинов, дибензофуранов и бифенилов для человека и млекопитающих» . Нормативная токсикология и фармакология . 146 : 105525. doi : 10.1016/j.yrtph.2023.105525 . PMC 10870838. PMID 37972849 .
- ^ Перейти обратно: а б с Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). 1998. Оценка риска для здоровья, связанного с диоксинами: переоценка допустимой суточной дозы (TDI). Международная программа по химической безопасности Европейского центра ВОЗ по окружающей среде и здоровью.
- ^ ван Эде К.И., Андерсон П.Л., Гайш К.П.Дж., ван ден Берг М., ван Дюрсен М.Б.М. 2013. Сравнение эффективности приема и системного относительного эффекта диоксиноподобных соединений у самок мышей после однократного перорального приема. Перспективы гигиены окружающей среды, онлайн.
- Правило отчетности о токсичной эквивалентности TRI диоксинов и диоксиноподобных соединений – предлагаемое правило (EPA США). Архивировано на веб-сайте 2 октября 2012 г.