Инженер-химик Руководство по токсикологии
Токсикологии воздействия химических инженер-разному. Вот что вам нужно знать об основах этой области.
Научных данных по токсикологии является критически важным компонентом для понимания текущих вопросов, важных в профессиональной, общественной и личной жизни инженеры-химики. Такие темы, как охрана здоровья детей, эндокринной системы, разработка новых лекарственных препаратов, а также высокого объема производства (ВПЧ), инициатива химического анализа приводятся примеры таких вопросов. В данной статье рассматривается то, что это токсикология, основные принципы, токсикологии, и о своей роли в области здравоохранения и фармацевтической и химической промышленности процесса.
Что такое токсикологии?
Токсикологии, как это определено в подзаголовке одной из классических текстов области, является "наука ядов" (л). Токсикологии также может быть определена как изучение вредного воздействия физических факторов (например, радиации) или химических веществ может привести к биологическим системам. Неблагоприятные последствия могут охватывать спектр от тех, которые являются нежелательными, но не вредно (например, сухость во рту), чтобы те, которые смертельны. Воздействие может быть немедленной или задержки (например, астма против рака), обратимый или необратимый, локализованные и системный характер. Токсикологи изучать то, что эти эффекты, изучить, как они происходят, и сделать или влиять на принятие решений о том, как использовать (или не использования) химических веществ из-за этих эффектов.
Изучение токсикологии могут быть организованы по-разному - агентом интерес (радиация, металлы, фармацевтические препараты, пестициды, эндокринные-активные соединения, естественные токсины), системами органов, пострадавших от агента (печень, почки, репродуктивную системы), типы эффектов (рак), используемых методов (ингаляции, попадании на кожу, вычислительной токсикологии, эпидемиологии, оценка риска), виды и настройки интерес (экологической токсикологии, ветеринарных токсикологии, гигиены токсикологии, безопасности пищевых продуктов). Очень немногие программы токсикологии студентов существует. Таким образом, практика "lexicologists" обычно используют их обучение и в других областях, таких как биологические науки, химия, математика и статистика, и, да, химического машиностроения, в дополнение к формальной или неформальной подготовки в токсикологии, как правило, в аспирантуре и аспирантов .
В то время как широкий диапазон данных, могут быть полезными в оценке опасности того или иного соединения, заинтересованные стороны из различных стран мира - членов Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) - указали проверочных данных Set (МОРС), который должен быть доступны для химических веществах (определяемая как соединений производится на равных или превышающих 1 млн фунтов в год). Малых островных развивающихся государств для отдельных химических веществ, авторами которого являются страны-члены, как правило, кратко представители промышленности (который проведет неопубликованные данные), рассматриваются страной-спонсором, а затем эти доклады рассматриваются и утверждаются в рамках ОЭСР, и, наконец, доклады, публикации.
Токсикологическим требуется или рекомендуется для малых островных развивающихся государств приведены в таблице. В общем, проведения испытаний на токсичность обусловлена указанных нормативных требований, управление качеством продукции проблемы или желание, чтобы перейти от риска дефолта оценки химического путем предоставления конкретным химическим веществам, данные заменить консервативных предположений. Малых островных развивающихся государств также включает в себя физико-химические данные (например, точек плавления и кипения) и данные об окружающей среде судьбы (например, способность к биологическому разложению), который поможет ученым определить, на каком соединения могут быть найдены (например, воздух, вода, отложения) и, насколько настойчиво он скорее всего, будет в окружающей среде.
Основные принципы токсикологии
Три "законы" ухватить суть токсикологии и организовать изучение науки (2):
* "Доза делает яд"
* Химическому строению и биологии определить конкретный ответ наблюдается
* Человек есть животное, поэтому изучение животных имеет значение для понимания последствий для людей.
Эти три принципа описания понятия дозиметрии, образ действий, а также риск / оценка рисков.
Дозиметрия
Первый закон токсикологии, что доза делает яд (например, "доза-эффект"), обычно объясняется Парацельс (1493-1541), который писал: "Все вещества, яды и нет, не яд. право доза отличает яд и лекарство ". Первый закон воплощает в себе здравый смысл понимание того, что небольшое количество вещества в целом считаются безопасными Крайне маловероятно, что приводит к негативному воздействию, но большое количество этих же соединений может подавлять процессы организм использует, чтобы держать вещи в балансе. Например, люди должны иметь меди и витамина А в рационе для основных метаболических функций, но слишком много или может быть токсичным.
Еще один аспект взаимосвязи доза-реакция "в том, что увеличение дозы может привести к увеличению тяжести последствий (например," Вариации ", мягкий эффект, или" пороки ", серьезный эффект в развитии животных). "Доза" относится не только к сумме соединения, но и как она осуществляется. Люди как правило, опыт воздействия при вдыхании, проглатывании или поглощения через кожу. В лабораторных и клинических условиях, животных и человека могут быть дозированной путем инъекций. Инъекции могут быть поставлены как болюс (в течение короткого периода времени) или непрерывной инфузии в течение более длительного времени.
Дозиметрия является оплотом математически более склонны токсиколог, и царство, в котором инженер-химик, вероятно, чувствуют себя как дома. Целевая ткани дозиметрии (концентрации в пораженных органах), могут быть получены путем таких методов, как физиологически основана фармакокинетических (PBPK) моделирования. Эта техника использует уравнений баланса массы для описания поглощения в животное, распространение по всему организму, химические реакции, которые преобразуют соединения в другие соединения, а также прямое уничтожение соединений путем выделения (рисунок). Основной мотивацией для PBPK моделирования будут охотно, что количество активного химического вещества соответствующих сайте в данный момент времени является последовательным определитель результатов, независимо от того, как это случилось (маршрут, производства обмена веществ, или управляемых напрямую).
Каждый отсек PBPK модель представлена уравнение баланса массы. Для общей модели, показанной на рисунке, баланс массы легких состоит из входных потоков из-за вдыхания газа и венозного кровотока возвращения вещества из тканей (например, печень), и потери от легких из-за испарений из непоглощенной газа и артериальной крови, оттекающей от легких. Концентрации химических веществ в выдыхаемом воздухе и артериальной крови как правило, могут считаться в условиях термодинамического равновесия. Стандартные методы существуют для измерения относительной растворимости (так называемые коэффициенты распределения, P) летучих соединений в воздухе и в жидкости (или приостановлении наземного до тканей в физиологическом растворе) в пробирке (3).
PBPK модели часто используются для экстраполяции между видами, или из одного пути воздействия на другой. Например, соединение X может быть считается прямого действия репродуктивных токсикантов (т. е. X сама токсичен, не метаболита). Тканевой дозы, а не доза облучения, делает яд. Для оценки риска для людей, один, возможно, пожелает использовать грызунов PBPK модели для определения концентрации репродуктивной ткани X для воздействия как известно, без риска для животных (от экспериментов). PBPK модель X в человеке может быть использован для определения концентрации воздействия человека (человеческий эквивалент концентрации или HEC) приведет к той же концентрации ткани. Если воздействия на человека в X находятся в диапазоне от HEC, обеспокоенность существует, но если воздействия на человека на порядки ниже, беспокойство не будут уменьшены.
Экстраполяция эффектов
Второй закон токсикологии относится к специфике воздействия токсичных агентов в целевые организмы, а третье принадлежит право на экстраполяции результатов между видами (например, из лабораторных животных к человеку). Второй закон относится к механизму действия или механизм, то есть, каким химическим X делать то, что делает с целевой Y? Третий закон отмечает, что понимание механизма действия в тестовом видов значение для понимания воздействия на человека - то есть, независимо от того продемонстрировали опасности у животных, можно сделать вывод или спорных для людей, на основе механизма действия.
В отсутствие доказательств противного, эффекты, наблюдаемые у животных, как правило, предполагается, что разумной вероятности, происходящих в людей, подвергшихся (третий закон) по тому же механизму, как у животных (второй закон). Например, хлористый винил мономера было установлено, приводить к появлению опухолей в печени, которые возникли из кровеносных сосудов (hemangiosarcomas) в испытаний на животных. Повышенная встречаемость данного иначе редкие опухоли в группе профессионально облучению веские доказательства того, что винилхлорид вызвало эти опухоли, а не другого соединения или случайность.
Тем не менее, понимание механизма действия можно предположить, что люди не могут быть восприимчивы к определенным последствиям. Определенный тип опухоли почки может развиться у самцов крыс из-за привязки к белок известен как alpha2u глобулина, который у крыс-самцов, а самок крыс нет. Кроме того, людям не дают этого белка. Таким образом, соединения, которые вызывают опухолей почек у самцов крыс через alpha2u глобулина не ожидается поставить раком опасности для человека.
Применение токсикологии
Прикладной токсикологии может быть качественным или количественным. Примеры качественной оценки агентов включают в себя создание списков, таких как опасных загрязнителей воздуха, таких классификаций, как известно, / вероятно, канцерогенных для человека, известных и / или вероятный канцероген животных и известных репродуктивных токсикантов.
Количественные оценки могут привести к пределы воздействия на рабочем месте или воздействием окружающей среды. Эти оценки могут привести к консультативные принципы или правила, которые несет на себе тяжесть закона. Они проводятся различными организациями, в том числе федерального правительства (например, о безопасности и гигиене администрации [OSHA], охране окружающей среды [EPA], Агентство по токсическим веществам и регистрации заболеваний [ATSDR]), правительства штатов, профессиональные организации, такие как Американская конференция правительственных промышленных гигиенистов, так и производителей.
Токсикологии испытаний химической и фармацевтической промышленности обусловлена соблюдать требования законодательства и управления качеством продукции, а также для использования в процессе разработки стандартов. Относительно небольшое число промышленных химических инженеров будет работать непосредственно с токсикологов, хотя и токсикологическая информация может повлиять на их работу.
Токсичность потенциального беспокойства для всех участвующих в производстве, обработке и использовании соединения. На рабочем месте воздействия стандартов и процедур обработки материалов могут быть созданы на основе информации о токсичности, а инженер-химик, скорее всего, взаимодействовать с промышленной гигиене, а не непосредственно с токсиколог, по этим вопросам. Освоение новых рынков и приложений для соединений или продуктов могут открыть после завершения указанного производителя испытаний на токсичность и получает необходимые разрешения.
Токсичность может быть косвенным беспокойства, когда дело доходит до экономики данного процесса. Например, использование токсичных растворителей в процесс, вероятно, подвергать компании дополнительные требования к отчетности и повышения утилизации или издержки обращения с отходами, за интерес правительства в деле отслеживания и сведения к минимуму воздействия общественности на этих соединений.
Наркотиками развития и оценки безопасности. Токсичность испытаний в фармацевтической промышленности часто упоминается как оценка безопасности. Терапевтические отношения наркотиков рассчитывается как летальная доза в 1% населения, деленное на эффективную дозу для 99% населения. Хотя высокие терапевтические отношения являются предпочтительными, препараты с низким терапевтическим отношения все еще может быть клинически приемлемым Есть несколько альтернативных вариантов и последствий не лечатся являются ужасающими. Воздействие на инженера-химика, что, если клинические испытания показывают, что терапевтический соединение имеет неприемлемые побочные эффекты или является неэффективной, масштабов производства, деятельности или процесса очистки инженер разрабатывает для этого соединения может быть аннулирована.
Стандартная установка для химической промышленности процесса. Процесс установления стандарта или эталонного уровня воздействия с минимальным приемлемым риском для здоровья человека многоступенчатый процесс, и всегда быть пересмотрена с учетом новых знаний о химических или изысканной интерпретацией предыдущих исследований.
При определении уровня облучения, воздействия на сценарий первого определены. Что такое путь воздействия? Дыхание, при проглатывании и попадании на кожу чаще всего оценка путей воздействия. Кто подвергается и кто нуждается в защите? Есть обеспокоенность населения в целом группе здоровых взрослых работников, или же это смесь для детей и взрослых разного состояния здоровья (например, с нарушением иммунной системы), или это исчезающих видов подвергаются стоки? Как долго будет подвергаться населения? Люди могут быть подвержены их жизни или воздействия может быть кратким, как работник подвергается во время восстановления проекта.
Исследования соединения, представляющие интерес, затем рассматриваются и критические эффекты (тех, которые произошли на самом низком уровне воздействия) определены. Для того чтобы оценка риска для населения и сценария воздействия, вызывающие озабоченность, риск эксперт может сделать различные экстраполяции или применить безопасности / факторы неопределенности, к ответственности за недостаточной количественной информации о различиях между исследованных видов и населения озабоченность.
Утверждение конкретных приложений продукта. Медицинские приборы и вещества, контакт с пищевыми продуктами примеры продуктов, требующих проведения испытаний на токсичность материалов до использования. Для медицинских устройств, объем тестирования будет варьироваться в зависимости от ожидаемой продолжительности использования (кратко-и долгосрочные) и является ли это устройство внешнего или имплантации. Тестирование веществ, необходимых для контакта с пищевыми продуктами включает в себя, в дополнение к определенным тестов на токсичность, имитируя возможные добычи выносимые соединений из продуктов во время использования.
Токсичные ущерба. Токсикологи может быть призван консультировать юристы или выступать в качестве свидетелей-экспертов, когда отдельные лица или группы (например, работников или жителей близлежащих районов) требовать компенсацию за ущерб, который они приписывают химического воздействия. Токсиколог, как правило, считают силу доказательства того, что воздействие произошло, когда и что уровень воздействия может быть, характер предполагаемого ущерба, а вероятность того, что воздействие производится вреда. Например, эффект заявил может иметь место только при уровнях воздействия выше порога запах, поэтому, если заявитель не нюхал химическое, в результате ущерб не может быть связано с воздействием. Если воздействие может быть показано и влияние относительно редко среди населения в целом, но наблюдается в контролируемых экспериментах на животных, а также сроков эффект по отношению к возникновению воздействия является разумным, случае сильнее.
Актуально
Этот раздел не предназначен для всестороннего обсуждения, а образец 2 важных вопросов в настоящее время сталкиваются токсикологии сообщества - уязвимые группы населения и охраны здоровья детей, а также оценка большого числа химических веществ.
Уязвимые группы населения и охраны здоровья детей. Субъектов уязвимые группы населения в целом и здоровья детей, в частности, были актуальные темы в области токсикологии и оценки рисков. Традиционно, факторы безопасности и факторы неопределенности, были использованы в процессе разработки стандартов для защиты от потенциальных различия не только между испытанных видов и видов, вызывающих беспокойство (часто люди), но и между "средним" человеком и чувствительных людей, именуемых межличностных изменчивости. Эти различия могут получать как от доставки активных веществ в целевой ткани (фармакокинетика) и тип ответа, который обусловлен наличием активного соединения на целевой сайт (фармакодинамика).
Исследователи в этой области, стремятся ли охарактеризовать традиционную безопасности / факторы неопределенности, являются достаточными для защиты определенных подгруппах населения, в частности, детей. В дополнение к научным вопросам, сложные политические вопросы, такие, как, какой процент населения должны быть защищены - 90%? 95%? 99%?, 99,9999%? Также в стадии обсуждения.
Оценка большого числа химических веществ. ЕРА ВПЧ тесты химического Инициатива, объявленная в 1998 под названием химических производителей добровольно предоставить основные токсикологические информации (по аналогии с малым островным развивающимся государствам конечных точек в таблице) на 2800 химических веществ на рассмотрение заинтересованных сторон. Во многих случаях компании, уже эту информацию, но еще не опубликован, его. Для тех, конечные точки, для которых данные отсутствуют, компании предложено заполнить пробелы в данных.
Это может быть сделано путем тестирования, но и для экономии средств и животных беспокойство, это может быть возможным использовать информацию о связанных с химическим оружием, чтобы обеспечить разумную оценку токсичности. Например, можно считать, токсичность группу структурно связанных с химическим оружием. Для некоторых конечных точек, могут быть данные, указывающие на последовательное, структура изменения, связанные с токсичностью (например, снижение токсичности с увеличением числа и размера алкильных групп). С другой стороны конечных точек, данные могут быть недоступны для некоторых, но не все члены данной категории. В некоторых случаях можно интерполировать между категории членов для создания сильных аргументов, что результат теста отсутствует вписываются в тенденции, установленных в категории, и что тестирование не требуется. В таких случаях, интерполяция в середине категории сильно предпочитал экстраполяции на концах категории. Такая стратегия может дать быстрый ответ, снизить затраты на испытания, а также свести к минимуму использование животных для проведения испытаний на токсичность.
Для получения дополнительной информации
Отчеты о токсикологии и оценки рисков в популярных средствах массовой информации часто мелкие или односторонней. Например, сообщая о новых лекарств чудо может обсуждать только выигрывает, а отчетность о промышленных химических веществ, склонен сосредоточить внимание на отрицательных. По конкретным вопросам, хорошая поисковая система Интернет должен бросить широкая сеть, но, как вся информация в сети Интернет, с осторожностью относиться к надежности или смещения источника. Инженеры-химики, которые не несовершеннолетнего в предварительном мед может найти биомедицинских глоссарий или словарь полезным.
Сайты интересов
Общество токсикологии: <a target="_blank" href="http://www.toxicology.org" rel="nofollow"> www.toxicology.org </ A>
США EPA: <a target="_blank" href="http://www.epa.gov" <rel="nofollow"> www.epa.gov /> или комплексной системы информации о рисках (IRIS) в < HREF = "http://www.epa.gov/iriswebp/iris/index.html" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.epa.gov / iriswebp / диафрагмы / index.html </ A>
Агентство по токсическим веществам и регистрации заболеваний: <a target="_blank" href="http://www.atsdr.cdc.gov" <rel="nofollow"> www.atsdr.cdc.gov />
Токсикологии передового опыта по оценке рисков (TERA): <a target="_blank" href="http://www.tera.org/iter/" rel="nofollow"> www.tera.org/iter/ </ A>
Пищевых продуктов и медикаментов: <a target="_blank" href="http://www.fda.gov" <rel="nofollow"> www.fda.gov />
Межведомственный координационный комитет по вопросам проверки альтернативных методов: iccvam.niehs.nih.gov.
ЛИТЕРАТУРА
1. Klaassen, CD, под ред. "Cassarett и токсикологии Далл, основные науки Яды", шестое издание, McGraw-Hill, Нью-Йорк, NY (2001).
2. Гольдштейн, Б. и М. А. Gallo, "Закон Цена: Вторая право токсикология", Toxicol. Sci., 60, с. 194-195 (2001).
3. Гаргас, М. Л. и др. /. ", Коэффициенты распределения низким молекулярным весом летучих химических веществ в различных жидкостей и тканей", Toxicol. Appl. Pharmacol, 98, с. 87-99 (1989).
LISA М. Суини
SAPPHIRE GROUP, INC
LISA М. Суини, кандидат технических наук, DABT (<a href="mailto:LMS29@cwru.edu"> LMS29@cwru.edu </ A>) является старший научный сотрудник Сапфир Group, Inc (Дейтон, Огайо). Она держит BSE в области химического машиностроения Case Western Reserve Univ. и степень доктора наук в области химической инженерии с несовершеннолетним в экологической токсикологии из Корнельского Univ. Она получила докторскую подготовку в токсикокинетических моделирования в химической промышленности, Институт токсикологии, и получила совет сертификации в Токсикологии Американского совета по токсикологии.
