В.Ф. Богоявленська, кандидат біол. наук, А.В. Харламова, кандидат біол. наук, О.Г. Бичова
Український НДІ промислової медицини, м. Кривий Ріг
SUMMARY. The tentative safe exposure level ofdiisodecyladipate in the working zone air wcw calculated at the level of 5 mg/m3, basing the analysis of the literature and own research concerning the toxicological properties of diiiodetsiladipate and its homologues at different ways of exposure of laboratory animal sinacute, sub-acute, sub-chronic experiments, carcinogenic and mutagenic activity, impact on reproductive function and embryogenesis, considering toxico-dynamics and toxicokinetics.
Keywords: diisodecyladipate, tentative safe exposure level (TSEL), toxicity, air of working zone.
Вступ. Ефіри адипінової кислоти широко використовуються як пластифікатори для полівіиілхлоридних виробів при виробництві кабелів, штучних шкір, гумотехнічних виробів, полімерних будівельних матеріалів тощо. Диізодециладипінат (DIDA) С26Н50O4 (CAS № 27178-16-1) — надає готовим виробам пластичності, низькотемпературних властивостей та ін., молекулярна маса 426,76; прозора рідина зі слабким ароматичним запахом; температура кипіння 239–246°С (4 мм рт.ст.); температура плавлення— мінус 71°С; щільність— 0,9194 г/см3(при 15°С); коефіцієнт розподілу октанол/вода — 10,1; розчинність у воді — 4,4х10-5 мг/л; в'язкість —13,8 сСт при 40°С; тиск насичених парів — 0,0000153 Па при 20°С; у воді не розчиняється, розчиняється в органічних розчинниках; низьколетюча речовина за стандартних умов; окислюється, не гідролізується, не полімеризується.
Найближчі гомологи DIDA диізононіладипінат (D1NA) використовується в якості пластифікатора для виробництва товарів, призначених для дітей, додається до плівок ПВХ, які контактують з харчовими продуктами; (2-етилгексил) адипінат (DEHA) використовується в якості пластифікатора в різних обгортках для зберігання продуктів харчування.
Технологічні процеси виготовлення пластмас супроводжуються можливим надходженням реагенту у виробниче середовище, що обумовлює необхідність обгрунтування гігієнічного нормативу його допустимого вмісту в повітрі робочої зони.
Матеріали та методи дослідження. Обгрунтування ОБРВ DIDA у повітрі робочої зони проведено на підставі аналізу даних літератури з вивчення токсичних властивостей реагенту та його гомологів за різних шляхів надходження в організм лабораторних тварин в умовах гострого, підгострого, субхронічного експерименту; канцерогенної та мутагенної активності, дії на репродуктивну функцію та ембріогенез; токсикодинаміки і токсикокінетики. На відміну від його найближчих гомологів DINA (CAS № 33703-08-1), DEHA (CAS № 103-23-1) та дитридециладипінату (DTDA) (CAS № 16958-92-2) токсикологічні властивості D1DA вивчені недостатньо. Тому на основі подібності за хімічною структурою та фізико-хімічними властивостями вказаних гомологів складних ефірів адипінової кислоти U.S. ЕРА запропоновано використовувати їхні токсикологічні властивості для характеристики токсичної дії DIDA [1, 2].
Дослідження подразнюючої дії D1DA на шкіру та слизові оболонки проведені у відповідності з методичними вказівками [3]. Для оцінки подразнюючої дії DIDA при одноразовій аплікації на шкіру використовували морських свинок-альбіносів (п=8); площа ділянки аплікації 5x5 см; речовину наносили на шкіру в нативному стані, експозиція 4 години, час спостереження 2 тижні.
Можливість впливу на слизові оболонки визначали шляхом внесення однієї краплі нативної речовини в кон’юнктивальний мішок ока кролика (п=3). Протягом 2 тижнів проводили спостереження за станом слизової оболонки ока і прозорістю рогівки.
Результати дослідження та їх обговорення. За результатами досліджень [4] встановлено, що DIDA при пероральному введенні в організм білим щурам відноситься до низькотоксичних речовин: LD50 становить 20 500 мг/кг.
Для DINA LD50 при пероральному надходженні в організм білих щурів становить >10 000 мг/кг. Ознаками токсичності було утруднене дихання та зміна стану хутра тварин. Після розтину не встановлено значної патології внутрішніх органів щурів. Після перорального введення DTDA білим щурам (самки, самці, п=5) LD50nepевищує 15 000 мг/кг; симптоми інтоксикації: діарея, млявість, птоз тощо [1, 2]. За даними різних літературних джерел, LD50 для DEHA (щури) при пероральному введенні встановлена на рівні 9 100 мг/кг; >7 300 мг/кг; >20 000 мг/кг [4, 51.
Результати подразнюючої дії DTDA на шкіру дозволили виявити невелику еритему на рівні 1 балу, клінічних ознак інтоксикації тварин не спостерігалося.
Речовині властива слабка подразнююча дія на слизові оболонки очей: після внесення DIDA спостерігалася слабка гіперемія кон’юнктиви, яка мала зворотній характер.
Після нанесення DINA на шкіру кроликів (п=12) у дозах 50; 200; 794 і 3160 мг/кг протягом 24 год. встановлено невелике подразнення (невеликий набряк і слабка або помірна гіперемія); протягом періоду спостереження 14 днів не було випадків смертності [1, 2].
В опрацьованій літературі не знайдено даних щодо сенсибілізуючої дії DIDA та його гомологів у тварин; також не зустрічаються дані щодо здатності сенсибілізувати організм працюючих при контакті з реагентом та його гомоло-гами, тому ризик сенсибілізації працюючих з DIDA є мінімальним.
Враховуючи фізико-хімічні властивості DIDA та інших складних ефірів адипінової кислоти гостра інгаляційна токсичність не визначалася.Також немає інформації щодо подразнення верхніх дихальних шляхів у людей, які контактують з DIDA та його гомологами на виробництві.
У щурів після перорального надходження DEHA з кормом у дозах 100 і 6000 мг/кг протягом 30 днів спостерігалися гепатомегалія, гіполіпідемія. Токсичні системні ефекти DEHA маловиражені; орган-мішень — печінка [1, 2].
Дослідження з визначення токсикологічних властивостей гомолога DIDA в субхронічному експерименті проведено на двох видах тварин: щурах і собаках. Вживання з кормом білими щурами (п=10 у групі, самці та самки) DINA протягом 13 тижнів призвело до збільшення відносної маси нирок на рівні найвищої дози 500 мг/кг; збільшення абсолютної маси нирок не встановлено. Абсолютна та відносна маса інших внутрішніх органів не відрізнялася у піддослідних та контрольній групах. Гістопатологічне дослідження виявило зміни в яєчниках самок, які отримували дозу 500 мг/кг; патології інших внутрішніх органів не було. За показником збільшення відносної маси нирок NOAEL визначений на рівні 150 мг/кг; LOAEL — 500 мг/кг [1, 2].
Субхронічну дію DINA вивчали на собаках обох статей породи Beagle (п=4 у групі, самці та самки), які з кормом протягом 13 тижнів отримували реагент; на останніх 9–13 тижнях експерименту найвищу дозу 822 мг/кг доводили до 1644 мг/кг. При гістологічному дослідженні виявлені зміни в печінці, сім'яниках, селезінці та нирках тварин, які отримували високі дози. На основі показників зниження маси тіла та споживання корму, збільшення маси печінки і рівнів ферментативної активності, за гістопатологічними змінами в печінці та нирках NOAEL ~274 мг/кг; LOAEL ~822/1644 мг/кг [1, 2].
Субхронічне дослідження (13 тижнів) епікутанної дії нативної DTDA у дозах 0; 800 і 2000 мг/кг на організм самців та самок щурів Sprague-Dawley (n=10) з використанням ізотопної мітки С14 показало, що протягом 4 днів шкірна абсорбція DTDA становила відповідно 11,6% і 10,6%. Після закінчення досліду в тканинах самців та самок виявлено відповідно 63% та 52% (C14)-DTDA, речовина виводиться з організму з сечею (0,7–1,3%) та калом (0,4–0,6%). Не встановлена статева чутливість до шкірної абсорбції (C14)-DTDA. На шкірі тварин усіх груп у місцях контакту з ефіром виявлені невеликі еритеми та лущення. Мікроскопічне дослідження шкіри тварин виявило гіперплазію сальних залоз у дермі. Не виявлені біохімічні зміни у сироватці крові та сечі, морфологічні, клінічні зміни в органах тварин. Реагент не впливає на морфологію сперматозоїдів. Оскільки DTDA не викликає системної токсичності організму щурів у даних умовах експерименту, LOAEL невизначений, NOAEL на рівні 2000 мг/кг [1, 2].
Пероральне надходження DEHA з кормом щурам Fischer 344 у дозах 0; 160; 310; 630; 1250 і 2500 мг/кг протягом 13 тижнів призвело до зменшення маси тіла самців і самок на рівні високих доз: NOAEL системної токсичності — 630 мг/кг; LOAEL— 1250 мг/кг[1, 2].
Пероральне надходження DEHA з кормом мишам B6C3F1 у дозах 0; 160; 310; 630; 1250 і 2500 мг/кг протягом 13 тижнів призвело до зниження маси тіла на 10% у тварин, які отримували дозу 310 мг/кг; NOAEL системної токсичності — 160 мг/кг; LOAEL — 310 мг/кг[1, 2].
При дослідженні впливу DINA на репродуктивну функцію гончих собак встановлений NOAEL на рівні 1,0%. Мікроскопічне дослідження сім’яників у самців, які отримували дози 3% та 6%, виявило відсутність сперматозоїдів у каналі придатка сім’яників, порушення сперматогенезу. Автори припускають, що негативний вплив D1NA на сперматогенез пов’язаний зі зменшенням споживання корму та води тваринами, у результаті чого відбувається порушення енергетичного та водного балансу в організмі собак, які отримували високі дози реагенту. При дослідженні репродуктивних органів самок не виявлено різниці між масою яєчників піддослідних та контрольної групи тварин. DINA не впливає на циклічну активність яєчників, наявність жовтих тіл, дозрівання фолікул у самок собак [1, 2].
Субхронічна епікутанна експозиція DTDA протягом 13 тижнів на самках та самцях щурів Sprague-Dawley (п=10) у дозах 0; 800 і 2000 мг/кт не впливає на репродуктивні органи, про що свідчать гістопатологія статевих органів тварин (матки, яєчників), морфологія сперматозоїдів [1, 2].
Вагітним самкам щурів Sprague Dawley (п=10) з 0–19 день гестації на шкіру наносили DTDA у дозах 0; 800 і 2000 мг/кг. У самок спостерігалася легка еритема та лущення шкіри на місці нанесення речовини. Не встановлена смертність вагітних самок на рівні всіх доз. У самок, які отримували дозу 800 мг/кг, зменшився приріст маси тіла у перший та останній триместри вагітності. Не встановлена системна дія реагенту на організм тварин. Коливання біохімічних показників крові піддослідних тварин були в межах фізіологічної норми.
У 20-денних плодів при огляді виявлені вісцеральні аномалії levocardia та гідронефроз; у плодів, які отримували 2000 мг/кг, levocardia зустрічалася достовірно частіше у порівнянні з контрольною групою. Після повторення експерименту на більшій групі тварин (п=25) не виявлено випадків levocardia та інших вісцеральних аномалій; скелетні аномалії відсутні. Маса, довжина плодів, розподіл за статтю не відрізнялися від контрольної групи. Отже, шкірне нанесення DTDA не впливає на показники репродуктивної функції вагітних самок, на виживаність плодів та їх розвиток. NOAEL (токсичність для вагітних самок) = 2000 мг/кг, NOAEL (токсичність для плоду) = 800 мг/кг [1, 2].
Щурам Sprague-Dawley віком 8 тижнів перорально вводили DEHA у дозах 0; 40; 200 і 1000 мг/кг протягом 28 днів. На рівні дози 1000 мг/кг у самок встановлені порушення естрального циклу, збільшення маси яєчників, атрезії фолікул; у самців виявлені збільшення маси нирок, гістопатологічні зміни в нирках; у самок та самців — збільшення маси печінки; NOAEL (репродуктивна токсичність для самок) = 200 мг/кг; NOAEL (репродуктивна токсичність ддя самців) = 1000 мг/кг [1, 2].
У самців та самок Alpk:APfSD, які отримували DEHA в дозі 1080 мг/кг протягом 10 тижнів до спарювання, виявлене зниження абсолютної та відносної маси печінки; у самок — зменшення приросту маси тіла. Встановлені гістологічні зміни в репродуктивних органах тварин. Маса і кількість посліду в піддослідних тварин були знижені у порівнянні з контрольними. Постнатальні показники піддослідних щурят F1 не відрізнялися від контролю. NOAEL (репродуктивна токсичність для самок та самців) визначений на рівні 170 мг/кг [6, 7].
Самкам та самцям щурів Sprague-Dawley додавали DEHA з кормом у дозах 0; 23; 1200 і 2400 мг/кг протягом 10 тижнів до спарювання, самкам — протягом 8–9 тижнів після спарювання. DEHA впливає на показники жіночої та чоловічої фертильності. Токсичність для самок проявлялася зниженням маси тіла у тварин, які отримували дозу 2400 мг/кг. Піддослідні ембріони характеризувалися зменшенням маси плоду, кількості посліду в порівнянні з контрольною групою, що вказує на ембріотоксичну дію DEHA на рівні високих доз. За показником фертильності тварин обох статей NOAEL = 2400 мг/кг [6].
DEHA не притаманна антиандрогенна дія, результати підтверджені гістопатологічними дослідженнями статевих органів, гормональним рівнем тварин, результатами аналізу сперматогенезу [6].
За результатами досліджень in vitro встановлено, що гомологи DIDA не індукують мутагенний ефект у бактеріальних культурах та в культурі лімфоми мишей, клітинах лінії Balb/c-3Т3 без та з метаболічною активацією. В дослідженнях in vivo з використанням тесту мікроядер кісткового мозку мишей одержано негативний результат, отже, DIDA не властива генотоксична дія [8, 9].
IARC відносить DEHA до групи речовин, що не є канцерогенами для людини. Інші складні ефіри адипінової кислоти не класифіковані I ARC [6].
Метаболізм адипінатів вивчений на прикладі DEHA: після перорального прийому він гідролізується в ШКТ до моно-(2-етилгексил) адипату і 2-етилгексанолу; продукти гідролізу швидко і практично повністю всмоктуються (протягом 24 год. 99–100% у мишей і 97% у щурів, протягом 48 год. 90% у мавп); метаболіти швидко виводяться з сечею в усіх видів піддослідних тварин [1].
Трансформація складних ефірів адипінової кислоти в навколишньому середовиші залежить від загальної кількості атомів карбону в речовині. DIDA характеризується низькими значеннями гідролізу, на швидкість розкладу у воді впливає pH водного середовища: період напіврозкладу при pH 7 становить 2,1 року, при pH 8 — 75 днів. DTDA піддається швидкій фотодеструкції: період напіврозкладу становить 0,36 днів.
При надходженні у довкілля DIDA накопичується в основному в грунті та осаді, його мобільність у навколишньому середовищі є помірною через низький рівень розчинності у воді та низьку летючість. Біодеструкція DIDA протягом 28 днів становить 76,5%, що дає підстави віднести його до речовин, які легко піддаються біологічному розкладанню. При біологічному розпаді речовини виділяється 73,19% карбону, 12,04% гідрогену і 13,94% оксигену. За результатами банку даних небезпечних речовин (HSDB) визначено, що DIDA не зберігається в навколишньому середовищі і не має здатності до біонакопичення [І].
Ґрунтуючись на положеннях МУ [10] з урахуванням фізико-хімічних та токсикологічних властивостей DIDA та його гомологів, для розрахунку ОБРВ у повітрі робочої зони були вибрані рівняння 62 та 70. Середнє значення ОБРВ представлене у вигляді середньогеометричного логарифма величин, розрахованих за окремими рівняннями.
Враховуючи існуючі дані щодо токсичності та віддалених ефектів дії DTDA і беручи до уваги розрахункові величини нормативу (від 5,44 до 6,65 мг/м3), в якості ОБРВ у повітрі робочої зони була рекомендована величина 5,0 мг/м3 (агрегатний стан — аерозоль).
Висновки.
1. DIDA за критерієм гострої токсичності відноситься до низькотоксичних речовин. Виражених розбіжностей у варіабельності видової та статевої чутливості до складних ефірів адипінової кислоти не виявлено. Реагент слабо подразнює шкіру і слизові оболонки в експерименті та натурних дослідженнях. DIDA не притаманна сенсибілізуюча дія; ефір слабо проникає через неушкоджену шкіру. Ембріотоксичний, тератогенний, канцерогенний ефекти проявляються у високих концентраціях, що не є лімітуючим критерієм при системній оцінці небезпеки DIDA. Мутагенний ефект не встановлений. Найбільш реальні шляхи надходження в організм працюючих — через шкіру та в меншому ступені — через дихальні шляхи.
2. На підставі експериментальних даних, літературних джерел і проведених розрахунків обґрунтований ОБРВ диізодециладипінату в повітрі робочої зони — 5 мг/м3 (аерозоль).
ЛІТЕРАТУРА
1. U.S. Environmental Protection Agency September 2008. Supporting Documents for Risk-Based Prioritization. Supporting Documents for Initial Risk-Based Prioritization of High Production Volume Chemicals. — 55 p.
2. Appendix — Robust Summaries for Substances in the HPV Test Plan for the Diesters Category of the Aliphatic Esters Chemicals. — 2010. — 247 p.
3. ;Методические указания к постановке исследований по изучению раздражающих свойств и обоснованию предельно допустимых концентраций избирательно действующих раздражающих веществ в воздухе рабочей зоны. Утв. М3 СССР 11.08.1980. — №2196-80. — М., 1980. — 18 с.
4. Takahashi A. Problems with hygiene maintenance for food coming in contact with rubber and plastic products / A. Takahashi // Int. Takahashi Amer. Sci. Technol. — 1976. — № 3. — P. 93–105.
5. ;Smyth H.F. Range-Finding Toxicity Data: List IV // H.F. Smyth. C.P. Carpenter, C.S. Weil // AMA Arch. Ind. Hyg. Occ. — 1951. — №4, — P. 119–122.
6. IARC. Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Man. Geneva: World Health Organization, International Agency for Research on Cancer, 1972-PRESENT. (Multivolume work). 1982. — V. 29. — 263 p.
7. Toxicity of di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and di(2-ethyl-hexyl)adipate (DEHA) under conditions of renal dysfunction induced with folic acid in rats: Enhancement of male reproductive toxicity of DEHP is associated with an increase of the monoderivative / K. Nabae, Y. Doi, S. Takahashiet [et al.] // Reprod. Toxicol. — 2006. — V. 22. — P. 411–417.
8. McKee R.H. An Evaluation of the Genotoxic Potential of Di-IsononylAdipate Authors (place mouse over name to view author affiliation) / R.H. McKee, A.W. Lington, K.A. Traul // Environmental Mutagenesis. — 1986. — V. 8, №. 6. — P. 817–827.
9. Mutagenicity Testing of Di(2-Ethylhcxyl) phthalate and Related Chemicals in Salmonella / E. Zeiger, S. Haworth, K. Morteimans, W. Speck // Environmental Mutagenesis. — 1985. — N7. — P. 213–232.
10. Методические указания по установлению ориентировочных безопасных уровней воздействия вредных веществ в воздухе рабочей зоны. — № 4000-85: Утв. 15.09.85/МЗ СССР. — К., 1985. — 34 с.
REFERENCES
1. U.S. Environmental Protection Agency September 2008. Supporting Documents for Risk-Based Prioritization. Supporting Documents for Initial Risk-Based Prioritization of High Production Volume Chemicals. — 55 p.
2. Appendix — Robust Summaries for Substances in the HPV Test Plan for the Diesters Category of the Aliphatic Esters Chemicals. — 2010. — 247 p.
3. Metodicheskie ukazaniya k postanovke issledovanij po izucheniyu razdrazhayuschikh svojstv i obosnovaniyu predel'no dopustimykh koncentracij izbiratel'no dejstvuyuschikh razdrazhayuschikh veschestv v vozdukhe rabochej zony. Utv. M3 SSSR 11.08.1980. — №2196-80. — M., 1980. — 18 s.
4. Takahashi A. Problems with hygiene maintenance for food coming in contact with rubber and plastic products / A. Takahashi // Int. Takahashi Amer. Sci. Technol. — 1976. — № 3. — P. 93–105.
5. Smyth H.F. Range-Finding Toxicity Data: List IV // H.F. Smyth. C.P. Carpenter, C.S. Weil // AMA Arch. Ind. Hyg. Occ. — 1951. — №4, — P. 119–122.
6. IARC. Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Man. Geneva: World Health Organization, International Agency for Research on Cancer, 1972-PRESENT. (Multivolume work). 1982. — V. 29. — 263 p.
7. Toxicity of di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and di(2-ethyl-hexyl)adipate (DEHA) under conditions of renal dysfunction induced with folic acid in rats: Enhancement of male reproductive toxicity of DEHP is associated with an increase of the monoderivative / K. Nabae, Y. Doi, S. Takahashiet [et al.] // Reprod. Toxicol. — 2006. — V. 22. — P. 411–417.
8. McKee R.H. An Evaluation of the Genotoxic Potential of Di-IsononylAdipate Authors (place mouse over name to view author affiliation) / R.H. McKee, A.W. Lington, K.A. Traul // Environmental Mutagenesis. — 1986. — V. 8, №. 6. — P. 817–827.
9. Mutagenicity Testing of Di(2-Ethylhcxyl) phthalate and Related Chemicals in Salmonella / E. Zeiger, S. Haworth, K. Morteimans, W. Speck // Environmental Mutagenesis. — 1985. — N7. — P. 213–232.
10. Metodicheskie ukazaniya po ustanovleniyu orientirovochnykh bezopasnykh urovnej vozdejstviya vrednykh veschestv v vozdukhe rabochej zony. — № 4000-85: Utv. 15.09.85/MZ SSSR. — K., 1985. — 34 s.
Надійшла до редакції 22.10.2015 p.