Материал в угловых скобках приведен для ознакомления, в тесты не входит

Основы токсикологии

Одной из важных составляющих обеспечения национальной безопасности является сохранение здоровья нации. Решение данной задачи невозможно без определенной осведомленности в вопросах токсикологии, т.к. зачастую из-за отсутствия элементарных знаний наступают необратимые последствия в состоянии здоровья как отдельных лиц, так и целых групп населения. Особенно острой данная проблема стала в настоящее время, когда количество потенциально опасных веществ, которые используются в производстве и быту, постоянно растет. Рассмотрим кратко вопросы, позволяющие получить основы знаний в этой области.

Одним из основных терминов токсикологии является термин «вредное (токсичное, ядовитое) вещество.

По этому поводу еще в средние века Парацельс говорил: «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости». То есть одно и то же вещество может быть вредным (ядом), лекарством и необходимым для жизни средством в зависимости от его количества и условий взаимодействия с организмом.

Токсичными (ядовитыми, вредными) называются вещества, которые при внедрении в организм человека вызывают негативные изменения в деятельности его органов и систем. При одномоментном поступлении в организм достаточно большого количества токсичного вещества наступает острое отравление, при постепенном поступлении незначительных количеств – хроническое.

Токсичные вещества отрицательно влияют на деятельность всего организма в целом, но существуют так называемые органы-мишени, испытывающие негативное воздействие в первую очередь и в первую же очередь реагирующие на него. По преимущественному действию на органы и системы токсичные вещества делятся на следующие группы:

1) нейротропные (нервные яды). Эти вещества разрушительно воздействуют на нервную систему – центральную и периферическую. К данной группе относится большое количество классов органических соединений (спирты, альдегиды, эфиры, кетоны, кислоты), а также некоторые неорганические вещества – например, ртуть, сероводород и другие. При нарушении функции нервной системы возникают спутанность сознания, галлюцинации, бред, расстройство координации и мышления, в тяжелых случаях возможен летальный исход.

2) яды крови. Эти вещества разрушают форменные элементы крови, что крайне опасно при той функциональной нагруженности, которой обладает кровь в организме человека. Разрушение эритроцитов приводит к анемии, т.к. транспорт кислорода к тканям становится затруднительным. Также действие ядов этой группы может приводить к разрушению клеток костного мозга – единственного органа кроветворения у взрослого человека. Выраженным действием в качестве кровяного яда обладает, например, бензол.

3) гепатотропные яды. Нарушают функции печени и почек. Если учесть, что печень является в организме человека естественным и практически единственным барьером на пути проникновения повреждающих веществ, то становится очевидным снижение сопротивления организма различным воздействиям при невозможности печени выполнять свои функции. Примером гепатотропных ядов могут служить растворитель четыреххлористый углерод и гомологичное ему соединение – хлороформ, который был исключен из списка анестетиков именно из-за своей гепатотоксичности.

4) ферментные яды. Ферментами называют органические соединения, которые обеспечивают возможность протекания химических реакций в человеческом организме. Учитывая многообразие таких реакций, а также то, что ферменты присутствуют при реакциях в микроскопически малых количествах, можно сделать вывод о повышенной опасности ферментных ядов, ведь даже небольшого их содержания в организме будет достаточно для нарушения жизненно важных процессов. Ферментными ядами являются, например, синильная кислота и ее соли (наиболее известная – цианид калия), которые разрушают дыхательные ферменты, обеспечивающие возможность протекания переноса кислорода к органам и тканям. Ртуть также является ферментным ядом, разрушающим белковые ферменты обмена веществ нервных клеток, таким образом, опосредованно ртуть действует и как нейротропное вещество.

5) аллергены. Это особая группа веществ, токсичными которые можно назвать с большими оговорками. Ядом такие вещества являются только для определенной группы лиц, чувствительных к их действию. В данном случае организм вступает в борьбу с ядом, который по какой-либо причине «выбрал» для себя сам, при этом истощая внутренние ресурсы. Для большей же части людей аллергены не только не являются ядами, но могут быть даже очень полезными, например, продукты пчеловодства, белковые продукты и т.д.

6) мутагены. Вещества, которые повреждают генный аппарат клетки. Действие данных ядов проявляется в последующих поколениях.

7) яды, раздражающие дыхательные пути. Это очень многочисленная группа веществ, внутри которой широко варьируются как органолептические возможности обнаружения их присутствия в воздухе, так и тяжесть воздействия на организм человека. Например, аммиак, легко определяемый по резкому запаху даже в малых концентрациях, не приводит к существенному ухудшению состояния здоровья. Напротив, окислы азота, при контакте вызывающие только легкое раздражение, без своевременно оказанной медицинской помощи через несколько часов вызывают фатальные изменения легочной ткани, приводящие к гибели человека.

8) кожные яды. Вызывают раздражение на коже, острые и хронические дерматиты. Наиболее распространенными и опасными веществами данной группы являются кислоты и щелочи. Они растворяют кожные покровы, в тяжелых случаях приводя к глубокой инвалидности. Щелочи даже опаснее кислот, т.к. кислоты образуют белковую пробку, препятствующую более глубокому проникновению вещества в организм, а щелочи омыливают ткани, пока не израсходуются полностью, нанося глубокие непоправимые повреждения.

Факторы, определяющие степень воздействия на человека токсичных соединений

1) концентрация токсичного вещества в воздухе. Очевидно, что с повышением содержания токсичного вещества в воздухе увеличивается его поступление в организм человека, что приводит к более серьезным последствиям.

2) продолжительность воздействия. Чем дольше человек дышит зараженным воздухом, тем большее количество токсичного вещества поступает в организм, усугубляя состояние человека.

3) пути поступления в организм. Основные способы, которыми токсичное вещество может оказаться в организме человека, - это

пероральный (через желудочно-кишечный тракт),

кожно-резорбтивный (всасывание через кожу) и

ингаляционный (через дыхательные пути).

При пероральном внедрении (путем заглатывания с пищей, водой и при курении) токсичное вещество проходит через печень, которая, являясь физиологическим фильтром, в определенной мере снижает опасность отравления. Для кожно-резорбтивного внедрения токсичному веществу нужно преодолеть липидную защитную пленку на поверхности кожи. Большое значение при поступлении токсичных веществ через кожу имеют их консистенция и летучесть. Жидкие органические вещества с большой летучестью быстро испаряются с поверхности кожи и н попадают в организм. Однако летучие вещества при известных условиях могут проникать через кожу, если они входят в состав мазей, паст, клеев, задерживающихся длительное время на коже. Твердые, в том числе и кристаллические органические вещества, также всасываются через кожу. Наибольшую опасность представляют малолетучие вещества маслянистой консистенции, например, анилин, нитробензол, которые хорошо проникают через кожу.

При ингаляционном внедрении природных защитных механизмов не существует, этот способ является наиболее опасным. Опасность обусловлена самим строением легких человека. Легкие представляют собой, своеобразные «гроздья», состоящие из пузырьков воздуха (альвеол с общей площадью поверхности 90...130 м²), оплетенных плотной сетью кровеносных сосудов. Кровь и воздух в легких разделены стенками кровеносных сосудов, образующих так называемый аэрогематический барьер. Природа создала легкие человека таким образом, что аэрогематический барьер обладает высочайшей проницаемостью для обеспечения эффективного газообмена между кровью и окружающей средой – кислород должен активно поступать в кровь, а углекислый газ удаляться из организма. В случае содержания в воздухе токсичных веществ высокая проницаемость аэрогематического барьера позволяет отравляющим компонентам беспрепятственно проникать непосредственно в кровь и в течение долей секунды разноситься по всему организму. Именно ингаляционный путь внедрения, наиболее опасный, характерен для производственных отравлений. В быту наиболее распространенным является пероральный способ поступления, при котором чаще по ошибке принимают внутрь отравляющее вещество.

После проникновения в организм ядовитые вещества распространяются по органам и тканям, взаимодействуют с молекулами и внутренними биологическими комплексами распадаются, наконец, выводятся из организма. Для каждого токсичного вещества этот «жизненный путь» имеет свои особенности, изучаемые разделом токсикологии под названием «токсикокинетика».

Как уже отмечалось выше, токсичные вещества могут поступать в организм человека через органы дыхания (пары, газы, пыли), кожу (в основном жидкие и маслянистые продукты) и желудочно-кишечный тракт (жидкие, твердые продукты и газы).

Пыль, попадая в организм человека через органы дыхания, оказывает на него вредное влияние. Степень этого влияния определяется рядом свойств пыли. Накапливаясь в тканях легких, частицы размером 0,25...10 мкм при длительном воздействии на легочную ткань приводят к пневмокониозам. Большое влияние на степень развития пневмокониозов оказывает механическая твердость пыли, ее форма и растворимость. Так, в частности, опасность кварцевой пыли связана с ее большой механической твердостью и способностью переходить в растворимое состояние и всасываться в ткани организма. Форма пылинок обусловливает силу ее сцепления с тканью организма. Чем больше развита поверхность пылевых частиц, тем более прочной оказывается ее связь с тканями. Аналогичное значение имеет и степень электрозаряженности пыли – заряженные частицы значительно дольше задерживаются в организме, чем нейтральные частицы таких же размеров и формы.

Большинство токсичных веществ, поступивших в организм, подвергаются в нем разнообразным превращениям в результате различных химических реакций: окисления, восстановления, гидролиза, дезаминирования, метилирования. ацетилирования и др.

Многие ядовитые вещества в результате реакций, протекающих в организме, превращаются в менее токсичные или нетоксичные продукты. Например, бензол окисляется до фенолов, диоксибензола, пирокахетина, гидрохинона; толуол окисляется в бензойную кислоту, ксилол – в толуиловую кислоту; сложные эфиры подвергаются гидролизу и расщепляются на составные компоненты – спирт и кислоту; ароматические амины подвергаются дезаминированию, например, бензиламин превращается в бензиловый спирт, в дальнейшем окисляющийся в бензойную кислоту. Неорганические химические вещества также подвергаются в организме изменениям: нитриты окисляются в нитраты, мышьяковистая кислота – в мышьяковую, сульфиды – в сульфаты.

Однако в результате различных превращений токсичность некоторых ядов может увеличиваться. Например, высокая токсичность метанола объясняется его окислением в организме до формальдегида и муравьиной кислоты. Окись углерода, попадая в организм, вступает в реакцию с гемоглобином крови, который является переносчиком кислорода, и образует стойкое соединение – метгемоглобин, в результате чего снижается доставка кислорода к тканям.

Кумуляция (накопление) токсичных веществ в организме происходит в том случае, если их превращение или выделение происходит медленнее, чем поступление. Кумулятивные яды (ртуть, свинец, мышьяк, фтор) , накапливаясь в организме, оказывают на него длительное и сильное воздействие и приводят к тяжелым хроническим отравлениям и заболеваниям.

Ароматические углеводороды, этиловый спирт и некоторые другие продукты вызывают так называемую функциональную кумуляцию, когда в организме накапливается не яд, а постепенно усиливающиеся изменения, вызываемые действием отдельных малых порций ядовитого вещества. При этом сильно возрастает чувствительность организма даже к самым небольшим дозам ядовитого продукта, которые ранее не вызывали заметных реакций со стороны организма, а в условиях функциональной кумуляции приводят к острым отравлениям.

Выделение токсичных веществ может происходить через кожу, легкие, почки, желудочно-кишечный тракт. Через легкие выделяются летучие вещества, не изменяющиеся или медленно изменяющиеся в организме, например, бензин, бензол, хлороформ, этиловый эфир, а также спирты, ацетон, сложные эфиры.

Через почки выделяются хорошо растворимые в воде вещества и продукты превращения ядов в организме. Плохо растворимые вещества, в том числе соединения тяжелых металлов – свинца, ртути, а также марганца, мышьяка выделяются в основном через желудочный тракт.

Через кожу сальными железами выделяются все растворимые в жирах вещества. Потовыми железами выделяются, например, ртуть, медь, мышьяк, сероводород.

4) факторы окружающей среды (температура и относительная влажность воздуха). При повышении температуры окружающей среды, во-первых, учащается дыхание, усиливается газообмен с окружающей средой, что способствует более активному проникновению токсичных веществ в организм человека; во-вторых, при высоких температурах концентрация летучих веществ в воздухе также значительно повышается. Повышение относительной влажности существенно упрощает поступление в организм водорастворимых токсичных веществ.

5) агрегатное состояние и физические свойства веществ. Известно, что наиболее опасным способом внедрения токсичного вещества в организм человека является ингаляционный, следовательно, наиболее опасное агрегатное состояние токсичного вещества – газ. Поэтому естественно, что вещества, легко переходящие в газовую фазу (т.е. обладающие такими физическими характеристиками, как низкая температура кипения, высокая летучесть), при прочих равных условиях создают в воздухе более высокие концентрации и оказывают более выраженное негативное воздействие.

Еще одной закономерностью, выявленной в результате сравнительного анализа физических свойств токсичных веществ, является так называемый закон Авертона–Майера. Он гласит, что более токсичными являются вещества, имеющие более высокое значение отношения растворимости в жирах к растворимости в воде.

6) строение молекулы и химические свойства вещества. В настоящее время выявлены определенные закономерности, позволяющие по строению молекулы вещества делать выводы о его токсичности. Приведем некоторые правила:

1. Правило Ричардсона. Для многих классов органических соединений выявлено повышение токсического действия вещества с ростом молекулярной массы. Например, в ряду спиртов насыщенного ряда наркотическое и общее токсическое действие возрастает от этилового спирта (С₂Н₅ОН, молекулярная масса 46 кг/кмоль) к амиловому (C₅H₁₁OH, молекулярная масса 88 кг/кмоль).

2. Правило разветвленных цепей. Из двух изомеров менее токсичным является тот, в молекуле которого присутствует большее количество боковых ветвей:

пентан СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

изопентан СН₃-СН-СН₂-СН₂-СН₃

Т.к. в молекуле изопентана присутствует боковая ветвь, его токсичность по сравнению с пентаном ниже.

3. Правило замыкания цепей. При замыкании цепочки углеродных атомов токсичность вещества повышается:

гексан СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

циклогексан

Циклогексан, полученный из гексана замыканием углеродной цепочки, является более токсичным.

3. Правило кратных связей. Для элементов таблицы Менделеева справедливо общее правило – чем химически более активен элемент, тем он более токсичен. Поэтому вещества, имеющие в молекуле кратные связи, следовательно, более химически активные, обладают и большей токсичностью. Чем выше кратность связей в молекуле, тем агрессивнее и токсичнее вещество.

этан С₂Н₆ СН₃-СН_з

этилен С₂Н₄(двойная связь в молекуле)

ацетилен С₂Н₂(тройная связь в молекуле)

Если этан малотоксичен и обладает достаточно высокой температурой воспламенения (152 ^оС), то ацетилен характеризуется высокой токсичностью и крайне агрессивен (взрывается на открытом воздухе), что обусловлено высокой ненасыщенностью связей между молекулами углерода.

7) способность вещества к кумуляции (накоплению в организме). Если вещество разлагается в организме и выводится с меньшей скоростью, чем поступает, возникает эффект кумуляции. Очевидно, что вещества, обладающие кумулятивными свойствами, способны вызывать хронические отравления. Существует как физическая, так и функциональная кумуляция, при которой в организме накапливается не само вещество, а негативные изменения, вызванные его действием. При этом резко возрастает чувствительность организма даже к малейшим дозам ядовитого продукта, которые ранее не вызывали заметных реакций со стороны организма, а в условиях функциональной кумуляции приводят к острым отравлениям.

8) особенности одновременного воздействия нескольких токсичных веществ на организм. Различают три вида одновременного воздействия:

1. Синергизм, при котором действие одного из веществ усиливает действие другого. Наиболее распространенным синергетическим ядом является алкоголь, усиливающий действие многих токсичных веществ. Именно этим обусловлен строгий запрет приема алкоголя совместно с лекарственными препаратами. Современные лекарства являются мощными химически активными веществами, в которых сила прямого воздействия, к сожалению, обуславливает и достаточную выраженность побочных воздействий. Алкоголь может привести к многократному усилению побочных действий и непоправимым последствиям.

2. Антагонизм, при котором одно из веществ ослабляет действие другого. Редко встречающийся эффект. Интересно, что активный синергетик алкоголь (точнее, этиловый спирт) может выступать в качестве яда-антагониста при отравлении метиловым спиртом. Метиловый спирт – крайне опасный яд, даже небольшие дозы которого могут вызвать атрофию зрительного нерва (10...15 г) и даже привести к летальному исходу (35 г). Если при отравлении метанолом немедленно принять любой алкоголь, этиловый спирт вступит в соответствующие реакции вместо метилового, тем самым предотвратив необратимые последствия отравления.

3. Аддитивность, или суммация. Вещества действуют независимо друг от друга.

9) индивидуальные особенности организма. Известно, что наиболее чувствительны к воздействию токсичных веществ дети и лица пожилого возраста. Но в случае воздействия высокотоксичных веществ индивидуальные особенности можно не принимать в расчет.

Для обеспечения безопасности пребывания человека в производственном помещении содержание токсичного вещества в воздухе не должно превышать некоторых максимально допустимых величин, гарантированно не вызывающих негативных изменений в состоянии здоровья при любой теоретически вероятной продолжительности воздействия. Такие величины называются предельно допустимыми концентрациями. Для оценки границ диапазонов содержания токсичных веществ в воздухе современная токсикометрия использует следующую терминологию [ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности]:

ПДК рз – предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3. Эта концентрация при ежедневной (кроме выходных дней) работе в пределах 8 ч или другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не должна вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Материал в угловых скобках приведен для ознакомления, в тесты не входит

<ПДК мр – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация при вдыхании в течение 30 мин не должна вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека.

ПДК сс – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.

ВДКр.з (ОБУВ) – временная допустимая концентрация (ориентировочный безопасный уровень воздействия) химического вещества в воздухе рабочей зоны, установленная расчетным путем, мг/м³ (временный норматив – на 2 года).

ВДКа.в (ОБУВ) – временная допустимая концентрация (ориентировочный безопасный уровень воздействия) химического вещества в атмосферном воздухе, установленная расчетным путем, мг/м3 (временный норнматив – на 3 года).

ПДВ – предельно допустимый выброс загрязняющих веществ в атмосферу, при котором обеспечивается соблюдение гигиенических нормативов в воздухе населенных мест при наиболее неблагоприятных для рассеивания условиях, кг/сутки.

ЛК₅₀ – летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании (мыши – 2 ч, крысы – 4 ч) гибель 50% животных, мг/л. Значения ЛК₅₀ выражают также в кг-молекулах на литр (мМ/л). Для перевода мг/л в мМ/л необходимо разделить исходное значение ЛК50 на молекулярную массу вещества.

ПК_одор – пороговая концентрация вещества, вызывающая ощущение запах, мг/м³.

ПК_ост – пороговая концентрация вещества острого действия, установленная на лабораторных животных при однократном ингаляционном воздействии, мг/л.

ПК_хр – пороговая концентрация хронического действия, установленная на лаборатных животных при ингаляционном воздействии по 4 ч пять раз в недлю на протяжении 4 месяцев, мг/л.

ПК_р – пороговая концентрация раздражающего действия, вызывающая соответствующий эффект у человека или экспериментальных животных, мг/л/

К_к– коэффициент кумуляции, отношение дозы или концентрации, вызывающий определенный токсический эффект при однократном воздействии, к суммарной дозе или концентрации вещества, вызывающей тот же эффект при многократном воздействии.

КВИО – коэффициент возможного ингаляционного отравления – отношение максимально достижимой концентрации вещества в воздухе (давления насыщающих паров) при 20 ^оС к ЛК₅₀.

З_ост – зона острого действия, определяемая как отношение ЛК₅₀ к ПК_ост.

З_хр – зона хронического действия, определяемая как отношение ПКост к ПК хр.

З_р – зона раздражающего действия, определяемая как отношение ПКост к ПКр.>

Вышеперечисленные показатели позволяют разделить все вещества на 4 класса опасности:

1-й - вещества чрезвычайно опасные (ПДКрз<0,1 мг/м³);

2-й - вещества высокоопасные (0,1≤ПДКрз<1,0 мг/м³);

3-й - вещества умеренно опасные (1,0≤ПДКрз<10,0 мг/м³);

4-й - вещества малоопасные (10,0≤ПДКрз мг/м³).

Концентрация токсичного вещества в воздухе рабочей зоны не должна превышать ПДК_рз(ПДКрз обозначают как С*):

С≤С*, мг/м³.

Часто встречаются ситуации, когда в воздухе помещения одновременно присутствует несколько однонаправленно действующих токсичных веществ. В этом случае условие безопасности приобретает вид:

ΣC_i/C*_i ≤ 1

По правилам производственной санитарии контроль содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны должен быть непрерывным, если вещества относятся к 1 классу опасности. Для веществ 2,3 и 4 класса предусмотрен периодический контроль. Могут применяться лабораторные методы контроля (самые точные, но наиболее затратные по времени), экспрессные (быстрые, дают ориентировочные результаты) и автоматические.

Наиболее распространены экспрессные методы контроля, использующие эффект «цветных реакций», при применении которых воздух протягивается через слой вещества, меняющего цвет в реакции с определяемым вредным веществом, причем толщина изменившего цвет слоя прямо пропорциональна концентрации токсичного вещества в исследуемом воздухе.

Одним из мероприятий, позволяющих поддерживать содержание токсичного вещества в воздухе рабочей зоны на уровне не выше ПДК_рз, является вентиляция.

Минимальный расход воздуха на вентиляцию определяется по формуле:

, где

G, мг/c – количество выделяющегося в помещении токсичного вещества,

С*, мг/м³ - предельно допустимая концентрация данного вещества в воздухе рабочей зоны;

С₀, мг/м³ – содержание вредных веществ в поступающем на вентиляцию воздухе. Максимально допустимое значение С₀зависит от класса опасности вещества:

С₀=

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!