3.3. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В современном производстве находит применение более 50 тысяч химических соединений, большинство из которых синтезировано человеком и не встречается в природе.

Изучение потенциальной опасности вредного воздействия химических веществ на живые организмы является предметом химикобиологической науки - токсикологии. Токсикология изучает механизмы токсического действия химических веществ, диагностику, профилактику и лечение отравлений. Вредное вещество, т.е. химический элемент или соединение, вызывающее заболевание организма, является центральным понятием токсикологии. Область токсикологии, изучающая действие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, называется промышленной токсикологией.

В промышленности вредные вещества находятся в газообразном, жидком и твердом состояниях. Они способны проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварения или кожу. Вредное действие химических веществ определяется как свойствами самого вещества (химическая структура, физико-химические свойства, количество попавшего в организм - доза или концентрация - сочетание вредных веществ, находящихся в организме), так и особенностями организма человека (индивидуальная чувствительность к химическому веществу, общее состояние здоровья, возраст, условия труда).

По токсическому (вредному) эффекту воздействия на организм

93

человека химические вещества разделяют на общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию.

Общетоксические химические вещества (углеводороды, спирты, анилин, сероводород, синильная кислота и ее соли, соли ртути, хлорированные углеводороды, оксид углерода) вызывают расстройства нервной системы, мышечные судороги, нарушают структуру ферментов, влияют на кроветворные органы, взаимодействуют с гемоглобином.

Раздражающие вещества (хлор, аммиак, диоксид серы, туманы кислот, оксиды азота и др.) воздействуют на слизистые оболочки, верхние и глубокие дыхательные пути.

Сенсибилизирующие вещества (органические азокрасители, диметиламиноазобензол и другие антибиотики) повышают чувствительность организма к химическим веществам, а в производственных условиях приводят к аллергическим заболеваниям.

Канцерогенные вещества (бенз(а)пирен, асбест, нитроазосоединения, ароматические амины и др.) вызывают развитие всех видов раковых заболеваний. Этот процесс может быть отдален от момента воздействия вещества на годы и даже десятилетия.

Мутагенные вещества (этиленамин, окись этилена, хлорированные углеводороды, соединения свинца и ртути и др.) оказывают воздействие на неполовые (соматические) клетки, входящие в состав всех органов и тканей человека, а также на половые клетки (гаметы). Воздействие мутагенных веществ на соматические клетки вызывают изменения в генотипе человека, контактирующего с этими веществами. Они обнаруживаются в отдаленном периоде жизни и проявляются в преждевременном старении, повышении общей заболеваемости, злокачественных новообразований. При воздействии на половые клетки мутагенное влияние сказывается на последующее поколение, иногда в очень отдаленные сроки.

Химические вещества, влияющие на репродуктивную функцию человека (борная кислота, аммиак, многие химические вещества в больших количествах), вызывают возникновение врожденных пороков развития и отклонений от нормальной структуры у потомства, влияют на развитие плода в матке и послеродовое развитие и здоровье потомства.

Биологическое действие химических веществ на организм человека изменяет его гомеостаз (относительное постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма), т.е. способность организма к авторегуляции при изменении окружающей среды. Авторегуляцию биологической системы следует рассматривать как регуляцию динамического состояния открытой системы, подверженной биологическому ритму. При этом гомеостаз 94

94

Рис. 3.2. Схема гомеостаза:
Y - какое-либо свойство биологического объекта; X-концентрация или доза вредного вещества, характеризующаяся его воздействием на биологический объект; Х_Б - безопасный уровень воздействия вещества

включает в себя не только динамическое постоянство биологического объекта, но и устойчивость его основных биологических функций. А воздействие вредного вещества может вызывать не только изменение определенных параметров биологического объекта, но и повреждение систем регулирования гомеостаза, т.е. нарушение последнего. Для сохранения гомеостаза в условиях разнообразных химических воздействий в процессе эволюции выработалась специальная система биохимической детоксикации. При относительно малых воздействиях вредных веществ нарушение гомеостаза не происходит (рис. 3.2).

Область Х₁ - Х₂ - это область гомеостаза. Часть этой области с относительно постоянной функцией называется гомеостатическим плато. Оно, как правило, более выпукло у биологических объектов низшего иерархического уровня. Кроме того, это плато в действительности представляет собой несколько "размытую" область, так как оптимальные параметры биологического объекта (Y) не строго постоянны во времени, а колеблются в определенных пределах. Вне области Х₁ - Х₂ происходит нарушение гомеостаза, т.е. резкое изменение значений Y. Находящиеся внутри области Х₁ - Х₂ значение X₀ - это значение X, характерное для нормального функционирования объекта. Значения Х₁ и X₂ называются критическими (пороговыми) значениями X. Область гомеостаза - это область отрицательной обратной связи, так как организм работает в сторону возвращения системы в исходное (стационарное) состояние. При сильных нарушениях гомеостаза объект может перейти в область положительной обратной связи, когда изменения, вызванные воздействием вредных веществ, могут стать необратимыми, и объект все дальше и дальше будет отклоняться от стационарного состояния.

95

Изучение биологического действия химических веществ на человека показывает, что вредное их воздействие всегда начинается с определенной пороговой концентрации.

Для количественной оценки вредного воздействия на человека химического вещества в промышленной токсикологии используются показатели, характеризующие степень его токсичности.

Средняя смертельная концентрация в воздухе ЛК₅₀ - концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % животных при двух-, четырехчасовом ингаляционном воздействии на мышей или крыс.

Средняя смертельная доза ЛД₅₀ - доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу ЛК₅₀ - доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Порог хронического действия Lim_cr - минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающего вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не менее 4 месяцев.

Порог острого действия Liт_ас - минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающая изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций.

Зона острого действия Z_ac - отношение среднесмертельной концентрации (ЛК₅₀ к порогу острого действия Lim_ac)

Z_ac = JIK₅₀ /Lim_ac .

Это соотношение показывает размах концентраций, оказывающих действие на организм при однократном поступлении, от начальных до крайних, влияющих наиболее неблагоприятно.

Зона хронического действия Z_cr - отношение порога острого действия Lim к порогу хронического действия Lim_cr.

Z_cr = Lim_ac /Lim_cr .

Это соотношение показывает, насколько велик разрыв между концентрациями, вызывающими начальные явления интоксикации при однократном и длительном поступлении в организм. Чем меньше зона острого действия, тем опаснее вещество, поскольку даже небольшое превышение пороговой концентрации может вызвать смертельный исход. Чем шире зона хронического действия, тем опаснее вещество, так как концентрации, оказывающие хроническое действие, значительно меньше вызывающих острое отравление.

Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО) - отношение максимально достигаемой концентрации вредного вещества в воздухе при 20 °С к средней смертельной концентрации вещества для мышей.

96

Рис. 3.3. Зависимость биологического действия химических веществ от токсикологических показателей

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны ПДК_р.з. - такая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

ПДК_р.з. устанавливается на уровне 2 - 3 раза и ниже, чем порог хронического действия Limcr. Такое снижение называется коэффициентом запаса (K_з).

Взаимосвязь токсикологических параметров химического вещества представлена на рис. 3.3.

Количественные значения токсикологических параметров химических веществ в национальной системе стандартов безопасности труда представлены в табл. 3.3.

Согласно ГОСТ 12.1.007-76 "ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности" по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

• 1) чрезвычайно опасные;
• 2) высоко опасные;
• 3) умеренно опасные;
• 4) малоопасные.

Отнесение вредного вещества к классу опасности производится по

97

показателю табл. 3.4, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Таблица 3.3. Классы опасности вредных веществ

Государственный стандарт устанавливает токсикологические параметры только для 2000 химических веществ, для которых были проведены комплексные токсиколого-гигиенические исследования. Но в промышленности используется гораздо больше химических веществ и для обеспечения безопасности труда работников необходима по меньшей мере оценка токсичности (вредного воздействия) применяемых в производстве химических веществ. Для такой оценки специалистами в области промышленной токсикологии предложены несколько формул, расчеты которые дают хорошее приближение к действительным значениям ПДК_р.з..

Производить расчет по формулам можно лишь для тех химических веществ, приведенные физико-химические контстанты которых укладываются в определенные пределы: молярная масса М (кг · моль^-1) - от 30 до 300; плотность ρ (кг · м^-3) - от 0,6 до 2,0; температура кипения t_кип (°С) - от -100 до + 300; температура плавления t_пл (°С) - от -190 до + 180; показатель преломления n_р - от 1,3 до 1,6. Ниже приведены уравнения, используемые для расчета значений ПДК_р.з., мг/м³:

lgПДК_р.з. = 14,2 - 10n_p + lnM ;

lgПДК_р.з. = lgM - 0,012t_пл - 1,2 ;

98

Рис. 3.4. Характеристики эффекта воздействия вредного вещества на организм человека

lgПДК_р.з. = 0,4 - 0,01M + lgM ;

lgПДК_р.з. = 0,6 - 0,01t_кип + lgM ;

lgПДК_р.з. = 1,6 - 2,2ρ + lgM .

Формулы, которые используют для расчета ПДК_р.з. (мг/м³) конкретных вредных веществ, указаны ниже.

Для паров и газов органической жидкости:

lgПДК_р.з. = 0,91lgЛК₅₀ + 0,1 + lgM ;

lgПДК_р.з. = lgЛД₅₀ - 2,0 + lgM .

Для аэрозолей нелетучих и малолетучих органических и элементоорганических веществ:

lgПДК_р.з. = lgЛД₅₀ - 3,1 + 1gМ .

Для газов и паров неорганических веществ:

lgПДК_р.з. = lgЛK₅₀ + 0,4 + lgM .

Для аэрозолей металлов и их оксидов:

lgПДК_р.з. = 0,85lgЛД₅₀ - 3 + lgM - lgN ,

где N - число атомов металла в молекуле вещества.

В производственных условиях работа проводится, как правило, с несколькими химическими веществами, которые могут оказывать комбинированное воздействие на организм человека. Различают три возможных эффекта (рис. 3.4) комбинированного воздействия химических веществ на организм человека:

• 1 - суммация (аддитивность) - явление суммирования эффектов, индуцированных комбинированным действием;
• 2 - потенцирование (синергизм) - усиление эффекта воздействия (эффект, превышающий суммацию);
• 3 - антагонизм - эффект комбинированного воздействия меньше ожидаемого при суммации.

Нормирование комбинированного действия

n

∑

i=0

Ci

ПДКi

 ≤ 1 ,

отвечает случаю аддитивности.

При потенцировании пользуются формулой

n

∑

i=1

Ci Xi

ПДКi

 ≤ 1 ,

где X₁ - поправка, учитывающая усиление эффекта; С_i - фактические концентрации химических веществ в воздухе рабочей зоны, ПДК_i - их предельно допустимые концентрации.

99