Пути поступления охв в организм токсические дозы. Химические вещества и пути их попадания в организм человека
Возможность поступления вещества через легкие определяется прежде всего ее агрегатным состоянием (пар, газ, аэрозоль). Этот путь проникновения производственных ядов в организм является основным и наиболее опасным, поскольку поверхность легочных альвеол занимает значительную площадь (100-120 м2), а кровоток в легких довольно интенсивный.
Скорость всасывания химических веществ в кровь зависит от их агрегатного состояния, растворимости в воде и биосредах, парциального давления в альвеолярном воздухе, величины легочной вентиляции, кровопотоку в легких, состояния легочной ткани (наличие воспалительных очагов, транссудатов, экссудатов), характера химического взаимодействия с биосубстратами дыхательной системы.
Поступления в кровь летучих химических веществ (газов и паров) подчинено определенным закономерностям. По-разному всасываются никак реагирующие и реагирующие газ и парообразных вещества. Всасывания Нереагирующие газов и паров (углеводороды жирного и ароматического рядов и их производные) осуществляется в легких по принципу простой диффузии в направлении снижения градиента концентрации.
Для Нереагирующие газов (паров) коэффициент распределения является величиной постоянной. По его значению судить об опасности возникновения тяжелого отравления. Пары бензина (К - 2,1), например, при больших концентрациях способны вызвать мгновенное острое и даже смертельное отравление. Пары ацетона, которые имеют высокий коэффициент распределения (К = 400), не могут вызвать острого, тем более смертельного отравления, поскольку ацетон, в отличие от бензина, насыщает кровь медленнее, при возникновении симптомов интоксикации легко отвлечь.
При вдыхании реагирующих газов насыщения тканей организма не наступает из-за их быстрое химическое превращение; чем быстрее проходят процессы биотрансформации ядов, тем меньше они накапливаются в виде исходных продуктов. Сорбция реагирующих газов и паров происходит с постоянной скоростью. Процент сорбированного вещества находится в прямой зависимости от объема дыхания. В результате опасность острого отравления тем значительнее, чем дольше человек находится в загрязненной атмосфере; развития интоксикации может способствовать физическая работа, выполняемая в условиях нагревательного микроклимата.
Точка приложения действия реагирующих газов и паров может быть разной. Некоторые из них (хлороводород, аммиак, оксид серы (IV)), которые хорошо растворяются в воде, сорбируются преимущественно в верхних дыхательных путях. Вещества (хлор, оксид азота (IV)), которые хуже растворяются в воде, проникают в альвеолы и сорбируются в основном там.
Механизм всасывания химических веществ через кожу сложный. Возможно их прямое (трансэпидермальных) проникновение через эпидермис, волосяные фолликулы и сальные железы, протоки потовых желез. Различные участки кожи имеют неодинаковую способность к всасыванию производственных ядов; более пригодна для проникновения токсичных агентов кожа на медиальной поверхности бедер и рук, в паховой области, половых органов, груди и живота.
На первом этапе токсический агент проходит через эпидермис - липопротеиновый барьер, пропускающий только для газов и жирорастворимых органических веществ. На втором этапе вещество попадает из дермы в кровь. Этот барьер доступен для соединений, хорошо или частично растворимых в воде (крови). Так, через кожу проникают вещества, которые наряду с хорошей жиророзчиннистю водорастворимые. Опасность кожно-резорбтивного действия значительно возрастает, если указанные физико-химические свойства яда сочетаются с высокой токсичностью.
К производственным ядов, способных вызвать интоксикацию в случае проникновения через кожу, относят ароматические аминокислот и нитросоединения, фосфорорганические инсектициды, хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения, то есть соединения, которым не свойственна диссоциация на ионы (неэлектролиты). Электролиты через кожу не проникают; они задерживаются, как правило, в роговом или блестящем слое эпидермиса. Исключение составляют тяжелые металлы (свинец, олово, медь, мышьяк, висмут, ртуть, сурьма) и их соли. Соединяясь с жирными кислотами и кожным салом на поверхности или внутри рогового слоя эпидермиса, они образуют жирорастворимые соли, способные преодолевать эпидермальный барьер.
Через кожу проникают не только жидкие вещества, загрязняющие ее, но и летучие газ и парообразных неэлектролиты. В отношении них кожа является инертным мембраной, через которую они проникают с помощью диффузий. С увеличением жиророзчинности проникающая способность легких неэлектролитов растет.
Всасывания токсических веществ из пищеварительного канала в большинстве случаев носит избирательный характер, поскольку разные его отделы имеют свою личную строение, иннервацию, химическую среду и ферментный состав.
Некоторые токсичные вещества (все жирорастворимые соединения, фенолы, некоторые соли, особенно цианиды) всасываются уже в полости рта. При этом токсичность веществ увеличивается за счет того, что они не поддаются воздействию желудочного сока и, минуя печень, а не обезвреживаются в ней.
Из желудка всасываются все жирорастворимые вещества и неионизированные молекулы органических веществ с помощью простой диффузии. Через поры клеточной мембраны желудочного эпителия возможно проникновение веществ фильтрацией. Многие яды, в том числе соединения свинца, в желудочном содержимом растворяются лучше, чем в воде, поэтому лучше и всасываются. Некоторые химические вещества, попав в желудок, полностью теряют токсичность или она значительно уменьшается из-за инактивации желудочным содержимым. Так, яд кураре, тетануса, змей и насекомых, бактериальные токсины, попадая внутрь через пищеварительный канал, практически безвредны.
На характер и скорость всасывания существенно влияют степень наполнения желудка, растворимость в желудочном содержимом и его рН. Вещества, принятые натощак, всасываются, как правило, интенсивнее.
Всасывания токсических веществ из пищеварительного канала происходит в основном в тонкой кишке. Жирорастворимые вещества хорошо всасываются с помощью диффузии. Липофильные соединения быстро проникают в стенку кишечника, однако сравнительно медленно всасываются в кровь. Для быстрого всасывания вещество имеет хорошо растворяться в липоидов и воде. Растворимость в воде способствует всасыванию яда из стенки кишки в кровь. Скорость всасывания химических веществ зависит от степени ионизации молекулы. Кислые вещества всасываются при условии, что их негативное логарифм константы ионизации (рКа) превышает 3, щелочные - до 8, то есть плохо всасываются вещества, которые в слабокислой или слабощелочной среде находятся в ионизированном состоянии. Сильные кислоты и щелочи всасываются медленно из-за образования комплексов с кишечным слизью. Вещества, близкие по строению к природным соединениям, всасываются через слизистую оболочку активным транспортом, который обеспечивает поступление питательных веществ.
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-ОСЕТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»
Министерства здравоохранения и социального развития России
КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ И
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЯДОВ НА ОРГАНИЗМ
Учебное пособие для студентов, обучающихся
по специальности «Стоматология»
ВЛАДИКАВКАЗ 2012г.
Составители:
Ø ассистент Ф.К. Худалова,
Ø ассистент А.Р. Наниева
Рецензенты:
Ø Каллагова Ф.В. - зав. кафедрой химии и физики, профессор, д.м.н.;
Ø И.Ф. Боциев - доцент кафедры химии и физики, к. ф./м. н.
Утверждено ЦКУМС ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития России
Г., протокол №
Цель занятия: ознакомить студентов с основными параметрами, характеризующими степень токсичности и опасности химических веществ в условиях производства, с основными принципами санитарно-эпидемиологических правил, с принципами первичной профилактики по отношению к промышленным ядам.
Студент должен знать:
Методы оценки токсичности и опасности промышленных ядов; ознакомиться с правилами защиты от действия промышленных ядов.
Студент должен уметь:
1. Дать токсикологическую характеристику веществ на основании физико-химических констант.
2. Перечислить принципы первичной профилактики на предприятиях с промышленными ядами.
3. Определить роль врача в сохранении здоровья работающих.
Основная литература:
Ø Румянцев Г.И. Гигиена XXI век, М.: ГЭОТАР, 2009.
Ø Пивоваров Ю.П., Королик В.В., Зиневич Л.С. Гигиена и основы экологии человека. М.: Академия, 2004, 2010.
Ø Лакшин А.М., Катаева В.А. Общая гигиена с основами экологии человека: Учебник. – М.: Медицина, 2004 (Учеб.лит. для студентов мед.вузов).
Ø Пивоваров Ю.П. Руководство к лабораторным занятиям и основами экологии человека, 2006.
Ø Катаева В.А., Лакшин А.М. Руководство к практическим и самостоятельным занятиям по общей гигиене и основам экологии человека. М.: Медицина, 2005.
Ø «Руководство для практических занятий по гигиене труда». Под ред. Н.Ф. Кирилова. Изд-во ГЕОТАР-Медиа, М., 2008
Ø ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
Ø ГН 2.2.5.1314-03 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
Ø Р 2.2.755-99 «Методика контроля содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны»
Химические вещества, которые, проникая в организм в условиях производства даже в относительно небольших количествах, вызывают в нем различные нарушения нормальной жизнедеятельности, называются производственными ядами.
ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЯДОВ В ОРГАНИЗМ
Яды могут поступать в организм тремя путями: через легкие, желудочно-кишечный тракт и неповрежденную кожу. Через дыхательные пути яды проникают в организм в виде паров, газов и пыли, через желудочно-кишечный тракт - чащевсего с загрязненных рук, но также и вследствие заглатывания пыли, паров, газов; через кожу проникают органические химические вещества преимущественно жидкой, маслянистой и тестообразной консистенции.
Поступление ядов через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем, т.к. легких создаются благоприятные условия для проникновения газов, паров и пыли в кровь.
Нереагирующие газы и пары поступают в кровь через легкие на основе закона диффузии, т.е. вследствие разницы парциального давления газов или паров в альвеолярном воздухе и крови. В начале насыщение крови газами или парами вследствие большой разницы парциального давления происходит быстро, затем замедляется и, наконец, когда парциальное давление газов или паров в альвеолярном воздухе и крови уравнивается, насыщение крови газами или парами прекращается. После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорбция газов и паров и удаление их через легкие. Десорбция также происходит на основе законов диффузии.
Если вещества хорошо растворимы в воде, то они хорошо растворимы и в крови. Иная закономерность присуща сорбции при вдыхании реагирующих газов, т.е. таких которые в организме быстро вступают в реакцию при вдыхании этих газов насыщения никогда не наступает. Опасность острого отравления тем значительнее, чем дольше находится человек в загрязненной атмосфере.
Поступление ядов через желудочно-кишечный тракт. В полость рта яды чаще всего попадают с загрязненных рук.Классическим примером такого пути может служить поступление свинца. Это - мягкий металл, он легко стирается загрязняет руки, не отмывается водой и при еде и курении может попасть в полость рта. Возможно заглатывание ядовитых веществ из воздуха при задержке их на слизистых оболочках носоглотки и полости рта. Всасывание ядов происходит главным образом в тонком кишечнике и лишь в незначительной степени - в желудке. Большая часть ядовитых веществ, всосавшихся через желудочно-кишечную стенку, поступают через систему воротной вены в печень, где они задерживаются и обезвреживаются.
Поступление ядов через кожу. Через неповрежденную кожу могут проникать химические вещества, которые хорошо растворяются в жирах и липоидах, т.е. неэлектролиты; электролиты же, т. е. вещества, которые диссоциируют на ионы, через кожу не проникают.
Количество ядовитых веществ, которое может проникнуть через кожу, находится в прямой зависимости от их растворимости в воде, величины поверхности соприкосновения с кожей и скорости кровотока в ней. Последним объясняется то обстоятельство, что при работе в условиях высокой температуры воздуха, когда кровообращение в коже значительно усиливается, количество отравлений через кожу увеличивается. Большое значение для поступления ядов через кожу имеет консистенция и летучесть вещества. Жидкие органические вещества с большой летучестью быстро испаряются с поверхности кожи и в организм не попадают. При известных условиях летучие вещества могут вызвать отравление через кожу, например если они входят в состав мазей, паст, клеев, задерживающихся длительное время на коже. В практической работе знание путей поступления ядов в организм и определяет меры профилактики отравления.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРЕВРАЩЕНИЕ
И ВЫДЕЛЕНИЕ ЯДОВ ИЗ ОРГАНИЗМА
Распределение ядов в организме . По распределению в тканях и прониканию в клетки химические вещества можно разделить на две основные группы: неэлектролиты и электролиты.
Неэлектролиты, растворяющиеся в жирах и липоидах, вещество тем скорее и тем в большем количестве проникает в клетку, чем больше его растворимость в жирах. Это объясняется тем, что оболочка клеток содержит много липоидов. Для данной группы химических веществ барьеров в организме не существует: распределение неэлектролитов в организме при динамическом поступлении их определяется в основном условиями кровоснабжения органов и тканей. Это подтверждается следующими примерами.
Мозг, содержащий много липоидов и имеющий богатую кровеносную систему, насыщается этиловым эфиром очень быстро, в то время как другие ткани, содержащие много жира, но с плохим кровоснабжением насыщаются эфиром очень медленно. Насыщение анилином мозга происходит очень бытстро, в то время как околопочечный жир, имеющий слабое кровоснабжение, насыщается очень медленно. Удаление неэлектролитов из тканей также зависит в основном от кровоснабжения: после прекращения поступления яда в организм быстрее всего освобождаются от него органы ткани, богатые кровеносными сосудами. Из мозга, например, удаление анилина происходит значительно быстрее, чем из околопочечного жира. В конечном же итоге неэлектролиты после прекращения поступления их в организм распределяются во всех тканях равномерно.
Способность электролитов проникать в клетку резко ограничена и зависит от заряда ее поверхностного слоя. Если поверхность клетки заряжена отрицательно, она не пропускает анионов, а при положительном заряде она не пропускает катионов. Распределение электролитов в тканях очень неравномерно. Наибольшее количество свинца, например, накапливается в костях, затем в печени, почках, мышцах, а через 16 дней после прекращения его поступления в организм весь свинец переходит в кости. Фтор накапливается в костях, зубах и в небольшом количестве в печени и коже. Марганец в основном откладывается в печени и в небольших количествах в костях и сердце, еще меньше - в мозге, почках и др. Ртуть в основном откладывается в выделительных органах - почках и толстом кишечнике.
Судьба ядов в организме . Поступившие в организм яды подвергаются разнообразным превращениям. Почти все органические вещества подвергаются превращениям путем различных химических реакций: окисления, восстановления гидролиза, дезаминирования, метилирования, ацетилировяния и др. Не подвергаются превращениям лишь химически инертные вещества, как, например, бензин, выделяющийся из организма в неизмененном виде.
Выделение ядов из организма. Яды выделяются через легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, кожу. Через легкие выделяются летучие вещества, не изменяющиеся или медленно изменяющиеся в организме. Через почки выделяются хорошо растворимые в воде вещества ипродукты превращения ядов в организме. Плохо растворимые вещества, например тяжелые металлы - свинец, ртуть, а также марганец, мышьяк выделяются через почки медленно. Через желудочно-кишечный тракт выделяются плохо растворимые или нерастворимые вещества: свинец, ртуть, марганец, сурьма и др. Некоторые вещества (свинец, ртуть) выделяются вместе со слюной в полости рта. Через кожу сальными железами выделяются все растворимые в жирах вещества. Потовыми железами выделяются ртуть, медь, мышьяк, сероводород и др.
Концентрации и дозы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, т. е. таких концентраций, которые при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа не могут вызывать у работающего каких-либо отклонений от нормального состояния или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки. Предельно допустимые концентрации имеют весьма важное значение для гигиенической оценки санитарных условий труда.
Токсичность (от греч. toxikon - яд) - ядовитость, свойство некоторых химических соединений и веществ биологической природы при попадании в определенных количествах в живой организм (человека, животного и растения) вызывать нарушения его физиологических функций, в результате чего возникают симптомы отравления (интоксикации, заболевания), а при тяжелых - гибель.
Вещество (соединение), обладающее свойством токсичности, называется токсичным веществом или ядом.
Токсичность - обобщенный показатель реакции организма на действие вещества, который во многом определяется особенностями характера его токсического действия.
Под характером токсического действия веществ на организм обычно подразумевается:
o механизм токсического действия вещества;
o характер патофизиологических процессов и основных симптомов поражения, возникающих после поражения биомишеней;
o динамика развития их во времени;
o другие стороны токсического действия вещества на организм.
Среди факторов, определяющих токсичность веществ, одним из важнейших является механизм их токсического действия.
Механизм токсического действия - взаимодействие вещества с молекулярными биохимическими мишенями, что является пусковым механизмом в развитии последующих процессов интоксикации.
Взаимодействие между токсичными веществами и живым организмом имеют две фазы:
1) действие токсических веществ на организм - токсикодинамическая фаза;
2) действие организма на токсические вещества - токсикокинетическая фаза.
Токсикокинетическая фаза в свою очередь состоит из двух видов процессов:
а) процессы распределения: поглощение, транспорт, накопление и выделение токсических веществ;
б) метаболические превращения токсических веществ - биотрансформация.
Распределение веществ в организме человека зависит в основном от физико-химических свойств веществ и структуры клетки как основной единицы организма, в особенности структуры и свойств клеточных мембран.
Важным положением в действии ядов и токсинов является то, что они оказывают токсический эффект при действии на организм в малых дозах. В тканях-мишенях создаются очень низкие концентрации токсичных веществ, которые соизмеримы с концентрациями биомишеней. Высокие скорости взаимодействия ядов и токсинов с биомишенями достигаются благодаря высокому сродству к активным центрам определенных биомишеней.
Однако, прежде чем "поразить" биомишень, вещество проникает с места аппликации в систему капилляров кровеносных и лимфатических сосудов, затем разносится кровью по организму и поступает в ткани-мишени. С другой стороны, как только яд поступает в кровь и ткани внутренних органов, он претерпевает определенные превращения, которые обычно приводят к детоксикации и "расходу" вещества на так называемые неспецифические ("побочные") процессы.
Одним из важных факторов является скорость проникновения веществ через клеточно-тканевые барьеры. С одной стороны, это определяет скорости проникновения ядов через тканевые барьеры, отделяющие кровь от внешней среды, т.е. скорости поступления веществ по определенным путям проникновения в организм. С другой стороны, это определяет скорости проникновения веществ из крови в ткани-мишени через так называемые гистогематические барьеры в области стенок кровеносных капилляров тканей. Это, в свою очередь, определяет скорость накопления веществ в области молекулярных биомишеней и взаимодействия веществ с биомишенями.
В некоторых случаях скорости проникновения через клеточные барьеры определяют избирательность в действии веществ на определенные ткани и органы. Это влияет на токсичность и характер токсического действия веществ. Так, заряженные соединения плохо проникают в центральную нервную систему и обладают более выраженным периферическим действием.
В целом в действии ядов на организм принято выделять следующие основные стадии.
1. Стадия контакта с ядом и проникновения вещества в кровь.
2. Стадия транспорта вещества с места аппликации кровью к тканям-мишеням, распределения вещества по организму и метаболизма вещества в тканях внутренних органов - токсико-кинетическая стадия.
3. Стадия проникновения вещества через гистогематические барьеры (стенки капилляров и другие тканевые барьеры) и накопления в области молекулярных биомишеней.
4. Стадия взаимодействия вещества с биомишенями и возникновения нарушений биохимических и биофизических процессов на молекулярном и субклеточном уровнях - токсико-динамическая стадия.
5. Стадия функциональных расстройств организма развития патофизиологических процессов после "поражения" молекулярных биомишеней и возникновения симптомов поражения.
6. Стадия купирования основных симптомов интоксикации, угрожающих жизни пораженного, в том числе с использованием средств медицинской защиты, или стадия исходов (при отражениях смертельными токсодозами и несвоевременном использовании средств защиты возможна гибель пораженных).
Показателем токсичности вещества является доза. Доза вещества, вызывающая определенный токсический эффект, называется токсической дозой (токсодозой). Для животных и человека она определяется количеством вещества, вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.
Ввиду того что реакция каждого организма на одну и ту же токсодозу конкретного токсического вещества различна (индивидуальна), то и степень тяжести отравления применительно к каждому из них не будет одинаковой. Некоторые могут погибнуть, другие получат поражения различной степени тяжести или не получат их совсем. Поэтому токсодоза (D) рассматривается как случайная величина. Из теоретических и экспериментальных данных следует, что случайная величина D распределена по логарифмически нормальному закону с параметрами: D - медианное значение токсодозы и дисперсией логарифма токсодозы - . В связи с этим на практике для характеристики токсичности используют медианные значения относительной, например к массе животного, токсодозы (далее токсодоза).
Отравления, вызванные поступлением яда из окружающей человека среды, носят название экзогенных в отличие от эндогенных интоксикаций токсическими метаболитами, которые могут образовываться или накапливаться в организме при различных заболеваниях, чаще связанных с нарушением функции внутренних органов (почки, печень и др.). В токсикогенной (когда токсический агент находится в организме в дозе, способной оказывать специфическое действие) фазе отравления выделяют два основных периода: период резорбции, продолжающийся до момента достижения максимальной концентрации яда в крови, и период элиминации, от указанного момента до полного очищения крови от яда. Токсический эффект может возникнуть до или после всасывания (резорбции) яда в кровь. В первом случае он называется местным, а во втором - резорбтивным. Различают также косвенный рефлекторный эффект.
При "экзогенных" отравлениях выделяют следующие основные пути поступления яда в организм: пероральный - через рот, ингаляционный - при вдыхании токсических веществ, перкутанный (накожный, в военном деле - кожно-резорбтивный) - через незащищенные кожные покровы, инъекционный - при парентеральном введении яда, например при укусах змей и насекомых, полостной - при попадании яда в различные полости организма (прямую кишку, влагалище, наружный слуховой проход и т.п.).
Табличные значения токсодоз (кроме ингаляционного и инъекционного путей проникновения) справедливы для бесконечно большой экспозиции, т.е. для случая, когда посторонними методами не прекращается контакт токсичного вещества с организмом. Реально для проявления того или иного токсического эффекта яда должно оказаться больше, чем приведенные в таблицах токсичности. Это количество и время, в течение которого яд должен находиться, например, на кожной поверхности при резорбции, помимо токсичности, в значительной мере обусловлено скоростью всасывания яда через кожу. Так, по данным американских военных специалистов, боевое отравляющее вещество вигаз (VX), характеризуется кожно-резорбтивной токсодозой 6-7 мг на человека. Чтобы эта доза попала в организм, 200 мг капельно-жидкого VX должно быть в контакте с кожей в течение примерно 1 ч или ориентировочно 10 мг - в течение 8 ч.
Сложнее рассчитать токсодозы для токсичных веществ, заражающих атмосферу паром или тонкодисперсным аэрозолем, например, при авариях на химически опасных объектах с выбросом аварийно химически опасных веществ (АХОВ - по ГОСТ Р 22.0.05-95), которые вызывают поражение человека и животных через органы дыхания.
Прежде всего, делают допущение, что ингаляционная токсодоза прямо пропорциональна концентрации АХОВ во вдыхаемом воздухе и времени дыхания. Кроме того, необходимо учесть интенсивность дыхания, которая зависит от физической нагрузки и состояния человека или животного. В спокойном состоянии человек делает примерно 16 вдохов в минуту и, следовательно, в среднем поглощает 8-10 л/мин воздуха. При средней физической нагрузке (ускоренная ходьба, марш) потребление воздуха увеличивается до 20-30 л/мин, а при тяжелой физической нагрузке (бег, земляные работы) составляет около 60 л/мин.
Таким образом, если человек массой G (кг) вдыхает воздух с концентрацией С (мг/л) в нем АХОВ в течение времени τ (мин) при интенсивности дыхания V (л/мин), то удельная поглощенная доза АХОВ (количество АХОВ, попавшее в организм) D(мг/кг) будет равна
Немецкий химик Ф. Габер предложил упростить это выражение. Он сделал допущение, что для людей или конкретного вида животных, находящихся в одинаковых условиях, отношение V/G постоянно, тем самым его можно исключить при характеристике ингаляционной токсичности вещества, и получил выражение К=Сτ (мг · мин/л). Произведение Сτ Габер назвал коэффициентом токсичности и принял его за постоянную величину. Это произведение, хотя и не является токсодозой в строгом смысле этого слова, позволяет сравнивать различные токсичные вещества по ингаляционной токсичности. Чем оно меньше, тем более токсично вещество при ингаляционном действии. Однако при таком подходе не учитывается ряд процессов (выдыхание обратно части вещества, обезвреживание в организме и т.п.), но тем не менее произведением Сτ до сих пор пользуются для оценки ингаляционной токсичности (особенно в военном деле и гражданской обороне при расчете возможных потерь войск и населения при воздействии боевых отравляющих веществ и АХОВ). Часто это произведение даже неправильно называют токсодозой. Более правильным представляется название относительной токсичности при ингаляции. В клинической токсикологии для характеристики ингаляционной токсичности предпочтение отдается параметру в виде концентрации вещества в воздухе, которая вызывает заданный токсический эффект у подопытных животных в условиях ингаляционного воздействии при определенной экспозиции.
Относительная токсичность ОВ при ингаляции зависит от физической нагрузки на человека. Для людей, занятых тяжелой физической работой, она будет значительно меньше, чем для людей, находящихся в покое. С увеличением интенсивности дыхания возрастет и быстродействие ОВ. Например, для зарина при легочной вентиляции 10 л/мин и 40 л/мин значения LCτ 50 составляют соответственно около 0,07 мг · мин/л и 0,025 мг · мин/л. Если для вещества фосгена произведение Сτ 3,2 мг · мин/л при интенсивности дыхания 10 л/мин является среднесмертельным, то при легочной вентиляции 40 л/мин - абсолютно смертельным.
Следует заметить, что табличные значения константы Сτ справедливы для коротких экспозиций, при которых Сτ = const. При вдыхании зараженного воздуха с невысокими концентрациями в нем токсичного вещества, но в течение достаточно длительного промежутка времени значение Сτ увеличивается вследствие частичного разложения токсичного вещества в организме и неполного поглощения его легкими. Например, для синильной кислоты относительная токсичность при ингаляции LСτ 50 колеблется от 1 мг · мин/л для высоких концентраций его в воздухе до 4 мг · мин/л, когда концентрации вещества невелики. Относительная токсичность веществ при ингаляции зависит также и от физической нагрузки на человека и его возраста. Для взрослых людей она будет снижаться с увеличением физической нагрузки, а для детей - с уменьшением возраста.
Таким образом, токсическая доза, вызывающая равные по тяжести поражения, зависит от свойств вещества, пути его проникновения в организм, от вида организма и условий применения вещества.
Для веществ, проникающих в организм в жидком или аэрозольном состоянии через кожу, желудочно-кишечный тракт или через раны, поражающий эффект для каждого конкретного вида организма в стационарных условиях зависит только от количества проникшего яда, которое может выражаться в любых массовых единицах. В токсикологии количество яда обычно выражают в миллиграммах.
Токсические свойства ядов определяют экспериментальным путем на различных лабораторных животных, поэтому чаше пользуются понятием удельной токсодозы - дозы, отнесенной к единицеживой массы животного и выражаемой в милиграммах на килограмм.
Токсичность одного и того же вещества даже при проникновении в организм одним путем различна для разных видов животных, а для конкретного животного заметно различается в зависимости от способа поступления в организм. Поэтому после численного значения токсодозы в скобках принято указывать вид животного, для которого эта доза определена, и способ введения ОВ или яда. Например, запись: "зарин D смерт 0,017 мг/кг (кролики, внутривенно)" означает, что доза вещества зарин 0,017 мг/кг, введенная кролику в вену, вызывает у него смертельный исход.
Токсодозы и концентрации токсических веществ принято подразделять в зависимости от степени выраженности вызываемого ими биологического эффекта.
Основными показателями токсичности в токсикометрии промышленных ядов и в чрезвычайных ситуациях являются:
Lim ir - порог раздражающего действия на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз. Выражается количеством вещества, которое содержится в одном объеме воздуха (например, мг/м 3).
Смертельная, или летальная, доза - это количество вещества, вызывающее при попадании в организм смертельный исход с определенной вероятностью. Обычно пользуются понятиями абсолютно смертельных токсодоз, вызывающих гибель организма с вероятностью 100% (или гибель 100% пораженных), и среднесмертельных (медленносмертельных) или условно смертельных токсодоз, летальный исход от введения которых наступает у 50% пораженных. Например:
LD 50 (LD 100) - (L от лат. letalis - смертельный) среднесмертельная (смертельная) доза, вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при введении вещества в желудок, в брюшную полость, на кожу (кроме ингаляции) при определенных условиях введения и конкретном сроке последующего наблюдения (обычно 2 недели). Выражается количеством вещества, отнесенным к единице массы тела животного (обычно, мг/кг);
LC 50 (LС 100) - среднесмертельная (смертельная) концентрация в воздухе, вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при ингаляционном воздействии вещества при определенной экспозиции (стандартная 2-4 часа) и определенном сроке последующего наблюдения. Как правило, время экспозиции указывается дополнительно. Размерность как для Lim ir
Выводящая из строя доза - это количество вещества, вызывающее при попадании в организм выход из строя определенного процента пораженных как временно, так и со смертельным исходом. Ее обозначают ID 100 или ID 50 (от англ. incapacitate - вывести из строя).
Пороговая доза - количество вещества, вызывающее начальные признаки поражения организма с определенной вероятностью или, что-то же самое, начальные признаки поражения у определенного процента людей или животных. Пороговые токсодозы обозначают PD 100 или PD 50 (от англ. primary - начальный).
КВИО - коэффициент возможности ингаляционного отравления, представляющий собой отношение максимально достижимой концентрации токсичного вещества (С mах, мг/м 3) в воздухе при 20°С к средней смертельной концентрации вещества для мышей (КВИО = C max /LC 50). Величина безразмерная;
ПДК - предельно допустимая концентрация вещества - максимальное количество вещества в единице объема воздуха, воды и др., которое при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызываете нем патологических изменений (отклонения в состоянии здоровья, заболевания), обнаруживаемых современными методами исследования в процессе жизни или отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Различают ПДК рабочей зоны (ПДК р.з, мг/м 3), ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе населенных мест (ПДК м.р, мг/м 3), ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе населенных мест (ПДК с.с, мг/м 3), ПДК в воде водоемов различного водопользования (мг/л), ПДК (или допустимое остаточное количество) в продуктах питания (мг/кг) и др.;
ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия максимального допустимого содержания токсичного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов рыбохозяйственного водопользования. Различают дополнительно ОДУ - ориентировочный допустимый уровень вещества в воде водоемов хозяйственно-бытового водопользования.
В военной токсикометрии наиболее употребительны показатели относительных медианных значений среднесмертельной (LCτ 50), средневыводящей (IСτ 50), средней эффективно действующей (EСτ 50), средней пороговой (РСτ 50) токсичности при ингаляции, выражающихся обычно в мг · мин/л, а также медианных значений аналогичных по токсическому эффекту кожно-резорбтивных токсодоз LD 50 , LD 50 , ED 50 , PD 50 (мг/кг). При этом показатели токсичности при ингаляции используются также и для прогнозирования (оценки) потерь населения и производственного персонала при авариях на химически опасных объектах с выбросом широко используемых в промышленности АХОВ.
В отношении же растительных организмов вместо термина токсичность чаще применяют термин активность вещества, а в качестве меры его токсичности преимущественно используют величину CK 50 - концентрация (например, мг/л) вещества в растворе, вызывающая гибель 50% растительных организмов. На практике пользуются нормой расхода действующего (активного) вещества на единицу площади (массы, объема), обычно кг/га, при которой достигается необходимый эффект.
Ряд ядовитых жирорастворимых соединений - фенолы, некоторые соли, особенно цианиды, всасываются и поступают в кровь уже в полости рта.
На протяжении желудочно-кишечного тракта существуют значительные градиенты рН, определяющие различную скорость всасывания токсических веществ. Кислотность желудочного сока близка к единице, вследствие чего все кислоты здесь находятся в неионизированном состоянии и легко всасываются. Напротив, неионизированные основания (например, морфин, ноксирон) поступают из крови в желудок и отсюда в виде ионизированной формы движутся далее в кишечник (рис. 3). Токсические вещества в желудке могут сорбироваться пищевыми массами, разбавляться ими, в результате чего уменьшается контакт яда со слизистой оболочкой. Кроме того, на скорость всасывания влияют интенсивность кровообращения в слизистой оболочке желудка, перистальтика, количество слизи и пр.
Рис. 3. Направление пассивного транспорта веществ кислого (1) и щелочного (2) характера в зависимости от рН среды по сторонам мембраны на примере слизистой оболочки желудка (по А. Л. Мясникову).
В основном всасывание ядовитых веществ происходит в тонком кишечнике, секрет которого имеет рН 7,5-8,0. В общей форме барьер кишечная среда/кровь представляется следующим образом: эпителий, мембрана эпителия со стороны капилляра, базальная мембрана капилляра (рис. 4).
Рис. 4. Проникновение различных веществ через стенку капилляра. 1 - прямой путь через эндотелиальную клетку; 2 - через межэндотелиальные промежутки; 3 - комбинированный путь с помощью диффузии или фильтрации; 4 - везикулярный путь; 5-комбинированный путь через межэндотелиальные промежутки и с помощью везикулярных процессов
Колебания рН кишечной среды, наличие ферментов, большое количество соединений, образующихся в процессе пищеварения в химусе на крупных белковых молекулах и сорбция на них, - все это влияет на резорбцию ядовитых соединений и их депонирование в желудочно-кишечном тракте. Некоторые вещества, например тяжелые металлы, непосредственно повреждают кишечный эпителий и нарушают всасывание. В кишечнике, так же как и в желудке, липоидорастворимые вещества хорошо всасываются путем диффузии, а всасывание электролитов связано со степенью их ионизации. Это определяет быструю резорбцию оснований (атропин, хинин, анилин, амидопирин и пр.). Например, при отравлении беллоидом (белласпон) фазность в развитии клинической картины отравления объясняется тем, что одни ингредиенты этого препарата (барбитураты) всасываются в желудке, а другие (холинолитики, эрготамин) - в кишечнике, т. е. последние поступают в кровь несколько позже, чем первые.
Вещества, близкие по химическому строению к природным соединениям, всасываются путем пиноцитоза, проявляющегося наиболее активно в области микроворсинок щетьчной каемки тонкой кишки. Трудно всасываются прочные комплексы токсических веществ с белками, что свойственно, например, редкоземельным металлам.
Замедление регионарного кровотока и депонирование венозной крови в области кишечника при экзотоксиче-ском шоке приводят к уравниванию локальных концентраций ядов в крови и в содержимом кишечника, что составляет патогенетическую основу замедления всасывания и увеличения местного токсического эффекта. Например, при отравлении гемолитическими ядами (уксусная эссенция) это приводит к более интенсивному разрушению эритроцитов в капиллярах стенки желудка и быстрому проявлению в этой зоне тромбогеморрагиче-ского синдрома (тромбоз вен иодслизистого слоя желудка, множественные кровоизлияния и пр.).
Указанные явления депонирования токсических веществ в желудочно-кишечном тракте при пероральных отравлениях свидетельствуют о необходимости его тщательного очищения не только при раннем, но и при позднем поступлении больного.
Рис. 5. Схема строения легочных альвеол. 1-ядро и цитоплазма клетки эпителия; 2 - тканевое пространство; 3 - эндоплазматическая базальная мембрана; 4-альвеолярная клетка; 5 - эпителий базальной мембраны; б - цитоплазма капиллярного эндотелия; 7 - ядерная клетка эндотелия; 8 - ядро эндотелиальной клетки.
Ингаляционные отравления характеризуются наиболее быстрым поступлением яда в кровь. Это объясняется большой поверхностью всасывания легочных альвеол (100-150 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования ядов.
Структуру барьера между воздухом и кровью можно схематически представить в следующем виде: липидная пленка, мукоидная пленка, слой альвеолярных клеток, базальная мембрана эпителия, сливающаяся с базальной мембраной капилляров (рис. 5).
Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Происходит оно по закону диффузии в соответствии с градиентом концентрации. Подобным образом поступают в организм многие летучие неэлектролиты: углеводороды, галогеноуглеводороды, спирты, эфиры и пр. Скорость поступления определяется их физико-химическими свойствами и в меньшей степени состоянием организма (интенсивность дыхания и кровообращения в легких).
Большое значение имеет коэффициент растворимости паров ядовитого вещества в воде (коэффициент Оствальда). Чем больше его значение, тем больше вещества из воздуха поступает в кровь и тем длительнее процесс достижения конечной равновесной концентрации между кровью и воздухом.
Многие летучие неэлектролиты не только быстро растворяются в жидкой части крови, но и связываются с белками плазмы и эритроцитами, в результате чего коэффициенты их распределения между артериальной кровью и альвеолярным воздухом (К) несколько выше их коэффициентов растворимости в воде (л).
Некоторые реагирующие пары и газы (НС1, HF, S02, пары неорганических кислот и др.) подвергаются химическим превращениям непосредственно в дыхательных путях, поэтому их задержка в организме происходит с более постоянной скоростью. Кроме того, они обладают способностью разрушать саму альвеолярную мембрану, нарушать ее барьерную и транспортную функции, что ведет к развитию токсического отека легких.
При многих производственных операциях образуются аэрозоли (пыль, дым, туман). Они представляют собой смесь частиц в виде минеральной пыли (угольная, силикатная и др.), окислов металлов, органических соединений и пр.
В дыхательных путях происходит два процесса: задержка и выделение поступивших частиц. На процесс задержки влияет агрегатное состояние аэрозолей и их физико-химические свойства (размер частиц, форма, гигроскопичность, заряд и пр.). В верхних дыхательных путях задерживается 80-90% частиц величиной до 10 мкм, в альвеолярную область поступает 70-90% частиц размером 1-2 мкм.и менее.
Рис. 6. Схема путей поступления ядовитых веществ через кожу (по Ю. И. Кундиеву). Объяснение в тексте.
В процессе самоочищения дыхательных путей частицы вместе с мокротой удаляются из организма. В случае поступления водорастворимых и токсических аэрозолей их резорбция может происходить по всей поверхности дыхательных путей, причем заметная часть со слюной попадает в желудок.
Существенную роль в самоочищении альвеолярной области играют макрофаги и лимфатическая система. Тем не менее аэрозоли металлов быстро проникают в ток крови или лимфы путем диффузии или транспорта в форме коллоидов, белковых комплексов и пр. При этом обнаруживается их резорбтивное действие, часто в виде так называемой литейной лихорадки.
Проникновение токсических веществ через кожу также имеет большое значение, преимущественно в производственных условиях.
Существует по крайней мере три пути такого поступления (рис. 6):
- через эпидермис (1),
- волосяные фолликулы (2) и
- выводные протоки сальных желез (3).
Эпидермис рассматривается как липопротеиновый барьер, через который могут диффундировать разнообразные газы и органические вещества в количествах, пропорциональных кх коэффициентам распределения в системе липиды/вода. Это только первая фаза проникновения яда, второй фазой является транспорт этих соединений из дермы в кровь. Если предопределяющие эти процессы физико-химические свойства веществ сочетаются с их высокой токсичностью, то опасность тяжелых чрескож-ных отравлений значительно возрастает. На первом месте стоят ароматические нитроуглеводороды, хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения.
Следует учитывать, что соли многих металлов, соединяясь с жирными кислотами и кожным салом, могут превращаться в жирорастворимые соединения и проникать через барьерный слой эпидермиса (особенно ртуть и таллий).
Механические повреждения кожи (ссадины, царапины, раны и пр.), термические и химические ожоги способствуют проникновению токсических веществ в организм.
Лужников Е. А. Клиническая токсикология, 1982
В ремонтном производстве, а иногда и в быту механизаторам приходится соприкасаться со многими техническими жидкостями, которые в разной степени оказывают вредное действие на организм. Отравляющее действие ядовитых веществ зависит от многих факторов и, прежде всего, от характера ядовитого вещества, его концентрации, продолжительности воздействия, растворимости в жидких средах организма, а также внешних условий.
Ядовитые вещества в газо-, паро- и дымообразном состоянии попадают в организм через органы дыхания с воздухом, которым дышат рабочие, находясь в загрязненной атмосфере рабочей зоны. В этом случае ядовитые вещества действуют значительно быстрее и сильнее, чем такие же вещества, попавшие в организм другими путями. С повышением температуры воздуха опасность отравления увеличивается. Поэтому летом случаи отравления бывают чаще, чем зимой. Нередко на организм действует сразу несколько ядовитых веществ, например пары бензина и окись углерода из отработавших газов карбюраторного двигателя. Некоторые же вещества повышают действие других ядовитых веществ (так, алкоголь усиливает ядовитые свойства паров бензина и т.д.).
Среди механизаторов существует неправильное мнение, что к ядовитому веществу можно привыкнуть. Мнимое привыкание организма к тому или иному веществу приводит к запоздалому принятию мер по прекращению действия ядовитого вещества. Попав в организм человека, ядовитые вещества вызывают острые или хронические отравления. Острое отравление развивается при вдыхании большого количества ядовитых веществ высокой концентрации (например, при открытии люка емкости с бензином, ацетоном и подобными жидкостями). Хроническое отравление развивается при вдыхании малых концентраций ядовитых веществ в течение нескольких часов или суток.
Наибольшее количество случаев отравления парами и туманами технических жидкостей приходится на растворители, что объясняется их летучестью или испаряемостью. Летучесть растворителей оценивают условными величинами, указывающими скорость испарения растворителей по сравнению со скоростью испарения этилового эфира, условно принимаемой за единицу (табл. 1).
По летучести растворители делятся на три группы: к первой относятся растворители с числом летучести менее 7 (легколетучие); ко второй - растворители с числом летучести от 8 до 13 (среднелетучие) и к третьей - растворители с числом летучести более 15 (медленнолетучие).
Следовательно, чем быстрее испаряется тот или иной растворитель, тем выше вероятность образования вредной для здоровья концентрации паров растворителя в воздухе и опасность отравления. Большинство растворителей испаряются при любой температуре. Однако с повышением температуры скорость испарения их значительно увеличивается. Так, например, бензин-растворитель в помещении при температуре окружающей среды 18-20°С испаряется со скоростью 400 г/ч с 1 м2. Пары многих растворителей тяжелее воздуха, поэтому самый высокий процент их содержится в нижних слоях воздуха.
На распределение паров растворителей в воздухе влияют потоки воздуха и их циркуляция. В присутствий нагретых поверхностей под воздействием конвекционных токов потоки воздуха увеличиваются, вследствие чего возрастает скорость распространения паров растворителей. В закрытых помещениях воздух значительно быстрее насыщается парами растворителей, а следовательно, и вероятность отравления возрастает. Поэтому, если в закрытом или плохо вентилируемом помещении оставить открытой тару с летучим растворителем или переливать и разливать растворитель; то окружающий воздух быстро насыщается парами и в короткое время концентрация их в воздухе станет опасной для здоровья человека.
Воздух рабочей зоны считается безопасным в том случае, если количество вредных паров в нем не превышает предельно допустимой концентрации (рабочей зоной считаются места постоянного или периодического пребывания работающих для наблюдения и ведения производственных процессов). Предельно допустимые концентрации ядовитых паров, пыли и других аэрозолей в воздухе рабочей зоны производственных помещений не должны превышать величин, указанных в «Инструкции по санитарному содержанию помещений и оборудования производственных предприятий».
Большой опасности отравления подвергаются лица, очищающие и ремонтирующие цистерны, резервуары из под бензина и других растворителей, а также работающие в местах хранения и применения технических жидкостей. В этих случаях при нарушении норм и требований техники безопасности концентрации паров ядовитых веществ в воздухе будут превосходить предельно допустимые нормы.
Приведем несколько примеров:
1. В закрытом невентилируемом складском помещении кладовщик оставил на ночь ведро с бензином-растворителем. При площади испарения бензина 0,2 м2 и скорости его испарения 400 г/ч с 1 м2 за 10 ч в парообразное состояние перейдет около 800 г бензина. Если внутренний объем складского помещения равен 1000 м3, то к утру концентрация паров бензина-растворителя в воздухе составит: 800 000 мг: 1000 м3 = 800 мг/м3 воздуха, что почти в 2,7 раза выше предельно допустимой концентрации бензина-растворителя. Поэтому перед началом работы складское помещение следует проветрить и в течение дня двери и окна держать открытыми.
2. В цехе ремонта топливной аппаратуры плунжерные пары топливных насосов промывают в бензине Б-70, налитом в моечную ванну площадью 0,8 м2. Какова же будет концентрация паров бензина в воздухе рабочего помещения к концу смены, если не сделать местный отсос от моечной ванны и не оборудовать вентиляцию? Расчеты показывают, что за 8 ч работы в парообразное состояние перейдет около 2,56 кг бензина (2 560 000 мг). Разделив полученный вес паров бензина на внутренний объем помещения 2250 м3, получим концентрацию паров бензина в воздухе 1100 мг/м3, что в 3,5 раза выше предельно допустимой концентрации бензина Б-70. Значит, в конце рабочего дня у всех работающих в этом помещении будут головная боль или другие признаки отравления. Следовательно, детали и части машин нельзя мыть в бензине, а надо применять менее ядовитые растворители и моющие средства.
Ядовитые вещества в жидком состоянии попадают в организм человека через органы пищеварения с пищей и водой, а также через кожные покровы при соприкосновении с ними и пользовании спецодеждой, смоченной этими веществами. Признаки отравления жидкими ядовитыми веществами такие же, как и при отравлении парообразными.
Попадание жидких ядовитых веществ через органы пищеварения возможно при несоблюдении личной гигиены. Нередко водитель автомобиля, опустив в бензобак резиновую трубку, засасывает бензин ртом, чтобы создать сифон и перелить бензин из бака в другую емкость. Этот безобидный прием приводит к тяжелым последствиям - отравлению или воспалению легких. Ядовитые вещества, проникая через кожные покровы, попадают в большой круг кровообращения, минуя защитный барьер, и, накапливаясь в организме, приводят к отравлению.
При работе с ацетоном, этилацетатом, бензином и подобными растворителями можно заметить, что жидкости быстро испаряются с поверхности кожи и рука белеет, т.е. жидкости растворяют кожное сало, обезжиривают и сушат кожу. На сухой коже образуются трещины, а через них проникает инфекция. При частом контакте с растворителями развиваются экземы и другие кожные заболевания. Некоторые технические жидкости при попадании на незащищенную поверхность кожного покрова приводят к химическим ожогам вплоть до обугливания пораженных участков.
- Молитвы от блуда Кому помолиться от блуда в семье
- Сила позитивного мышления — Пил Норман Винсент Пил норман сила позитивного мышления читать pdf
- Литературный вечер "жизнь и творчество марины ивановны цветаевой" Лит вечер посвященный цветаевой в библиотеке
- Страховые компании с отозванными лицензиями Ли лицензия у страховой