лекции по гигиене. Пивоваров Ю. П. Гигиена и экология человека (Курс лекций)
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на 4 класса опасности: 1-й — вещества чрезвычайно опасные 2-й — вещества высоко опасные 3-й — вещества умеренно опасные 4-й — вещества малоопасные Показатели опасности делятся на две группы. К первой группе относятся показатели потенциальной опасности — летучесть вещества (или ее производное — коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО), равный отношению летучести к токсичности при ингаляции в стандартных условиях: 20°С, экспозиция — 2 ч, мыши), растворимость в воде и жирах и другие (например, дисперсность аэрозоля). Эти свойства определяют возможность попадания яда в организм при вдыхании, попадании на кожу и т.п. Ко второй группе относятся показатели реальной опасности — многочисленные параметры токсикометрии и их производные: 1. Токсичность — обратно пропорциональна смертельным дозам (концентрациям), прямо пропорциональна опасности. 2. Производные параметры токсикометрии — зона острого действия Z ac , зона хронического действия Z ch . Понятие зоны острого действия было предложено одним из основателей российской промышленной токсикологии профессором Н.С. Правдиным. Вещество тем опаснее для развития острого отравления, чем меньше разрыв между концентрациями (дозами), вызывающими начальные признаки отравления, и концентрациями, вызывающими гибель. Так, например, аммиак 301 имеет Z ac >100 (естественный продукт метаболизма, к которому организмы приспособились). Это вещество мало опасно в смысле острого отравления. В то же время, например, амиловый спирт имеет очень узкую зону острого действия (Z ac =3). Это опасное вещество в плане возможности развития острого отравления. Что касается зоны хронического действия, связанной с кумулятивными свойствами веществ, то ее величина прямо пропорциональна опасности хронического отравления. Для характеристики качественной стороны действия промышленных ядов, оценки их влияния на ту или иную функциональную систему организма предложено несколько классификаций. В таблице 2 приведена одна из них, разработанная Г.Г.Авиловой применительно к условиям хронического воздействия промышленных веществ в минимальных эффективных дозах и концентрациях. В указанной классификации опасность вещества по типу действия оценивается, в принципе, по степени необратимости изменений жизнедеятельности организма. ОБЩИЙ ХАРАКТЕР ДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМ В производственных условиях токсические вещества поступают в организм человека через дыхательные пути, кожу, а также через желудочно- кишечный тракт. Пути поступления веществ в организм зависят от их агрегатного состояния (газообразные и парообразные вещества, жидкие и твердые аэрозоли) и от характера технологического процесса (нагрев вещества, измельчение и др.). Токсическое действие веществ, их судьба в организме зависят от физических характеристик и химической активности, так как биологическое действие является результатом химического взаимодействия между данным веществом и биологическими рецепторами. Это взаимодействие определяет степень задержки вещества в организме, процессы его биотрансформации, депонирования и выведения из организма. 302 Таблица 1. Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от следующих норм и показателей. 1 2 3 4 Предельно допустимая концентрация (11ДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м^ <0,1 0,1-1,0 1,1-10,0 >10,0 Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг <15 15-150 151-5000 >5000 Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг <100 100-500 501-2500 >2500 Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м^ <500 500-5000 5001-50000 >50000 Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) >300 300-30 29-3 <3 Зона острого действия <6,0 6,0-18,0 18,1-54,0 >54,0 Зона хронического действия >10,0 10,0-5,0 4,9-2,5 <2,5 303 Таблица 2. Классы опасности вредных веществ по типу действия на низких уровнях воздействия. Класс опасности Вид действия І Вещества, оказывающие избирательное действие в отдаленный период: бластомогены, мутагены, атеросклеротические вещества, вызывающие склероз органов (пневмосклероз, нейросклероз и др.), гонадотропные, эмбриотропные вещества. ІІ Вещества, действующие на нервную систему: судорожные и нервно-паралитические, наркотики, вызывающие поражение паренхиматозных органов, наркотики, оказывающие чисто наркотический эффект. ІІІ Вещества, оказывающие действие на кровь — вызывающие угнетение костного мозга, изменяющие гемоглобин, гемолитики. IV Раздражающие и едкие вещества: раздражающие слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, раздражающие кожу. 304 При поступлении в легкие газы, пары и аэрозоли резорбируются в кровь. Степень резорбции для различных веществ не одинакова и зависит прежде всего от растворимости в биологических жидкостях и способности проникать через альвеолярные, сосудистые и клеточные мембраны. После резозоции в кровь и распределения по органам яды подвергаются превращениям (биотрансформации) и депонированию. Почти все неорганические, а также многие органические вещества длительно задерживаются в организме, накапливаясь в различных органах и тканях. Циркуляция металлов в организме осуществляется путем образования биокомплексов с жирными кислотами и аминокислотами (глутаминовой и аспарагиновой кислотами, цистеином, метионином и др.). Комплексы с аминокислотами образуют ртуть, свинец, медь, цинк, кадмий, кобальт, марганец и некоторые другие металлы. Однако наиболее устойчивы комплексы металлов с белками, что обусловливает их длительную циркуляцию и депонирование в мягких тканях и паренхиматозных органах. Металлы накапливаются в основном в тех же тканях, в которых они содержатся как микроэлементы, а также в органах с интенсивным обменом веществ (печень, почки, эндокринные железы). Преимущественное депонирование свинца, бериллия и урана в костной ткани связано с их способностью образовывать устойчивые, малорастворимые соединения с фосфором и отложением в костной ткани в виде фосфатов. Ртуть и кадмий накапливаются в паренхиматозных органах (печень, почки), что обусловлено образованием устойчивых комплексов этих металлов с белками. Хром, достигая клетки, фиксируется на клеточных мембранах, в значительных количествах накапливаясь, например, на мембране эритроцитов. Распределение в организме элементорганических и органических соединений связано с их взаимодействием с липидными компонентами тканей и прежде всего с липидными компонентами клеточных мембран, что определяет их проникновение в клетку и дальнейшую биотрансформацию. Биотрансформация чужеродных соединений — это цепь последовательных 305 ферментативных реакций. Она подразделяется, как правило, на две фазы. Основную нагрузку в реакциях первой фазы несет семейство микросомальных ферментов цитохрома Р-450, локализованных в гладком эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов. Кроме того, превращение ксенобиотиков катализирует и ферменты, содержащиеся в плазме крови, цитозоле и митохондриях паренхиматозных органов. В первой фазе в результате реакций окисления, восстановления, гидролиза, гидратации, дегалогенирования и др. молекула яда получает функциональные группы, необходимые для протекания второй фазы — конъюгации. Следует иметь в виду, что образование промежуточных продуктов метаболизма (интермедиатов) ксенобиотиков не всегда сопровождается снижением токсичности. Так, некоторые фосфорорганические инсектициды (например, октаметил и тиофос) образуют в организме более токсичные (фосфамидоксид и параоксон, соответственно). Вторая фаза включает реакции синтеза (конъюгации) интермедиатов или поступивших ядов с эндогенными соединениями (глюкуроновой, серной, уксусной киспотами, аминокислотами, глутатионом), а также реакции метилирования. В результате биотрансформации ксенобиотики превращаются в более полярные (более растворимые) и, как правило, менее токсичные вещества. Молекулярная масса и размеры полученных соединений возрастают, облегчается их экскреция и выведение из организма. К настоящему времени накоплен материал о том, что конъюгаты определенных веществ могут подвергаться дальнейшим превращениям в организме, что иногда называют третьей фазой биотрансформации. Образующиеся в результате этих реакций соединения могут быть более токсичными, чем исходные. Так, конъюгаты с глюкуроновой кислотой, выделяясь в желчь и попадая затем в кишечник, могут катаболизироваться b -глюкуронидазой (ферментом микрофлоры кишечника с последующим выделением) либо повторной реабсорбцией и дальнейшим метаболизмом. Глутатионовые конъюгаты под влиянием кишечной 306 микрофолоры могут превращаться в тиоловые с повышением токсичности. Сульфирование и ацетилирование приводит к метаболической активации N- гидроксиароматических аминов. Конъюгаты глутатиона могут играть важную роль при объяснении нефротоксических свойств веществ, а реакции метилирования — в токсичности металлов, глюкуронид-ная конъюгация — в процессах канцерогенеза при воздействии b -нафтиламина или 3,2'-диметил-4- ами-нобифенила. Преобладание процессов детоксикации или токсификации зависит от многих факторов: прежде всего активности соответствующих ферментов и кинетических параметров реакций, доступности эндогенных субстратов и кофакторов, дозы поступившего вещества и степени насыщения метаболических путей, генетической вариабельности метаболических путей, биологического вида организма, пола, возраста, диеты, сопутствующих заболеваний. Выделение поступивших в организм токсических веществ происходит различными путями: через легкие, желудочно-кишечный тракт, почки, кожу. С выдыхаемым воздухом через легкие выделяются летучие вещества (бензол, толуол, ацетон, хлороформ и многие другие) или летучие метаболиты, образовавшиеся при биотрансформации ядов. Например, одним из конечных продуктов биотрансформации хлороформа, четыреххлористого углерода, этиленгликоля и многих других веществ является углекислота, которая выводится через легкие. Резорбированные и циркулирующие в крови яды и их метаболиты выводятся почками путем пассивной фильтрации в почечных клубочках, пассивной канальцевой диффузии и активным транспортом. Многие токсические вещества (ртуть, сероуглерод) выделяются потовыми железами кожи, а также слюнными железами. Многие яды и их метаболиты, образующиеся в печени, выделяются с желчью в кишечник. Такой путь выведения характерен для металлов (ртуть, свинец, марганец и др.). Обратная резорбция металлов из кишечника в кровь и из крови в печень обуславливает кишечно-почечную циркуляцию металлов, которая и определяет в итоге долю металла, выводимого кишечником. 307 Циркуляция, превращение и выведение токсических веществ отражают совокупность явлений, происходящих с ядом в организме, и определяют токсикокинетику процессов детоксикации, т.е. кинетику (динамику) прохождения токсических веществ через организм. В основе токсикокинетики лежат, как правило, экспериментальные данные о содержании веществ и их метаболитов в различных биосредах подопытных животных в определенные интервалы времени. Математический анализ указанных данных позволяет выявить закономерности токсикодинамики любого химического вещества и экстраполировать их на человека с учетом особенностей обменных и других процессов. Промышленные яды в зависимости от их свойств и условий воздействия (концентрация/доза, время) могут вызывать развитие острых и хронических интоксикаций. Как правило, острые отравления возникают при авариях, грубых нарушениях технологического процесса. Острые отравления развиваются непосредственно после контакта с ядом (например, окисью углерода) или после скрытого периода — от 6-8 ч до нескольких суток (например, двуокисью азота). В результате модернизации технологии и проведения широких гигиенических мероприятий в настоящее время происходит загрязнение воздуха рабочей зоны низкими концентрациями промышленных ядов, которые приводят к развитию хронических интоксикаций при длительном, многолетнем воздействии. Проявления действия промышленных ядов на человека весьма разнообразны, так как патологические процессы, возникающие при воздействии химического вещества, обусловлены не только его свойствами, но и ответной реакцией организма, которая варьирует в широких пределах. При воздействии промышленных веществ может развиться любой из известных патологических процессов — воспаление, дистрофия, сенсибилизация, фиброз, повреждение хромосомного аппарата клетки, канцерогенный эффект и др. При этом в силу физико-химических особенностей каждое вещество обладает собственным, характерным для него действием на организм, а также несет свойства, присущие химическому классу (группе), к которой оно относится. 308 Среди промышленных веществ выделяют: раздражающие, нейротропные, гепатотропные, почечные яды, яды крови, аллергены, мутагены, канцерогены, тератогены и некоторые другие группы. Подобное разделение указывает на преимущественный (избирательный) характер действия яда, который проявляется при его воздействии в минимальных количествах. При экспозиции в более высоких дозах (концентрациях) и/или в течение длительного времени развиваются и политропные (общетоксические) проявления интоксикации. Раздражающими веществами, вызывающими развитие воспаления на месте контакта с тканями организма, являются хлор, сернистый ангидрид, двуокись азота, кислоты, щелочи и др. Преимущественное поражение нервной системы характерно для органических растворителей, некоторых тяжелых металлов. К гепатотропным промышленным ядам относятся четыреххлористый углерод, аллиловый спирт и др. Выраженными аллергенными свойствами обладают хром, бериллий, формальдегид и многие другие вещества. Среди веществ, оказывающих действие в основном на почки, следует назвать мышьяковистый водород, этиленгликоль. К веществам, обладающим мутагенным, тератогенным, канцерогенным и гонадотропным свойствами, относятся бенз(а)пирен, никель, шестивалентный хром, этиленимин, гидразин и его производные, органические перекиси. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОФИЛАКТИКИ В целях предупреждения неблагоприятных последствий контакта работающих с вредными химическими веществами в разных странах сложились системы предупредительных мероприятий, среди которых одним из главных является токсикологическая оценка новых веществ и композиций, включающая их предварительный отбор для последующего производства и применения, ограничение допустимых уровней воздействия на рабочих местах. В нашей стране организована многостадийная токсикологическая оценка всех используемых в промышленности химических веществ, начиная с лабораторной разработки и кончая массовым производством и применением 309 химической продукции. Необходимость создание такой системы обусловлена гигиенической и экономической целесообразностью: замена высоко-опасных химических веществ на стадии разработки новой технологии более целесообразна, чем реконструкция действующих производств. На стадии теоретического проекта технологической схемы проводится предварительная токсикологическая оценка используемых химических веществ, включающая анализ данных литературы и расчет показателей их токсичности и опасности на основе сопоставлений химической структуры, химических и физических свойств с биологическим действием, интерполяцией и экстраполяцией в рядах соединений. Если принимается решение о лабораторной разработке нового химического соединения, то встает вопрос о более глубокой оценке его токсичности, опасности и характера вредного действия на организм с целью разработки гигиенического норматива допустимого содержания в воздухе рабочей зоны. Как следует из табл. 3, проводятся специальные токсикологические исследования по разработке ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ), устанавливаемых на ограниченное время (3 года), а затем предельно допустимых концентраций (ПДК). ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны — это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в пределах 8 ч (и не более 40 ч в неделю), в течение всего рабочего стажа не должны вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Воздействие вредного вещества на уровне ПДК не исключает нарушение состояния здоровья у лиц с повышенной чувствительностью. Контроль воздушной среды на предприятиях проводится не только по уровню концентраций в воздухе, при котором возможно лишь косвенно судить о количестве яда поступившего в организм рабочего, но и непосредственно измеряя уровни вредных веществ или их метаболитов в организме. Для некоторых промышленных ядов установлены биологические ПДК(БПДК). 310 Биологический ПДК — уровень вредного вещества (или продуктов его превращения) в организме работающих (кровь, моча, выдыхаемый воздух, волосы и др.) или уровень биологического ответа наиболее поражаемой системы организма (например, содержание метгемоглобина, активность холинэстеразы и др.), при котором непосредственно в процессе воздействия или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений не возникает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, определяемых современными методами исследования. Основными принципами установления гигиенических нормативов являются: 1. Опережение токсикологических исследований, обоснование гигиенических нормативов и осуществление предупредительных мер по сравнению с моментом внедрения новых технологических процессов, оборудования, химических веществ и т.д. в производство и применение. 2. Приоритет медицинских и биологических показаний при обосновании гигиенических нормативов по сравнению с технической достижимостью сегодняшнего дня и экономическими требованиями. Соблюдение медицинских требований привело к многочисленным изменениям в технологии. Так, внедрение предварительно обожженных электродов в производстве алюминия позволило значительно снизить выброс в воздух бенз(а)пирена. Использование рутиловых электродов при сварке способствует уменьшению концентраций марганца в воздухе рабочей зоны. 3. Пороговость вредного действия химических веществ. Порог вредного действия — такая минимальная концентрация веществ в воздухе рабочей зоны, при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления веществ) возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Следует подчеркнуть, что не всякая реакция организма на химическое вещество может считаться порогом вредного действия, а только та, которая соответствует критерию вредности (по Н.С. Правдину — обладает 311 гигиенической значимостью). В таблице 4 суммированы некоторые критерии вредности, используемые при оценке токсичности и опасности химических соединений для организма. Таблица 3. Стадийность в установлении гигиенических нормативов вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Стадии установления гигиенического Стадии технологической разработки 1. Обоснование ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) Период лабораторной разработки новых соединений (период, предшествующий проектированию производства) 2. Обоснование предельно допустимых концентраций (ПДК) Период полузаводских испытаний и проектирования производства 3. Корректировка ПДК путем сравнения условий труда работающих и состояния их здоровья (Клинико-гигиеническая апробация ПДК) После внедрения вещества в производство (не позднее 3-5 лет с момента внедрения). При обосновании гигиенических нормативов вредных веществ в экспериментах на различных видах лабораторных животных (белые мыши и крысы, кролики, морские свинки) определяется токсичность при различных путях воздействия (ингаляция, попадание в ЖКТ и на кожу), способность оказывать раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз, проникать через неповрежденные кожные покровы и вызывать развитие интоксикации, а также кумулировать (накапливаться) в организме. Оценивается способность вещества вызывать аллергические реакции при длительных аппликациях на кожу. При однократной и повторных ингаляционных воздействиях (длительность — до 4 месяцев при ежедневной экспозиции — 4 ч. устанавливаются минимально эффективные (пороговые) концентрации веществ 312 по общим и специфическим показателям вредного действия. С этой целью регистрируют функциональные, биохимические и морфологические изменения различных органов и систем с помощью комплекса адекватных методов. После внедрения вещества в производство (как правило, через 3-5 лет), проводится изучение условий труда и состояния здоровья рабочих, которые подвергаются его воздействию. Целью этих исследований является установление безопасности на основе экспериментальных исследований ПДК. В подавляющем большинстве случаев при соблюдении гигиенического норматива каких-либо изменений состояния здоровья рабочих не обнаруживают. Однако иногда приходилось проводить коррекцию величины ПДК на основании результатов клинико-гигиенических исследований. Так, ПДК хлористого винила была снижена с 30 до 5 мг/м 3 а ПДК кобальта и его неорганических соединений была уменьшена до 0,01 мг/м 3 На основании результатов токсикологических экспериментов решаются и другие вопросы обеспечения безопасных условий труда. Если вещество обладает раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз или способно проникать в организм через неповрежденные кожные покровы рекомендуется применять средства индивидуальной защиты (спецодежда). При высокой опасности вещества при ингаляции могут быть использованы изолирующие противогазы. На пылеопасных производствах часто применяют респираторы различной конструкции. В этой лекции были освещены некоторые вопросы токсикологии промышленных ядов — значительной группы химических веществ, с которыми контактирует человек. Если после знакомства с изложенным материалом читатель заинтересуется проблемами токсикологии в целом, автор сочтет свою задачу выполненной. 313 Таблица 4. Некоторые критерии вредности при установлении порогов действия химических соединений на организм Группы критериев Формулировка 1 2 Статистические Изменения достоверно (р<0,05) отличаются от контроля и выходят за пределы (>2 s ) физиологических колебаний показателя для данного вида животных и данного времени года. Достоверных (р<0,05) изменений по сравнению с контролем нет, однако наблюдаются скрытые нарушения равновесия с внешней средой (сужение возможности адаптации), выявляемые, в частности, при помощи функциональных и экстремальных нагрузок (реакции выходят за пределы ±2 s соответствующей нормы). Изменения достоверно (р<0,05) отличаются от контроля, находятся в пределах физиологической нормы, однако стойко сохраняются (в эксперименте на животных — более 1 месяца). Суммарное число достоверных изменений (р<0,05) разных показателей в измеряемом комплексе в течение длительного времени (например, хронический эксперимент) достоверно отличается от контроля, хотя все эти изменения находятся в пределах физиологических колебаний. 314 Продолжение табл. 4 1 2 Метаболические Снижение активности ферментных систем, сопровождающихся увеличением концентрации субстрата. Увеличение биологического действия яда при нагрузке на измененную ферментную систему избытком субстрата. Принцип "песочных часов" — изменение "ключевых" ферментов в метаболической системе. Компенсаторное увеличение активности ферментной системы, для которой яд является субстратом. Изменение соотношений активности ферментов одного метаболического цикла. Токсико- кинетические Относительное уменьшение выведения слабо метаболизируемого яда. Относительное уменьшение метаболизации веществ. Двухкратное превышение нормального выведения экзогенного вещества, являющегося в то же время физиологическим метаболитом. 315 варительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров. Противопоказаниями к приему на работу, связанную с воздействием пыли, являются все формы туберкулеза, хронические заболевания органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, глаз и кожи. Основная задача периодических осмотров — своевременное выявление ранних стадий заболевания и предупреждение развития пневмокониоза, определение профпригодности и проведение наиболее эффективных лечебно- профилактических мероприятий. Сроки проведения осмотров зависят от вида производства, профессии и содержания свободной двуокиси кремния в пыли. Осмотры терапевтом и отоларингологом проводятся 1 раз в 12 или 24 мес. в зависимости от вида пыли с обязательной рентгенографией грудной клетки и крупнокадровой флюорографией. Среди профилактических мероприятий, направленных на повышение реактивности организма и сопротивляемости пылевым поражениям легких, наибольшей эффективностью обладает УФ-облучение в фотариях, тормозящее склеротические процессы, щелочные ингаляции, способствующие санации верхних дыхательных путей, дыхательная гимнастика, улучшающая функцию внешнего дыхания, диета с добавлением метионина и витаминов. Показателями эффективности противопылевых мероприятий являются уменьшение запыленности, снижение уровня заболеваемости профессиональными заболеваниями легких. |