Токсическое действие различных веществ является результатом взаимодействия организма, яда и окружающей среды. Оно зависит от следующих факторов:
1. Видовые различия в чувствительности человека и животных к ядам обусловлены сходством или различиями в течении обменных процессов, степенью сложности, дифференцированности нервной системы и механизмов регуляции физиологических функций, продолжительностью жизни, массой тела, величиной и особенностями строения кожных покровов и рядом других причин. Знание видовых различий важно потому, что при исследовании действия ядов на человека и разработке гигиенических нормативов, как правило, проводятся эксперименты на животных. Перенос (экстраполяция) экспериментальных данных с определенного вида животных на человека возможен лишь тогда, когда известно, что имеется общность в превращениях (метаболизме) яда в организме данного вида животныхи человека и что при выборе длительности эксперимента была учтена продолжительность жизни вида животных и длительность жизни человека, его трудового стажа и т.п.
2. Влияние пола на направленность и выраженность токсического действия может проявиться в отношении как специфических признаков поражения (влияние на гонады мужчин или женщин, на беременность, эмбриотропное действие и т.п.), так и общего действия. Отмечается большая чувствительность женского организма к действию некоторых органических ядов, например бензола. Некоторые яды, например соединения бора, обладают избирательно выраженной токсичностью в отношении гонад мужского организма.
3. Влияние возраста. Организм подростков в 2-3 раза (до 10 раз в отношении некоторых веществ) более чувствителен к ядам, чем взрослых.
4. Индивидуальная чувствительность к ядам выражена довольно значительно, что зависит от особенностей течения биохимических процессов у разных лиц (так называемая биохимическая индивидуальность), а также функциональной активности разных физиологических систем. Индивидуальная чувствительность к ядам определяется и состоянием здоровья. Например, лица с заболеваниями крови более чувствительны к действию кроветворных ядов, с нарушениями со стороны нервной системы – к действию нейротропных ядов, с заболеваниями легких – к действию раздражающих веществ и пылей и т.п. Учитывая это, лица с определенными заболеваниями не допускаются к работе в контакте с ядами, которые могут обострить течение болезни, или, наоборот, эти заболевания могут вести к более быстрому и тяжелому течению интоксикации.
На чувствительность организма к ядам оказывает влияние и характер труда. Например, при тяжелой физической работе усиливаются процессы дыхания и кровообращения, что ведет к ускоренному поступлению ядов в организм.
5. Химическая структура и физические свойства ядов. Всеобщих закономерностей зависимости токсичности от структуры соединений не существует, однако некоторые правила для определенных классов веществ установлены.
Возрастание токсичности наблюдается в гомологическом ряду углеводородов. Это применимо к веществам алифатического ряда, спиртам (кроме метилового), но оно не подтверждается в ряду ароматических соединений. В качестве примеров можно указать, что легкие бензины менее токсичны, чем тяжелые, бутиловый, амиловый и другие высшие спирты токсичнее этилового и пропилового.
Токсичность органических соединений возрастает с увеличением числа ненасыщенных связей, например от этана (СН3 - СН3) к этилену (СН2 = СН2) и ацетилену (СН º СН).
Токсичность снижается с увеличением разветвленности цепи. Это наблюдается среди углеводородов, являющихся изомерами, но имеющих различия в структуре (например, изогептан менее ядовит, чем гептан).
Изменение характера действия, а часто и возрастание токсичности отмечаются при введении в молекулу атома галоидов (хлор, фтор), метильных, амино- (NH2) и нитрогрупп (NO).
Из физических свойств ядов на токсичность их влияют растворимость, летучесть, агрегатное состояние.
На роль растворимости в воде указывалось выше.
Показателем растворимости вещества в жирах и липоидах является коэффициент распределения масло/вода. Физико-химическая сущность для этого показателя аналогична коэффициенту l и имеет следующее выражение:
К = конц. в масле / конц. в воде.
Растворимость влияет не только на скорость проникания веществ, но и на характер действия. Так, установлено, что чем больше растворимость вещества в липоидах, тем ярче выражено его нейротропное, в частности наркотическое, действие: чем выше коэффициент распределения масло/вода, т.е. отношение растворимости в липоидах к растворимости в воде, тем больше связывается яд не с кровью, а с тканями, богатыми липоидами (нервной тканью).
На опасность отравления ядом влияет такое физическое его свойство, как летучесть. Летучесть – максимально достижимая концентрация вещества в воздухе при данной температуре (мг/л, мг/куб.м).Чем она выше, тем большие концентрации вещества могут быть в воздухе, тем оно опаснее.
Агрегатное состояние ядов влияет на характер вредного действия и скорость его проявления. Известно, что металлическая ртуть в виде жидкости не токсична, но очень опасна в виде паров. Скорость развития интоксикации при вдыхании ядовитых аэрозолей возрастает с ростом дисперсности, так как увеличение раздробленности вещества резко увеличивает и его удельную поверхность, что ускоряет растворение и всасывание яда в органах дыхания и крови.
6. Концентрация и продолжительность действия яда. Токсический эффект в значительной мере определяется количеством поступившего в организм яда. Для некоторых веществ имеет значение время воздействия. Определенную роль играет непрерывность или прерывистость действия яда.
При поступлении яда в желудочно-кишечный тракт (а в эксперименте также внутривенно, внутрибрюшинно, внутримышечно, подкожно) количество вещества в организме, т.е. введенную дозу, принято рассчитывать на единицу массы тела (1 г, 1 кг). При поступлении токсических веществ через органы дыхания уровень содержания определяется концентрацией яда в воздухе в мг/куб.м.
Для оценки опасности химических веществ применяются следующие показатели:
а) Средняя смертельная доза при введении в желудок – это доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном введении в желудок – DL50.
Средняя смертельная концентрация в воздухе – это концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животныхпри 2-4 часовом ингаляционном воздействии – СL50.
б) Порог острого действия – пороговая концентрация или минимально действующая, которая при однократном воздействии вызывает статистически достоверные изменения интегральных показателей животного организма (например, изменения показателей рефлекторной деятельности) - LIMac.
в) Порог хронического действия – минимальная (пороговая) концентрация, вызывающая вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении 4 месяцев – LIMсh.
г) Зона острого действия (Sac) – характеризует потенциальную опасность возникновения острых отравлений и является отношением среднесмертельной концентрации к порогу острого действия:
Sac = CL50/ LIMac,
где CL50- среднесмертельная концентрация; LIMac – порог острого действия.
Чем меньше зона острого действия, тем опаснее вещество, так как даже небольшое повышение концентрации, начиная от пороговой, уже может вызывать крайние формы влияния на организм, т.е. смерть.
д) Зона хронического действия – отношение порога острого действия к порогу хронического действия:
Sch = LIMac / LIMch,
где LIMac – порог острого действия; LIMch – порог хронического действия.
Интервал между LIMас и LIMch удовлетворено характеризует опасность возникновения хронического отравления. Если этот интервал велик, т.е. LIMch слишком мала по сравнению с LIMас, то в животном организме создаются хорошие условия для суммирования эффекта малых концентраций и, следовательно, для развития интоксикации. Иными словами, чем шире зона хронического действия, тем опаснее испытуемое вещество, так как кумулятивные свойства, выражающиеся в накоплении эффекта в хроническом эксперименте, будут выражены сильнее.
Опасность яда – возможность возникновения интоксикации в естественных условиях на производстве зависит не только от токсичности вещества (например, устанавливаемой по величинам DL50 или CL50), но и других его свойств, прежде всего летучести. Малотоксичное, но высоколетучее вещество в условиях производства может оказаться гораздо опаснее, чем высокотоксичное, но малолетучее.
В настоящее время опасность химических веществ часто оценивают по величине КВИО – «коэффициента возможности ингаляционного отравления», который равен отношению C20/ CL50, где С20- максимально достижимая концентрация вещества при 20 градусах Цельсия, СL50- среднесмертельная концентрация для животных (белых мышей) при двухчасовом воздействии (120 мин). Таким образом, КВИО объединяет два важнейших показателя опасности острого отравления: летучесть вещества и дозу, вызывающую наибольший биологический эффект, т.е. гибель организма.
Токсический эффект зависит не только от дозы и концентрации вещества: имеют значение также время (продолжительность) и периодичность воздействия ядов. В отношении многих веществ, поступающих в организм через дыхательные пути, установлено, что сила токсического действия (W) находится в прямой зависимости от концентрации (с) и времени (t) воздействия, т.е. W=c × t. Эта закономерность в большинстве случаев отражает зависимость эффекта от дозы, так как чем больше концентрация яда в воздухе и продолжительнее время действия, тем больше вещества поступает в организм.
7. Комбинированное действие ядов, влияние физических факторов среды. Изолированное действие ядов на производстве, особенно в химической промышленности, встречается редко; обычно работающие подвергаются одновременному воздействию нескольких веществ, т.е. имеет место комбинированное действие ядов.
Различают несколько видов комбинированного (совместного) действия ядов:
1) Однородное действие – компоненты смеси действуют на одни и те же системы в организме, при количественно одинаковой замене их друг другом токсичность смеси не изменяется. В этих случаях говорят о простой аддитивности (от addition – сложение, дополнение) или простом суммировании: суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов.
2) Независимое действие – компоненты смеси действуют на разные системы, токсические эффекты не связаны друг с другом и в случае их возникновения (например, гибели), они являются результатом воздействия одного или другого компонента, а не развития комбинационного эффекта.
3) Положительный синергизм, или потенцирование (от potent – сильнодействующий), и отрицательный синергизм ( депотенцирование, антагонизм) – комбинированное действие смеси веществ, которое по своему эффекту в первом случае больше, а во втором – меньше, чем сумма действий отдельных веществ смеси.
Токсический эффект, как отмечалось выше, является результатом взаимодействия яда, организма и условий внешней среды: температуры и влажности воздуха, барометрического давления, ультрафиолетовой радиации, шума и др.
Токсичность ядов в определенном температурном диапазоне является наименьшей, усиливаясь как при повышении, так и при понижении температуры воздуха. Главной причиной этого является изменение функционального состояния организма: нарушение терморегуляции, потеря воды при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение многих биохимических процессов. Учащение дыхания и усиление кровообращения ведут к увеличению поступления ядов в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. В этом же направлении влияет усиленное потоотделение.
Влажность воздуха может увеличивать опасность отравлений, в особенности раздражающими газами. Причина, по-видимому, в усилении процессов гидролиза, повышении задержки ядов на поверхности слизистых оболочек, изменении агрегатного состояния ядов.
Изменение барометрического давления также влияет на токсический эффект. При повышении давления возрастание токсического действия происходит вследствие двух причин: во-первых, усиленного поступления яда вследствие роста парциального давления газов и паров в альвеолярном воздухе и ускоренного перехода их в кровь, во-вторых, изменения многих физиологических функций, в первую очередь дыхания, кровообращения, состояния центральной нервной системы и анализаторов. При понижении барометрического давления первая причина отсутствует, но усиливается влияние второй.
В производственных условиях встречается сочетание действия ядов и ультрафиолетовых лучей (транспортные рабочие, регулировщики, грузчики и др.). Ультрафиолетовые лучи влияют на процессы взаимодействия газов в смесях, например, способствуя образованию смога из выхлопных газов автомашин.
Имеются данные об усилении действия ядов при одновременном влиянии на организм шума и вибрации. Причиной этого, по-видимому, является изменение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.
4.4. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны
Предельнодопустимыеконцентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны – - концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течении 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Предельно допустимые концентрации токсических веществ используются на практике для оценки санитарной обстановки на производстве, эффективности оздоровительных мероприятий, например вентиляции, а также при проектировании новых цехов и пр.
При обосновании ПДК производственных ядов исходят из:
а) учета физико-химических свойств вещества;
б) результатов экспериментальных исследований;
в) данных гигиенических наблюдений на производстве, материалов о состоянии здоровья и заболеваемости рабочих.
Исходной величиной для установления ПДК является порог хронического действия (LIMch).
Предельно допустимая концентрация устанавливается на уровне в 2-3 раза и более низком, чем LIMch. Этот коэффициент снижения называется «коэффициентом запаса» («индекс безопасности», «коэффициент прочности»).
Это можно выразить в виде формулы:
ПДК = LIMch / K,
где К – коэффициент запаса.
Величина К тем больше, чем уже зона острого токсического действия, выраженнее кумулятивные свойства, шире зона хронического токсического действия. При обосновании коэффициента запаса учитываются КВИО, возможность кожно-резорбтивного действия: чем они значительнее тем больше избираемый коэффициент запаса.