Принятые сокращения
CL50 – средняя смертельная концентрация.
DL50 – средняя смертельная доза.
Кcum – коэффициент кумуляции.
Zac – зона острого действия
Zch – зона хронического действия.
ЖКТ – желудочно–кишечный тракт.
КВИО – коэффициент возможности ингаляционного отравления
ПДКр. з. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (максимально разовая)
ПДКс. с. – средняя суточная допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны.
ПДКа. в. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенной местности.
ПДКм. р. – максимальная разовая допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенной местности.
ПДКв – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воде водных объектов хозяйственно–питьевого и культурно–бытового водопользования.
Dmin50 – пороговая доза (вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов).
Практическая работа №1
«ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТОКСИКОЛОГИИ»
1. Общие сведения
Контакт человека с промышленными ядами в условиях производства может приводить к возникновению профессиональных отравлений, а, в общем случае, вызывать самые разнообразные заболевания. Ниже представлены примеры наиболее распространенных токсических веществ.
Анилин – производство красителей, красильные предприятия.
Бензол – синтез пластмасс, производство красок, лаков.
Бериллий – производство керамики, производство радиоламп, порошковая металлургия, производство люминофоров.
Кадмий – производство щелочных аккумуляторов, изготовление кадмиевых ламп.
Марганец – производство стекол, электросварка.
Мышьяк – производство инсектицидов, в фармацевтической промышленности, в электронике.
Нитрогазы – производство удобрений, взрывные работы, испытание высоковольтной аппаратуры.
Ртуть – производство пестицидов, производство взрывчатых веществ, в термометрах, манометрах, рентгеновских трубках, электролампах, амальгамы в стоматологии.
Свинец – производство свинцовых красок, производство аккумуляторов, полиграфическое производство.
Сернистый газ – производство серной кислоты, процесс отбеливания в текстильной промышленности, дезинфекция фруктов.
Сероводород – процесс осаждения металлов из растворов в текстильной и кожевенной промышленности.
Угарный газ (оксид углерода) – процесс неполного сгорания материалов, содержащих углерод.
Фтор – производство суперфосфата, синтез полимеров.
Следует различать понятия «отравление острое» и «отравление хроническое». Острое отравление наблюдается редко, возникает внезапно, в основном, при аварийных ситуациях с выделением или выбросом значительного количества вредных веществ. Хроническое отравление возникает медленно при длительной работе в условиях воздействия относительно невысоких концентраций вредных веществ. Хронические отравления возникают при действии ядов, обладающих свойством вызывать материальную или функциональную кумуляцию в организме.
Задачами промышленной токсикологии являются всесторонняя токсикологическая характеристика промышленных ядов в условиях острого и хронического воздействия и обоснование предельно допустимых концентраций (ПДК) токсических веществ.
В основе установления последних лежит представление о пороговости действия токсических веществ.
Во многих случаях токсические эффекты наступают, если достигается определенная интенсивность воздействия – порог острого или хронического действия. Пороговость действия позволяет устанавливать предельно допустимые концентрации токсических веществ для различных объектов окружающей среды и в том числе для воздуха рабочей зоны промышленных предприятий.
Наличие этого норматива, в свою очередь, позволяет ограничивать загрязнение воздуха промышленными предприятиями, что является важной мерой профилактики острых и хронических отравлений.
В соответствии со стандартами по гигиене труда ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 12.1.007 и ГОСТ 12.4.034 действует следующее определение ПДК: «концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 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».
Схема исследования химических веществ, внедряемых в производство, включает следующие основные этапы:
1. Получение информации о физико–химических свойствах и условиях применения изучаемого вещества.
¯
2. Оценка токсичности в условиях острого воздействия (определение средних смертельных доз и концентраций, порога острого действия, коэффициента кумуляции, изучение местного и кожно-резорбтивного действия). Эти данные позволяют составить представление об опасности острых отравлении при воздействии данного яда.
¯
3. Изучение воздействия яда в условиях хронического эксперимента, позволяющее определить пороговые концентрации при длительной экспозиции.
Основные токсикологические показатели устанавливаются на основе пороговых концентраций, определяемых на лабораторных животных в острых и хронических экспериментах. Затравка животных проводится в специальных затравочных камерах. Задачей хронического эксперимента является выявление пороговых (минимально действующих) и недействующих концентраций при длительной экспозиции в течение 4 мес. при ежедневном 4–часовом воздействии токсического вещества. Как правило, опыты проводятся на белых крысах, а при выраженных различиях видовой чувствительности и на более чувствительном виде животных.
Для оценки токсического действия применяются следующие показатели:
1. Интегральные показатели, отражающие общее состояние организма: оценка функционального состояния центральной нервной системы (метод условных рефлексов, электроэнцефалография, хронаксиметрия, способность к суммации подпороговых импульсов), изучение работоспособности, функции внешнего дыхания и др.
2. Показатели, выявляющие функциональное отдельных органов и систем, например, показатели функционального состояния печени (определение белков сыворотки крови, осадочные пробы, проба Квика, исследование углеводного обмена и др.).
3. Изучение состояния биохимических систем (определение активности различных ферментов).
4. Морфологические методы (патогистологическое и гистохимическое исследование органов и тканей, определение весовых коэффициентов органов, определение картины крови).
2.Ориентировочная оценка токсичности веществ по некоторым химическим и физико–химическим свойствам
Биологическое действие веществ зависит от их химического строения и физико–химических свойств. Наличие связи между химическим строением вещества и его токсикологическим действием важно для промышленной токсикологии, так как, зная химическую структуру вещества, воз-можно в некоторой степени предвидеть характер его токсического действия. В связи с этим для оценки новых соединений используют сведения о токсичности веществ, сходных по химическому строению и физико–химическим свойствам.
Характеристику вещества начинают с получения сведений о его структурной формуле, физических и физико–химических свойствах (молекулярная масса, температура кипения, упругость пара, растворимость в воде и др.). Из физико–химических свойств в первую очередь принимают во внимание абсолютную летучесть, коэффициенты распределения вода/воздух и масло/вода.
Абсолютная летучесть – максимально достижимая концентрация вещества в воздухе при данной температуре. Абсолютная летучесть при температуре 20°С определяется по формуле:
Вещества, имеющие высокую летучесть, легко испаряются и создают в воздухе рабочих помещений большие концентрации токсических веществ. Поэтому при возможности выбора предпочтение отдается менее летучим веществам. Для суждения о непосредственной опасности возникающих концентрации для развития острых отравлений сопоставляют летучесть с величиной средних смертельных концентраций.
Для суждения о накоплении в организме паров и газов, поступающих в кровь через легкие на основе закона диффузии (так называемых нереагирующих паров и газов), в промышленной токсикологии используется коэффициент распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воздух. Коэффициент распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воздух. без большой погрешности может быть заменен коэффициентом растворимости вода/воздух l и вычислен по формуле:
Вещества, хорошо растворяющиеся в воде, имеют большие значения коэффициента l. Эти вещества легко диффундируют из альвеолярного воздуха в кровь, но скорость насыщения артериальной крови до концентраций, максимально возможных при данном содержании вещества в воздухе, для них незначительна. Наоборот, вещества, имеющие малое значение коэффициента l, быстро насыщают артериальную кровь и опасны в отношении развития острых отравлений.
Показателем растворимости веществ в жирах и липоидах служит коэффициент распределения масло/вода (Овертон– Мейера).
Неэлектролиты, имеющие высокие значения этого коэффициента (10…105 и более), проникают через неповрежденную кожу и слизистые оболочки, легко проходят через клеточные мембраны, быстро проникают в клетки и быстро из них выводятся. Их распределение в организме определяется условиями кровоснабжения органов и тканей. Особенно быстро насыщается мозг, содержащий много липидов и имеющий развитую систему кровоснабжения
3. Оценка токсичности веществ в условиях острого воздействия
Оценка токсичности в условиях острого воздействия проводится путем определения следующих показателей:
1. средние смертельные дозы и концентрации;
2. коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО);
3. порог и зона острого действия;
4. раздражающее, местное и кожно–резорбтивное действие.
1. Средние смертельные дозы и концентрации
DL 50 – средняя смертельная доза при введении в желудок – доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном введении в желудок.
CL 50 – средняя смертельная концентрация – концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при 2–4–часовом ингаляционном воздействии (2 ч – мыши, 4 ч – крысы).
Определение средних смертельных концентраций целесообразно производить не менее чем на двух видах лабораторных животных. Обычно используются белые мыши (масса 18–24 г) и крысы (масса 180–240 г). Картина отравления регистрируется в течение 2 недель. После двухнедельного срока наблюдения отмечают количество погибших животных.
Определение DL 50
Каждая испытуемая доза вводится 6 белым мышам в чистом виде, в водном растворе или в 0,2 мл рафинированного подсолнечного масла. За 3 ч до опыта мышей лишают корма и вновь дают его через 3 ч после отравления.
Определение CL 50
Затравка производится однократно в камерах при динамической подаче вредного вещества. Каждая концентрация испытывается не менее чем на 6 животных. Во время затравки регистрируют проявления раздражающего действия, потерю рефлексов на звуки, наступление бокового положения, судороги, наркоз.
Расчет средней смертельной концентрации и дозы может производиться по методу Першина, позволяющему вы-числить CL 50 или DL 50 при разном числе животных в группах и разных интервалах между выбранными дозами:
При расчете по формуле Першина составляется специальная таблица, облегчающая проведение расчетов (см. работу 2).
2. Коэффициент вероятности ингаляционного отравления (КВИО)
КВИО – коэффициент вероятности ингаляционного отравления – отношение максимально допустимой концентрации вредного вещества в воздухе при температуре 20оС к средней смертельной концентрации для мышей: КВИО =
Вещества, имеющие большое значение КВИО, опасны в отношении развития ингаляционных отравлений.
3. Порог и зона острого действия Минимальная разовая концентрация, вызывающая изменения биологических показателей на уровне целостного организма при однократном поступлении вещества в организм, называется порогом острого действия (Lim ac , мг/м3). Пороговая доза, вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов, обозначается Dmin50 (мг/г массы тела).
Lim ac и зона острого действия (Zac) характеризуют опасность вещества и вероятность острого отравления. При определении порога острого действия используют не менее двух видов животных. Время воздействия для мышей составляет 2 ч, для крыс – 4ч.
Zac – зона острого действия – отношение средней смертельной концентрации к порогу острого действия:
Z ac = CL 50 / Limac,
где CL 50 – средняя смертельная концентрация, мг/м3.
Узость зоны острого действия указывает на высокую вероятность острых отравлений, и, наоборот, чем шире зона острого действия, тем сильнее выражены компенсаторные реакции при действии данного яда (обнаружение и реагирование) и тем ниже потенциальная возможность острых отравлений.
4. Раздражающее, местное и кожно–резорбтивное действие
Раздражающее действие оценивается по изменению частоты дыхания у кроликов, изменениям в дыхательной системе у крыс, по появлению слюнотечения у кошек и субъективным ощущениям у человека.
Исследование местного действия может производиться путем внесения изучаемого вещества в конъюнктивальный мешок глаза кролика с последующей регистрацией гиперемии, отечности, инъекции сосудов склеры и роговицы, её прозрачности и т. п.
Кожно–резорбтивное действие изучают путем аппликаций вещества на выстриженные участки кожи живота крыс или кроликов. Место аппликации яда закрывают колпачком. Наблюдения за животными продолжают 2 недели. Для веществ, вызывающих гибель животных, определяют среднюю смертельную концентрацию при нанесении на кожу. Для экспресс–оценки местного и кожно–резорбтивного действия применяют метод аппликаций яда на кожу хвостов мышей. При изучении кожно–резорбтивного действия на лабораторных животных исследуют состояние кожных покровов, определяют количество вещества в крови, моче и фекалиях, накопление вещества в подкожной жировой клетчатке.
4. Оценка кумулятивного действия
Количественная оценка кумуляции производится на уровне действия смертельных доз путем определения коэффициента кумуляции (Кcum).
Коэффициент кумуляции – отношение суммарной средней смертельной дозы DL50, полученной в опыте с повторным введением вещества, к таковой же при однократном введении DL50.
Чем ниже коэффициент кумуляции, тем меньше вещество выводится из организма, тем больше оно депонируется и тем оно опаснее.
Иногда для наглядности используют обратную величину – степень кумуляции 
Чем степень кумуляции выше, тем опаснее вещество.
Методики изучения кумуляции:
При оценке не смертельных, а эффективных доз, если они могут быть учтены альтернативно (есть эффект – нет эффекта), для оценки кумулятивных свойств на пороговом уровне пригодны оба изложенных метода. Однако по второму методу («субхронической токсичности» Lim R. K. at al. [3]) выявляется как кумуляция, так и привыкание, то есть выяв-ляется адаптивная возможность организма к данному виду яда. Поэтому величина Кcum, найденная по второму методу, может быть выше, чем по первому.
Для качественной оценки величины Кcum можно пользоваться шкалой и соавт. в модификации [4].
Шкала для оценки кумулятивного действия
Коэффициент кумуляции | Оценка действия |
<1 | Сверхкумуляция |
1–2,2 | Выраженная кумуляция |
2,2–5 | Средняя кумуляция |
>5 | Слабая кумуляция |
Вещества с выраженным кумулятивным эффектом более опасны в отношении развития хронических отравлений, чем отравлений острых.
5. Оценка токсичности веществ в условиях хронического воздействия
О степени потенциальной опасности возникновения хронических интоксикаций судят по зоне хронического действия (Zch).
Зона хронического действия – отношение пороговых концентраций при остром и хроническом воздействиях: Z ch = Lim ac / Lim ch, где Limac – пороговая концентрация по интегральному показателю при однократном воздействии, мг/м3, Limch – пороговая концентрация по интегральному или специфическому показателю при хроническом воздействии, мг/м3.
Если зона хронического действия широка (интервал между Limac и Limch велик), то хронические интоксикации развиваются часто. Широкая зона хронического действия свидетельствует, с одной стороны, о выраженности кумулятивных свойств яда, с другой стороны, является показателем развития компенсаторных реакций организма при воздействии на пороговом уровне.
6. Гигиеническое нормирование веществ
Гигиеническое нормирование новых химических веществ, внедряемых в производство, производится в несколько этапов. Первоначально устанавливают временные ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Этот показатель рассчитывают по физико–химическим константам, показателям острой токсичности или путем интерполяций и экстраполяций в рядах соединений, близких по строению и свойствам. В дальнейшем на основе всестороннего токсикологического изучения вещества ОБУВ заменяют предельно допустимыми концентрациями (ПДК), которые, в свою очередь, корректируются путем сравнительного изучения условий труда на производстве и состояния здоровья работающих.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) устанавливаются с учетом коэффициента запаса. Коэффициент запаса берется большим для веществ с высокой токсичностью (малые средние смертельные концентрации), высокой летучестью, при узких зонах острого действия, при выраженных кумулятивных и аллергизирующих свойствах и резком кожно–резорбтивном действии. В настоящее время для воздуха рабочей зоны промышленных предприятий определены предельно допустимые концентрации более чем для 646 веществ.
Основные токсикометрические показатели используются, чтобы охарактеризовать опасность вредных веществ, используемых в промышленности. По степени воздействия на организм вредные вещества делятся на четыре класса опасности:
1–й – вещества чрезвычайно опасные;
2–й – высокоопасные;
3–й –умеренно опасные;
4–й – малоопасные.
Класс опасности изучаемого вещества устанавливается по тому показателю, где выявлена максимальная опасность.
Перечень используемых с этой целью токсикометрических показателей представлен в таблице 1.1.
Установление классов опасности по различным показателям (извлечение из ГОСТ 12.1.007) с дополнениями [1]
7. Контрольные вопросы и задания
1.Охарактеризуйте задачи промышленной токсикологии. Приведите примеры веществ, встречающихся на предприятиях текстильной промышленности.
2. В чем отличие острого отравления от отравления хронического?
3.Дайте определение абсолютной летучести.
4.Дайте определение коэффициента распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воздух.
5.Какой показатель характеризует вероятность проникновения вещества через кожу?
6.Какие показатели токсичности используются для оценки вероятности острого отравления?
7.Дайте определение средней смертельной дозы при введении в желудок.
8.Дайте определение средней смертельной концентрации.
9.Дайте определение коэффициента вероятности ингаляционного отравления.
10.Как оценивают раздражающее действие?
11.Какие показатели токсичности используются для оценки вероятности хронического отравления?
12.Дайте определение порога и зоны острого действия.
13.Дайте определение зоны хронического действия.
14.Дайте определение коэффициента кумуляции. Какие вещества более опасны – с низким или высоким коэффициентом кумуляции?
15.Как оцениваются адаптивные и компенсаторные возможности организма?
16.Какие этапы изучения токсичности необходимо пройти при постановке на производство новых веществ или препаратов?
17.Дайте определение ПДК. Перечислите критерии при выборе коэффициента запаса.
18.На какие классы опасности делят вредные вещества по степени их воздействия на организм человека?
Рекомендуемая литература:
Проработайте материал в учебном пособии с. 84– 86:
1. Кудров физиологии и токсикологии. Учебное пособие. Изд-во МГТУ им. , 2002 г., с. 212.
