Практическая работа №2
«МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ»
1.Примеры изучения токсикологических показателей
1.1 Токсичность азокрасителей
Класс азокрасителей - один из важнейших, так как на их долю приходится около 50% общего объема красителей. Азокрасителями, в общем случае, называют соединения, содержащие азогруппу - N=N-. В зависимости от числа азогрупп выделяют моноазокрасители, дисазокрасители и полиазокрасители. Токсикологические характеристики одного из красителей этого типа “Красителя органического дисперсного полиэфирного Алого С” представлены ниже.
При изучении его токсикологических характеристик установлено [1]:
При внутрижелудочном способе введения его токсичность для белых крыс DL50 = 10 г/кг массы тела, а для мышей - 6,25 г/кг массы тела. При внутрибрюшинном введении токсичность значительно выше: DL50 =0,34 г/кг массы тела. У животных проявляется агрессивность, сменяющаяся заторможенностью, гиподинамией, отсутствием реакции на внешние раздражители.
После введения красителя белым мышам в дозе 5 г/кг веса выявляется повышенный уровень метгемоглобина и сульфогемоглобина, пониженный уровень общего гемоглобина и гемоглобина, связанного с кислородом (на 25,9% и 29,3%, соответственно).
В ходе исследований на лабораторных крысах и мышах показано, что краситель обладает способностью накапливаться в организме (обладает кумулятивным действием). 30-кратное введение красителя в желудок в дозе 1 г/кг веса приводило к 50% гибели животных. Коэффициент кумуляции, рассчитанный по методу Lim at. al. (см. Работу 1) Kcum = 8,7.
Изучение функции почек показало нарушение выделения мочевины и хлоридов, канальцевую протеинурию. Гистологические наблюдения выявили глубокие структурные дистрофические изменения в ткани печени.
При изучении способности к кожной резорбции установлено, что краситель не обладает заметным раздражающим действием, наблюдается окрашивание мочи и фекалий, сыворотки крови и подкожной жировой клетчатки в характерный для красителя цвет.
Аллергизирующий эффект выражен слабо.
С учетом полученных результатов было рекомендовано принять значение ПДК в воздухе рабочей зоны равным 0,5 мг/м3 (2 класс опасности) с пометкой “требуется специальная защита кожи и глаз”. При проведении профилактических медицинских осмотров необходимо исследовать показатели красной крови с учетом метгемоглобина, а также состояние печени и почек.
1.2 Токсичность нитросоединений
Азокрасители синтезируются по реакции азосочетания солей диазония с азосоставляющими самого различного строения (фенолы, нафтолы, ароматические амины и их производные). При этом следует учесть, что токсичность многих видов сырья и полупродуктов выше, чем у самих красителей.
Например, 2- нитро-4-бромфенол характеризуется следующими показателями [1]: 
при внутрижелудочковом введении самкам крыс DL50 =3,81+0,13 г/кг, самцам - 4,64 г/кг, белым мышам - 2,50 г/кг, морским свинкам - 2,80 г/кг.
Видовые и половые различия вы выявлены. После введения вещества животные проявляли повышенную агрессивность. Пороговая концентрация при затравке крыс в течение 4 часов (острое отравление) > 6 мг/м3 . Обнаружено нарушение функций печени и почек. Не выявлено раздражающее действие на слизистые оболочки, глаза и кожу, не выявлено сенсибилизирующее (аллергизирующее) действие. Наблюдается слабое кожно-резорбтивное действие.
Соединение обладает выраженной способностью к ку-муляции: Ксит по Lim at al. =1,4.
В концентрациях 1,0+0,12 мг/м3 и 0,11+0,03 мг/м3 обладает эмбриотоксическим действием - зарегистрировано тератогенное действие в форме снижения массы и длины тела крысят, снижения индекса выживаемости и лактации, изменения весовых соотношений внутренних органов. Пороговая концентрация по эмбриотоксическому действию принята равной 0,11 мг/м3.
Установлены пороговая и подпороговая концентрации восприятия запаха - и 0,045 мг/м3 и - 0,012 мг/м3 соответственно.
На основании изложенного было рекомендовано принять значения ОБУВ в воздухе рабочей зоны - 0,1 мг/м3. Для населенных пунктов устанавливаются показатели ПДКа. в. - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенной местности среднесуточная (в атмосферном воздухе) - 0,01 мг/м3 и такое же значение ПДКм. р. - максимально разовой концентрации вредного вещества в воздухе населенной местности - 0,01 мг/м3.
Рекомендованные меры профилактики - защита от попадания вещества в организм через ЖКТ, дыхательные пути и кожу. При проведении профилактических медицинских осмотров необходимо оценивать состояние центральной нервной системы.
1.3 Токсичность поверхностноактивных веществ
Еще один важный класс соединений, применяемый в промышленности, - поверхностно-активные вещества (ПАВ). После завершения технологических процессов до 90% ПАВ оказывается в сточных водах. Поэтому к ним предъявляются особые токсикологические требования.
В качестве ПАВ используются органические соединения самого разнообразного строения. Рассмотрим свойства ПАВ “натрий-синтаф” - производного жирных алифатических спиртов и фосфорной кислоты:
При изучении токсикологических характеристик установлено [1], что при внутрижелудочковом введении крысам DL50 =22,50+1,34 г/кг, мышам - 20,0+0,32 г/кг. В подостром опыте при введении доз 2250, 225 и 22,5 мг/кг гибели животных не наблюдалось.
Пороговая доза и максимальная недействующая доза установлены расчетным путем на уровне 22,5 и 2,25 мг/кг соответственно. Максимальная недействующая концентрация в воде - 45 мг/л.
Местным раздражающим и кожно-резорбтивным действием не обладает. Вещество обладает слабой кумуляцией.
Вещество обладает характерным неприятным запахом. Его пороговая концентрация в воде по влиянию на запах воды (на уровне 1-2 балла) составляет при комнатной температуре 0, 47-1,0 мг/л, а при нагревании до 60 °С - 0,27-0,45 мг/л.
Пороговая концентрация по влиянию на пенообразование равна 12 мг/л, по влиянию на процессы естественного самоочищения в водоемах - 0,1 мг/л (контроль процесса биологического потребления кислорода БПК). При концентрации 0,16 мг/л исчезает опалесценция раствора. При концентрации 0,1 мг/л не оказывает влияние на рост и развитие сапрофитной микрофлоры в водоемах.
На основании полученных результатов рекомендовано принять ПДК для воды в водоемах общехозяйственного и культурно-бытового назначения - 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности - общесанитарный (БПК), класс опасности – 4.
2. Оценка кумулятивных свойств по различным методикам
Для оценки вероятности развития хронических заболеваний у работников предприятий и жителей близлежащих населенных пунктов важно учитывать последствия регулярного действия малых доз. (Повторите материал из работы 1, раздел 4). В таблице 2.1 представлены примеры изучения кумуляции некоторых промышленно важных веществ. Необходимо отметить, что низкий коэффициент кумуляции означает низкую скорость выведения вещества из организма, то есть высокую степень депонирования и высокую опасность.
Сравнительная таблица коэффициентов кумуляции и их доверительных границ на пороговом уровне (Dmin50) при трех разных режимах затравок и на смертельном уровне.
Из представленных в таблице данных можно сделать предварительный вывод о меньшей вероятности привыкания к анилину по сравнению с четыреххлористым углеродом или аллилцианидом. Предварительных характер выводов связан с широким доверительным интервалом оценки коэффициента кумуляции и относительно малыми изменениями последнего при сопоставлении 2-го и 3-го варианта затравок. Обращает на себя внимание, что для всех веществ коэффициенты кумуляции на уровне смертельных доз (4-й и 5-й режимы) выше, чем на уровне пороговых. Это подчеркивает важность учета на фоне физической кумуляции вещества кумуляции функциональной, то есть физиологических изменений в организме под действием яда.
3. Пример решения типовой задачи [5]
Задача. Дать токсикологическую характеристику винилацетата Н3ССООСН=СН2. Винилацетат применяется для получения поливинилацетата, сополимеров, например, со стиролом, этиленом, винилхлоридом, виниловыми эфирами, использующихся в производстве химических волокон для текстильных материалов.
Известно:
1) физико-химические константы (молекулярная масса М=86; плотность d=0,93; температура кипения tкип=74 °С; упругость пара Р=100 мм рт. ст.; растворимость в воде S=25 г/л; коэффициент распределения масло/вода К=2,5*102),
2) результаты экспериментального определения CL50 (изучалось действие винилацетата при 2-часовой ингаляции в концентрациях 5, 10, 15, 20, 25 и 30 мг/л. Действие каждой концентрации было изучено на 6 белых мышах. В результате воздействия указанных концентраций соответственно погибли 3,4, 5,6,6 и 6 животных),
3) результаты экспериментального определения минимальной концентрации, изменяющей протекание сгибательного рефлекса у кролика при однократном воздействии (Limac = 0,25 мг/л),
4) результаты экспериментального определения концентрации, изменяющей условнорефлекторную деятельность крыс при ежедневной 4-часовой ингаляции в течение 4 мес. Limch =0,05 мг/л (50 мг/м3).
ПДКс. с. винилацетата в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3.
Решение.
1) Летучесть винилацетата равна: C20 = PЧM/18,3 = 100Ч86/18,3 = 470 мг/л, что отражает высокую способность к испарению. Максимальная концентрация при температуре 20°С в производственных условиях может составить 470 мг/л.
Для характеристики условий проникновения вещества в организм определяем его коэффициент растворимости:
Относительно низкое значение коэффициента л свидетельствует о том, что пары винилацетата быстро насыщают кровь до концентраций, максимально возможных при данном содержании вещества в воздухе. При значительном периодическом загрязнении воздуха винилацетатом быстрое насыщение крови обусловливает возможность развития острых отравлений.
Коэффициент распределения масло/вода (К=2,5Ч102) показывает, что винилацетат обладает способностью растворяться в жирах и липоидах, вследствие чего проходит через неповрежденную кожу и слизистые оболочки.
2) Винилацетат представляет собой виниловый эфир уксусной кислоты. Наличие двойных связей позволяет предполагать раздражающее действие на кожу, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Последнее подтверждается картиной острого отравления. По ходу опыта отмечено сильное раздражающее и наркотическое (боковое положение животных) действие вещества.
Величину CL50 рассчитываем по результатам острого опыта, используя метод Першина, для чего составляем специальную таблицу (Таблица 2.2).
Таблица для расчета CL50 по формуле Першина.
3) Определяем коэффициент возможности ингаляционного отравления и зону острого действия: КВИО = C20 / CL50 = 470/6,2 = 76;
Zac = CL50/Limac = 6,2/0,25 = 25.
4) Определяем зону хронического действия:
Zch= Limac/Limch= 0,25/0,05 = 5.
5) Установленное значение ПДКс. с. винилацетата (10 мг/м3) находится в пределах нормативов для веществ 3-го класса.
Выводы.
По величинам средней смертельной концентрации, зоны острого и действия и ПДК винилацетат относится к 3-му классу умеренно опасных соединений. Более того, значение ПДК лежит на границе 3-го и 4-го классов опасности. Величина КВИО и показатель зоны хронического действия лежат в пределах регламентов для веществ, относящихся ко 2-му классу опасности (см. таблицу 1.2). Однако величины этих показателей приближаются к значениям для веществ 3-го класса.
Таким образом, определение токсикометрических параметров позволяет отнести винилацетат по степени воздействия на организм к 3-му классу опасности и охарактеризовать его как соединение умеренно опасное в отношении возможности развития как острых, так и хронических интоксикаций.
4. Контрольные вопросы и задания
Почему при работе с рассмотренным азокрасителем требуется защита кожи и глаз? Почему при рассмотрении токсичности поверхностно-активных соединений предъявляются особые требования? Почему при изучении хронической токсичности следует учитывать возможность функциональной кумуляции? Как можно оценить вероятность привыкания к токсичному веществу? Состояние какой системы организма следует принимать во внимание при профилактическом медицинском осмотре лиц, работающих с 2-нитро-4-бромфенолом? Какой вывод можно сделать из факта низкого значения коэффициента растворимости вода/воздух для винилацетата? На что указывает наличие двойной связи в молекуле соединения? Какой показатель рассчитывается по формуле Першина?