Промышленные яды, общая характеристика
В народном хозяйстве страны используются разнообразные по строению и физико-химическим свойствам химические вещества. Они относятся к неорганическим, органическим и элементоорганическим соединениям. Из неорганических соединений наиболее распространенными являются металлы (ртуть, свинец, олово, кадмий, хром, никель, медь, цинк, марганец, ванадий, алюминий, бериллий и др.) и их соединения, галогены (фтор, хлор, бром, йод), сера и ее соединения (сероуглерод, сернистый ангидрид), соединения азота (аммиак, гидразин, азид натрия, окислы азота, азотная кислота и ее соли), фосфор и его соединения, мышьяк, углерод и его соединения, окись углерода, двуокись углерода, цианистый водород, бор и его соединения (борный ангидрид, хлористый и фтористый бор) и др.
Органические соединения, имеющие промышленное значение, также весьма разнообразны и относятся к различным классам и группам веществ. Наиболее часто воздушная среда производственных помещений загрязняется алифатическими и ароматическими углеводородами - метаном, пропаном, этиленом, пропиленом, бензолом, толуолом, ксилолом, стиролом, их галогенопроизводными - четыреххлористым углеродом, хлорбензолом, хлорированными нафталинами и т. д. Спирты и фенолы - метиловый и этиловый спирт, этиленгликоль, хлорфенолы, крезолы, а также простые и сложные эфиры, альдегиды и кетоны (формальдегид, бензальдегид, диметилсульфат, метилацетат и др.) также широко производятся и используются в народном хозяйстве. Весьма значительна группа нитро- и аминосоединений жирного и ароматического рядов - нитрометан, метиламин, этиламин, диэтиламин, нитробензол, нитрохлорбензол, нитротолуолы, нитрофенолы, анилин, хлоранилины и др. Этим далеко не исчерпывается перечень промышленных органических соединений. Действие различных промышленных ядов зависит от химической структуры их молекул, что в свою очередь определяет физико-химические свойства веществ и их агрегатное состояние.
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, парообразные вещества, пыли, туманы, дымы, жидкости и т. д.) и от характера технологического процесса.
Токсическое действие веществ, их судьба в организме зависят от их химической активности, так как биологическое действие является результатом химического взаимодействия между данным веществом и биологическими субстратами организма, входящими » состав биологических жидкостей, клеток и их мембран, биологически активных соединений (ферменты, гормоны, медиаторы и т. д.). Это взаимодействие, обусловленное прежде всего физико-химической активностью токсического вещества, определяет степень задержки вещества в организме, процессы его биотрансформации, депонирования и выведения из организма.
После поступления газов, паров и аэрозолей токсических веществ в легкие, они резорбируются в кровь. Степень резорбции для различных веществ весьма различна и зависит от их физико-химических свойств и прежде всего от растворимости в биологических жидкостях и способности проникать через альвеолярные, сосудистые и клеточные мембраны. После резорбции в кровь и распределения по органам яды подвергаются превращениям, или биотрансформации, а также депонированию. Почти все неорганические яды, а также многие органические вещества длительно задерживаются в организме, накапливаясь в различных органах в тканях.
Циркуляция в организме металлов осуществляется путем образования биокомплексов с жирными кислотами и аминокислотами, например с глутаминовой, аспарагиновой кислотами, цистеином, метионином и др. Комплексы с аминокислотами образуют ртуть, свинец, медь, цинк, кадмий, кобальт, марганец и 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, урана в костной ткани связано с их способностью образовывать устойчивые, малорастворимые соединения с фосфором и отложением их в костной ткани в виде фосфатов. Ртуть и кадмий накапливаются в паренхиматозных органах (почки, печень - вплоть до цирроза печени), что обусловлено образованием устойчивых комплексов этих металлов с белками. Хром, достигая клетки, фиксируется на клеточных мембранах, причем в значительных количествах накапливается на мембране эритроцитов. Распределение в организме органических и элементоорганических 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.
Превращение в организме экзогенных веществ (ксенобиотиков) происходит в основном по пути их окисления и восстановления. В результате окисления токсические свойства ксенобиотиков, как правило, уменьшаются. В результате окисления алифатические и ароматические спирты через стадию альдегидов превращаются в соответствующие кислоты, например метиловый спирт через формальдегид превращается в муравьиную кислоту, бензиловый альдегид - в бензойную кислоту. Бензол окисляется в организме до фенола, толуол - до бензойной кислоты.
Продукты окисления некоторых органических веществ могут быть более токсичны, чем исходные вещества. Так, многие фосфорорганические инсектициды подвергаются в организме окислению с образованием более активных метаболитов: октаметил превращается в более токсичный фосфоамидоксид, тиофос - в более токсичный параоксон. Уменьшение активности, т. е. истинная детоксикация ядов в организме, достигается в результате синтетических реакций путем конъюгации первичных продуктов биотрансформации с эндогенными соединениями - глюкуроновой, серной, уксусной и аминокислотами. Все указанные процессы биотрансформации ксенобиотиков катализируются соответствующими ферментными системами. Помимо микросомальных ферментов, превращение ксенобиотиков катализируют и другие ферменты, содержащиеся в плазме крови, цитозоле, митохондриях клеток печени, почек и других органов.
Исследования процессов циркуляции, превращения и выведения токсических веществ ставят задачей обобщение всей совокупности явлений, происходящих с ядом в организме, для чего используется математический аппарат описания процессов, т. е. иными словами исследуется токсикокинетика процесса. Под термином «токсикокинетика» понимается изучение кинетики (динамики) прохождения токсических веществ через организм, включая рассматриваемые во времени процессы их поступления, распределения, метаболизма и выделения. В основе токсикокинетики лежат обычно экспериментальные данные о содержании веществ или их метаболитов в различных биосредах в различные интервалы времени.
На основе экспериментального материала, следуя биологической логике процесса, выводят уравнения, формализующие биологический процесс с определенными допущениями и ограничениями. Данные о токсикокинетике промышленных ядов получены в основном в экспериментах на животных. Между тем известно, что интенсивность обменных процессов в организме животных и человека существенно различается, поэтому количественные характеристики метаболизма ядов для человека могут быть иными.
В профессиональной патологии такие исследования немногочисленны. Наибольший интерес представляют данные о токсикокинетике в организме человека широко распространенных ядов - органических растворителей и свинца. Вопрос о токсикокинетике свинца в организме человека является одним из наиболее сложных в связи с многообразием процессов взаимодействия свинца с различными биологическими компонентами, обусловливающими его токсикокинетику. При исследовании метаболизма свинца в организме человека получены данные, указывающие на довольно значительные индивидуальные различия организма человека в способности выводить свинец из организма и депонировать его в организме.
Строение токсических веществ, их физико-химические свойства, обусловливающие поведение ядов в организме, их циркуляцию и выведение, определяют и основные проявления их действия на организм. Помимо строения молекул и физико-химических свойств яда, определяющих характер его токсического действия, в проявлении токсических свойств имеют значение концентрация токсического вещества в воздухе рабочих помещений и время действия яда, определяющие его дозу, поглощенную организмом.
В соответствии с классификацией токсичности и опасности по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса. При этом токсичность вещества определяется как величина, обратная средней смертельной концентрации или дозе.
Токсические вещества в зависимости от их свойств и условий действия (концентрация, время) могут вызвать острые и хронические отравления. Острые отравления могут возникнуть при авариях, при грубых нарушениях технологии процесса. В зависимости от свойств токсического вещества острое отравление может наступить сразу же после воздействия, например, при вдыхании больших, концентраций сероводорода, окиси углерода.
Острое отравление после воздействия бромистого метила, окислов азота развивается после скрытого периода от 6-8 ч до нескольких суток.
Широкие гигиенические мероприятия в различных отраслях промышленности, снижение концентрации токсических веществ в воздухе рабочих помещений привели к ликвидации возможности-развития острых отравлений. Однако для ряда веществ возможно развитие хронических интоксикаций.
Проявления действия токсических веществ на организм человека могут быть весьма разнообразны, так как патологические процессы, возникающие при воздействии яда, обусловлены не только свойствами действующих веществ, но и ответной реакцией организма человека на это воздействие. Промышленные яды, оказывая разностороннее и сложное влияние на организм, могут вызвать любой из известных патологических процессов: воспаление, дистрофию, аллергические состояния, фиброзные изменения органов,, повреждение наследственного аппарата клетки, нарушение эмбриогенеза, развитие опухолевого процесса и т. д. Несмотря на разнообразие и сложность вызываемых различными ядами процессов» каждое токсическое вещество обладает способностью вызывать совокупность эффектов, характерных для данного яда.
В качестве общей профилактической меры с целью предупреждения развития хронических интоксикаций для химических веществ, используемых в промышленности, устанавливаются предельно допустимые концентрации. Они утверждаются главным государственным санитарным врачом.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны - 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 времени не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе трудовой деятельности или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Научное обоснование и строгое соблюдение гигиенических нормативов, внедрение в производство более совершенных с гигиенической точки зрения технологических процессов и оборудования способствовали оздоровлению труда и значительному снижению профессиональных заболеваний. Так, во многих химических производствах благодаря выполнению гигиенических и технологических рекомендаций, обеспечению непрерывности процессов и герметичности оборудования, дистанционному управлению и проведению других мероприятий снижены до предельно допустимого уровня концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, почти исчезли случаи острых отравлений и выраженных форм хронических интоксикаций многими токсическими веществами.
Органические соединения, имеющие промышленное значение, также весьма разнообразны и относятся к различным классам и группам веществ. Наиболее часто воздушная среда производственных помещений загрязняется алифатическими и ароматическими углеводородами - метаном, пропаном, этиленом, пропиленом, бензолом, толуолом, ксилолом, стиролом, их галогенопроизводными - четыреххлористым углеродом, хлорбензолом, хлорированными нафталинами и т. д. Спирты и фенолы - метиловый и этиловый спирт, этиленгликоль, хлорфенолы, крезолы, а также простые и сложные эфиры, альдегиды и кетоны (формальдегид, бензальдегид, диметилсульфат, метилацетат и др.) также широко производятся и используются в народном хозяйстве. Весьма значительна группа нитро- и аминосоединений жирного и ароматического рядов - нитрометан, метиламин, этиламин, диэтиламин, нитробензол, нитрохлорбензол, нитротолуолы, нитрофенолы, анилин, хлоранилины и др. Этим далеко не исчерпывается перечень промышленных органических соединений. Действие различных промышленных ядов зависит от химической структуры их молекул, что в свою очередь определяет физико-химические свойства веществ и их агрегатное состояние.
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, парообразные вещества, пыли, туманы, дымы, жидкости и т. д.) и от характера технологического процесса.
Токсическое действие веществ, их судьба в организме зависят от их химической активности, так как биологическое действие является результатом химического взаимодействия между данным веществом и биологическими субстратами организма, входящими » состав биологических жидкостей, клеток и их мембран, биологически активных соединений (ферменты, гормоны, медиаторы и т. д.). Это взаимодействие, обусловленное прежде всего физико-химической активностью токсического вещества, определяет степень задержки вещества в организме, процессы его биотрансформации, депонирования и выведения из организма.
После поступления газов, паров и аэрозолей токсических веществ в легкие, они резорбируются в кровь. Степень резорбции для различных веществ весьма различна и зависит от их физико-химических свойств и прежде всего от растворимости в биологических жидкостях и способности проникать через альвеолярные, сосудистые и клеточные мембраны. После резорбции в кровь и распределения по органам яды подвергаются превращениям, или биотрансформации, а также депонированию. Почти все неорганические яды, а также многие органические вещества длительно задерживаются в организме, накапливаясь в различных органах в тканях.
Циркуляция в организме металлов осуществляется путем образования биокомплексов с жирными кислотами и аминокислотами, например с глутаминовой, аспарагиновой кислотами, цистеином, метионином и др. Комплексы с аминокислотами образуют ртуть, свинец, медь, цинк, кадмий, кобальт, марганец и 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, урана в костной ткани связано с их способностью образовывать устойчивые, малорастворимые соединения с фосфором и отложением их в костной ткани в виде фосфатов. Ртуть и кадмий накапливаются в паренхиматозных органах (почки, печень - вплоть до цирроза печени), что обусловлено образованием устойчивых комплексов этих металлов с белками. Хром, достигая клетки, фиксируется на клеточных мембранах, причем в значительных количествах накапливается на мембране эритроцитов. Распределение в организме органических и элементоорганических 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.
Превращение в организме экзогенных веществ (ксенобиотиков) происходит в основном по пути их окисления и восстановления. В результате окисления токсические свойства ксенобиотиков, как правило, уменьшаются. В результате окисления алифатические и ароматические спирты через стадию альдегидов превращаются в соответствующие кислоты, например метиловый спирт через формальдегид превращается в муравьиную кислоту, бензиловый альдегид - в бензойную кислоту. Бензол окисляется в организме до фенола, толуол - до бензойной кислоты.
Продукты окисления некоторых органических веществ могут быть более токсичны, чем исходные вещества. Так, многие фосфорорганические инсектициды подвергаются в организме окислению с образованием более активных метаболитов: октаметил превращается в более токсичный фосфоамидоксид, тиофос - в более токсичный параоксон. Уменьшение активности, т. е. истинная детоксикация ядов в организме, достигается в результате синтетических реакций путем конъюгации первичных продуктов биотрансформации с эндогенными соединениями - глюкуроновой, серной, уксусной и аминокислотами. Все указанные процессы биотрансформации ксенобиотиков катализируются соответствующими ферментными системами. Помимо микросомальных ферментов, превращение ксенобиотиков катализируют и другие ферменты, содержащиеся в плазме крови, цитозоле, митохондриях клеток печени, почек и других органов.
Исследования процессов циркуляции, превращения и выведения токсических веществ ставят задачей обобщение всей совокупности явлений, происходящих с ядом в организме, для чего используется математический аппарат описания процессов, т. е. иными словами исследуется токсикокинетика процесса. Под термином «токсикокинетика» понимается изучение кинетики (динамики) прохождения токсических веществ через организм, включая рассматриваемые во времени процессы их поступления, распределения, метаболизма и выделения. В основе токсикокинетики лежат обычно экспериментальные данные о содержании веществ или их метаболитов в различных биосредах в различные интервалы времени.
На основе экспериментального материала, следуя биологической логике процесса, выводят уравнения, формализующие биологический процесс с определенными допущениями и ограничениями. Данные о токсикокинетике промышленных ядов получены в основном в экспериментах на животных. Между тем известно, что интенсивность обменных процессов в организме животных и человека существенно различается, поэтому количественные характеристики метаболизма ядов для человека могут быть иными.
В профессиональной патологии такие исследования немногочисленны. Наибольший интерес представляют данные о токсикокинетике в организме человека широко распространенных ядов - органических растворителей и свинца. Вопрос о токсикокинетике свинца в организме человека является одним из наиболее сложных в связи с многообразием процессов взаимодействия свинца с различными биологическими компонентами, обусловливающими его токсикокинетику. При исследовании метаболизма свинца в организме человека получены данные, указывающие на довольно значительные индивидуальные различия организма человека в способности выводить свинец из организма и депонировать его в организме.
Строение токсических веществ, их физико-химические свойства, обусловливающие поведение ядов в организме, их циркуляцию и выведение, определяют и основные проявления их действия на организм. Помимо строения молекул и физико-химических свойств яда, определяющих характер его токсического действия, в проявлении токсических свойств имеют значение концентрация токсического вещества в воздухе рабочих помещений и время действия яда, определяющие его дозу, поглощенную организмом.
В соответствии с классификацией токсичности и опасности по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса. При этом токсичность вещества определяется как величина, обратная средней смертельной концентрации или дозе.
Токсические вещества в зависимости от их свойств и условий действия (концентрация, время) могут вызвать острые и хронические отравления. Острые отравления могут возникнуть при авариях, при грубых нарушениях технологии процесса. В зависимости от свойств токсического вещества острое отравление может наступить сразу же после воздействия, например, при вдыхании больших, концентраций сероводорода, окиси углерода.
Острое отравление после воздействия бромистого метила, окислов азота развивается после скрытого периода от 6-8 ч до нескольких суток.
Широкие гигиенические мероприятия в различных отраслях промышленности, снижение концентрации токсических веществ в воздухе рабочих помещений привели к ликвидации возможности-развития острых отравлений. Однако для ряда веществ возможно развитие хронических интоксикаций.
Проявления действия токсических веществ на организм человека могут быть весьма разнообразны, так как патологические процессы, возникающие при воздействии яда, обусловлены не только свойствами действующих веществ, но и ответной реакцией организма человека на это воздействие. Промышленные яды, оказывая разностороннее и сложное влияние на организм, могут вызвать любой из известных патологических процессов: воспаление, дистрофию, аллергические состояния, фиброзные изменения органов,, повреждение наследственного аппарата клетки, нарушение эмбриогенеза, развитие опухолевого процесса и т. д. Несмотря на разнообразие и сложность вызываемых различными ядами процессов» каждое токсическое вещество обладает способностью вызывать совокупность эффектов, характерных для данного яда.
В качестве общей профилактической меры с целью предупреждения развития хронических интоксикаций для химических веществ, используемых в промышленности, устанавливаются предельно допустимые концентрации. Они утверждаются главным государственным санитарным врачом.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны - 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 времени не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе трудовой деятельности или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Научное обоснование и строгое соблюдение гигиенических нормативов, внедрение в производство более совершенных с гигиенической точки зрения технологических процессов и оборудования способствовали оздоровлению труда и значительному снижению профессиональных заболеваний. Так, во многих химических производствах благодаря выполнению гигиенических и технологических рекомендаций, обеспечению непрерывности процессов и герметичности оборудования, дистанционному управлению и проведению других мероприятий снижены до предельно допустимого уровня концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, почти исчезли случаи острых отравлений и выраженных форм хронических интоксикаций многими токсическими веществами.