Химические негативные факторы
Человек живет в окружении разнообразных химических веществ. Деятельность его в области химического синтеза вышла на уровень биосферных процессов. Более 7 млн. веществ успел создать человек за свою историю цивилизации. Каждое из новых химических соединений может стать причиной отравления или химической болезни.
Изучение потенциальной опасности вредного воздействия химических веществ на живые организмы является предметом химикобиологической науки – токсикологии, которая изучает механизмы токсического действия химических веществ, диагностику, профилактику и лечение отравлений. Область токсикологии, изучающая действие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, называется промышленной токсикологией (в современном производстве более 50 тыс. химических соединений, большинство из которых синтезировано человеком). Центральным понятием токсикологии является вредное вещество.
Вредным называется вещество, которое при контакте с организмом человека может вызывать травмы, заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
С цель определения источников воздействия на организм вредных веществ охарактеризуем область их применения. В зависимости от практического использования различают:
Ø промышленные яды (ДХЭ, пропан, бутан, анилин и т.д.);
Ø ядохимикаты сельского хозяйства (пестициды, инсектициды, фунгициды, гербициды и др.);
Ø лекарственные средства;
Ø бытовые химикаты (пищевые добавки, моющие средства, косметика и т.д.);
Ø биологические растительные и животные яды (растения, грибы, насекомые, животные);
Ø отравляющие вещества (зарин, фосген, иприт и др.).
Вредные вещества могут быть представлены в газообразном, жидком и твердом состояниях а, следовательно, способны проникать в организм человека посредством органов дыхания, пищеварения, кожного покрова, оказывая местное или общее воздействие.
Поступление вредных веществ через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. Для проникновения газов, паров и пыли непосредственно в кровь в легких создаются благоприятные условия, т.е. диффузия, вследствие разницы парциального давления газов или паров в воздухе и крови.
Попадая в организм человека, вредное вещество вызывает его отравление, которое в зависимости от времени проявления эффекта можно подразделить на два вида: острое и хроническое. Острое сказывается в период или непосредственно вслед за повышением концентрации токсического вещества. Результат хронического воздействия проявляется через некоторое время, иногда через годы. Причины этих отравлений различны.
Эффект токсического действия вредных веществ определяется:
свойствами вещества – структурой, количеством (доза, концентрация) вещества, попавшего в организм, длительностью поступления, физико-химическими свойствами, сочетанием веществ;
особенностями организма – индивидуальной чувствительностью, общим состоянием здоровья, возрастом, условиями труда, химизмом взаимодействия с биологическими средами.
Именно химическая активность вредного вещества характеризует степень распределения и превращения его в организме. Различают группу так называемых не реагирующих газов и паров, которые в силу своей низкой химической активности не изменяются и быстро накапливаются в крови. К ним относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного ряда, а также их производные.
Другую группу составляют реагирующие вещества, которые легко растворяются в жидкостях организма и претерпевают различные изменения. К ним относятся аммиак, оксиды азота, серы и другие. После удаления пострадавшего из зоны их воздействия начинается десорбция газов и паров и выведение их через легкие.
Степень отравления при этом зависит от растворимости химического вещества. Вещества, хорошо растворимые в воде или жирах, всасываются уже в верхних дыхательных путях или в полости носа (наркотические вещества). При выполнении физической работы или пребывании в условиях повышенной температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление наступает значительно быстрее.
Необходимо отметить, что большая доля ксенобиотиков поступает в организм через органы дыхания, у которых нет своего химического заслона. Это привело к существенному изменению состояния организма. Развилась патологическая повышенная чувствительность организма (сенсибилизация), привыкание к хроническому действию полютантов (толерантность).
Сенсибилизация – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. В случае предварительной сенсибилизации происходит развитие аллергических реакций. Аллергизация значительно осложняет течение острых и хронических интоксикаций.
Толерантность – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает ослабление эффекта отравления вследствие привыкания. Для развития привыкания к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрация (доза) была достаточной для формирования ответной приспособительной реакции и не чрезмерной, приводящей к быстрому и серьезному повреждению организма. При оценке развития привыкания к токсическому воздействию надо учитывать возможное развитие повышенной устойчивости к одним веществам после воздействия других.
По токсическому эффекту воздействия на организм человека химические вещества разделяют на группы.
Общетоксического действия (углеводороды, спирты, анилин, угарный газ, синильная кислота и ее соли, соли ртути и т.д.) вызывают расстройство нервной системы, мышечные судороги, нарушают работу системы ферментов, влияют на кроветворные органы, взаимодействуют с гемоглобином.
Раздражающего действия (хлор, аммиак, диоксид серы, туманы кислот, оксиды азота и др.) воздействуют на слизистые оболочки, верхние и глубокие дыхательные пути, кожу.
Сенсибилизирующего действия (органические азокрасители, диметиламиноазобензол, антибиотики и др.) повышают чувствительность к химических веществам, а в производственных условиях приводят к развитию аллергических заболеваний.
Канцерогенного действия (бенз(а)пирен, асбест, нитроазосоединения, ароматические амины и др.) вызывают развитие всех видов раковых заболеваний. Этот процесс может быть отдален от момента воздействия вещества на годы и даже десятилетия.
Мутагенного действия (этиленамин, хлорированные углеводороды, соединения свинца, ртути и др.) оказывают воздействие на соматические клетки, вызывая изменения в генотипа человека, которые обнаруживаются в отдаленные периоды жизни и проявляются в преждевременном старении, повышении общей заболеваемости, развитии злокачественных новообразований. При воздействии на половые клетки мутагенное влияние сказывается на последующих поколениях.
Влияющие на репродуктивную функцию (борная кислота, аммиак, химические вещества в больших количествах) вызывают возникновение врожденных пороков развития плода и отклонения от нормы в послеродовом развитии потомства.
Наряду с общей яды обладают избирательной токсичностью, т.е. представляют наибольшую опасность для определенного органа или системы организма. По избирательной токсичности выделяют следующие яды:
сердечные с преимущественным кардиотоксическим действием (соли металлов: бария, калия, кобальта, кадмия; растительные яды);
нервные, вызывающие нарушения преимущественно психической активности (угарный газ; фосфорорганические соединения; алкоголь; наркотики; снотворное);
печеночные (хлорированные углеводороды; ядовитые грибы; фенолы; альдегиды);
почечные (соединения тяжелых металлов; этиленгликоль; щавелевая кислота);
кровяные (анилин и его производные; нитраты; мышьяковистый водород);
легочные (оксиды азота, озон, фосген).
Изучение биологического действия химических веществ на человека показывает, что вредное их влияние всегда начинается с определенной пороговой концентрации. Для количественной оценки воздействия на человека вредного вещества в токсикологии используются показатели, характеризующие степень его токсичности:
CL50 [мг/м3] (средняя смертельная концентрация вещества в воздухе]) – концентрация вещества, вызывающая гибель половины подопытных животных при 2-4 часовом ингаляционном воздействии;
DL50ж [мг/кг] (средняя смертельная доза)– доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном введении в желудок;
DL50к [мг/кг] (средняя смертельная доза) – доза вещества, вызывающая гибель 50% животных при однократном нанесении на кожу;
CL – смертельная концентрация;
DL – смертельная доза.
Вероятность возникновения неблагоприятных для здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических соединений называется опасность вещества. Степень опасности вредного вещества определяется значением порога вредного воздействия. Порог вредного воздействия – минимальная концентрация вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения биологических показателей, выходящие за пределы приспособительных реакций или скрытая патология.
Различают: limac – порог острого действия
limch – порог хронического действия
limsp – порог специфического действия.
Возможность острого отравления оценивается коэффициентом опасности внезапного острого ингаляционного отравления КОВОИО.
КОВОИО = С20 / CL50 * l ,
где С20 – насыщенная концентрация вещества при t=20оС
l – коэффициент распределения газа между кровью и воздухом.
Если КОВОИО < 1 – опасность острого отравления мала,
КОВОИО > 1 – опасность реальна (КОВОИО хлороформа =7, формальгликоля =600, этанола = 0,001).
При невозможности определения l вычисляют коэффициент возможности ингаляционного отравления КВИО.
КВИО = С20 / CL50
Согласно ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на 4 класса опасности:
I класс – чрезвычайно опасные
II класс – высоко опасные
III класс – умеренно опасные
IV класс – малоопасные.
В настоящее время, в связи с развитием промышленности и нарастанием процессов урбанизации, создаются условия поступления в организм человека одновременно нескольких или многих вредных химических веществ, которые могут вызывать эффект комбинированного действия вредных веществ.
Комбинированным называют одновременное или последовательное воздействие на организм нескольких ядов. Различают четыре типа комбинированного действия:
Ø аддитивное – явление суммирования эффектов, индуцированных комбинированным действием;
Ø потенцированное (синергизм) – усиление эффекта воздействия одного компонента другим (эффект превышающий суммацию);
Ø антагонистическое – ослабление эффекта воздействия одного компонента смеси другим;
Ø независимое – эффект изолированного действия каждого яда в отдельности.
Поступившие в организм вредные вещества подвергаются разнообразным превращениям, почти все органические вещества вступают в различные химические реакции: окисления, восстановления, гидролиза, дезаминирования, метилирования, ацетилирования, образования парных соединений с некоторыми кислотами. Не подвергаются превращениям только химически инертные вещества.
Результатом превращения ядов в организме большей частью является их обезвреживание. Если выделение и превращение вещества в организме происходит медленнее, чем поступление, то вещество коммулируется (накапливается) и может длительно действовать на органы и ткани (свинец, ртуть, фтор и др.). Вещества хорошо растворимые в воде и крови, медленно накапливаются и также медленно выделяются из организма. Летучие органические вещества (бензин, бензол) быстро сорбируются и быстро выделяются не накапливаясь. Знание процессов превращения химических веществ в организме дает возможность вмешательства в эти процессы с целью предупреждения нарушения функционального состояния организма.
Пути обезвреживания ядов:
изменение химической структуры вещества: гидроксилирование, окисление, восстановление, метилирование, ацетилирование и др.;
выведение из организма: через органы дыхания, пищеварения, почки, потовые и сальные железы, кожу;
депонирование: задержка в тех или иных органах, в последствие выведение из организма.