Химические и загрязняющие воздействия

В настоящее время в практической деятельности человека используется свыше 60 тыс. различных химических соединений (веществ). Из них более 1300 веществ имеют прямые ограничения безопасного уровня применения в виде предельно допустимых концентраций (ПДК), а для еще примерно 500 химических соединений установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Их величины отражены в специальных нормативных документах.

По функциональному назначению и природе выделяют следующие группы веществ, которые могут обладать токсическими свойствами:

• промышленные яды производственного назначения (органические растворители, красители, топлива);

• ядохимикаты сельскохозяйственного назначения (средства против насекомых-вредителей и болезней растений, химические удобрения);

• химикаты бытового назначения (средства против грызунов и бытовых насекомых, чистящие и дезинфицирующие средства, краски и лаки);

• лекарственные препараты медицинского назначения;

• отравляющие вещества (ОВ) военного назначения;

• природные яды растительного и животного происхождения.

Основными путями попадания токсических веществ в организм человека являются легкие, желудочно-кишечный тракт, кожный покров.

По токсикологическому действию на человека выделяют следующие основные эффекты химических и загрязняющих веществ:

• общетоксическое действие (гипоксия, кома, отек мозга, паралич);

• удушающее действие (токсический отек легких);

• нервно-паралитическое действие (бронхоспазмы, судороги, паралич);

• кожно-резобтивное действие (местные воспаления, некрозы, язвы);

• слезоточиво-раздражающее действие (воспаление глаз, кашель, рвота);

• психотическое действие (потеря сознания, нарушение психики);

• сенсибилизирующее действие (отеки, аллергия, шоковое состояние);

• канцерогенное действие (опухоли, раковые заболевания);

• мутагенное действие (изменения генотипа, новообразования, старение);

• антирепродуктивное действие (бесплодие, дефекты потомства).

В Российской Федерации, как и во многих других странах, установлен пороговый принцип определения безопасных границ применения химических и загрязняющих веществ, согласно которому любое химическое вещество имеет определенный порог начала своего вредного воздействия на человека, а допороговыс значения доз и концентраций этого вещества считаются относительно безвредными. При этом конкретные значения ПДК устанавливаются в 3–10 раз меньшими, чем пороговые значения, определяемые на основе натурных экспериментов с четырьмя различными видами подопытных животных и экстраполяцией полученных результатов на массу человека. Указанные пороговые значения должны учитывать не только появление быстрых и очевидных патологических изменений состояния организма, но и возможные отдаленные по времени последствия воздействий вредных химических веществ на организм или его потомство.

В качестве объектов токсического воздействия ядов в организме человека могут выступать сердце, легкие, нервная система, печень, кровь, почки, органы зрения, желудочно-кишечный тракт, гаметы, кожа.

В случае гибели организмов в результате их интоксикации степень токсичности химических соединений выражают смертельными (летальными) дозами и концентрациями, которые обозначаются соответственно DL и CL. При этом в зависимости от масштаба смертельных случаев различают либо минимальные смертельные дозы и концентрации (при единичных случаях гибели живых организмов), либо абсолютно смертельные дозы и концентрации (при полной гибели организмов).

Для характеристики токсических свойств веществ часто используются показатели среднесмертельной дозы мг/кг (определяет 50%-ю смертность подопытных животных при интоксикации через пищеварительный тракт или через кожный покров) и среднесмертельной концентрации CL50, мг/м3 (характеризует 50%-ю смертность живых организмов при вдыхании ими находящихся в воздухе токсинов в течение 2–4 ч).

Обратные значения указанных величин ( и ) носят название степени токсичности вещества, причем меньшие величины самой токсичности химического соединения будут свидетельствовать о его высокой степени токсичности и наоборот.

Кроме того, для характеристики опасности токсических веществ также вводятся пороговые значения вредного действия – минимальные дозы или концентрации химических соединений, при которых в живом организме возникают изменения биологических показателей, выходящие за рамки приспособительных реакций, или временно скрытая патология.

При единичной интоксикации порог однократного (острого) действия обозначим как , а при многократной (хронической) интоксикации порог хронического (многократного) действия –

Зона однократного (острого) действия определяется как отношение среднесмертельной концентрации (или дозы DL50) токсического вещества к порогу однократного (острого) действия концентрации (или дозы ,):

Малая величина (протяженность) такой зоны однократного действия свидетельствует о высокой токсичности химического соединения, поскольку даже незначительное превышение порога однократного действия может быстро вызвать летальный исход.

Показателем опасности длительной интоксикации может служить зона хронического (многократного) действия, определяемая как отношение пороговых значений однократного и многократного воздействия на организм концентрации (или дозы) токсического вещества:

В этом случае опасность токсического вещества проявляется именно в большой величине (протяженности) зоны хронического (многократного) действия, поскольку отравляющий эффект, будучи внешне незаметным, со временем все равно приводит к результату, сравнимому с однократным острым отравлением человека, но часто уже без всякой надежды на его выздоровление, так как многие разрушения в организме, вызванные длительной интоксикацией, накапливаясь, оказываются необратимыми.

С целью уверенного обеспечения безопасности жизнедеятельности человека на практике часто используются нормы так называемой предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных и опасных веществ в воздухе, гарантирующие сохранение здоровья человека в первую очередь в условиях производства. Подобная гарантия основана прежде всего на том, что значения ПДК выбираются и устанавливаются существенно ниже порога хронического (многократного) действия токсических веществ. Такая разница между указанным пороговым значением и ПДК оценивается специальным коэффициентом запаса Kз, который рассчитывается по следующей формуле:

Негативные последствия увеличения уровня концентрации токсического вещества имеют для организма линейно нарастающий характер, который свидетельствует, что в пределах действия ПДК и коэффициента запаса Kз рост концентрации токсинов почти не ощущается человеком. Однако после прохождения порога хронического действия LimchC и особенно порога однократного действия LimacC такая зависимость приобретает резко нелинейный возрастающий характер, и даже небольшое увеличение концентрации токсинов ведет к стремительному росту вероятности смертельного исхода для организма при достижении вначале значения CL50, а затем и летального предела концентрации CL.

Объяснение подобного характера реагирования организма на внешние токсические воздействия химических веществ кроется в особом механизме его собственных физиологических приспособительных реакций на любые негативные факторы среды обитания. Особенность такого приспособления (адаптации) заключается в способности организма изменять многие параметры своей жизнедеятельности в определенных и часто достаточно широких, но не бесконечных пределах. В связи с этим когда приспособительные возможности организма оказываются полностью исчерпанными, то дальнейшее повышение интенсивности негативных воздействий быстро ведет к его гибели.

Следует отметить, что подобный приспособительный механизм действует в отношении далеко не всех токсических веществ. Некоторые из них, такие как бенз(а)пирен, настолько несовместимы с процессами жизнедеятельности, что их ПДК измеряются исчезающе малыми величинами. Например, для того же бенз(а)пирена ПДК составляет лишь 0,00015 мг/м3.

По действующим нормативным документам выделяют четыре класса опасности для человека вредных (токсических) веществ:

• 1-й класс (чрезвычайно опасные) с уровнем ПДК менее 0,1 мг/м3;

• 2-й класс (высокоопасные) с уровнем ПДК в диапазоне 0,1-1,0 мг/м3;

• 3-й класс (умеренно опасные) с уровнем ПДК в диапазоне 1,1 – 10 мг/м3;

• 4-й класс (малоопасные) с уровнем ПДК более 10 мг/м3.

Общим для всех приведенных классов опасности является соотношение между среднесмертельной концентрацией и ПДК, которое согласно ГОСТ 12.1.007–76 примерно равно:

К первому классу (чрезвычайно опасных) токсичных веществ относятся: бенз(а)пирен (С20Н12), бериллий и его соединения, карбонил никеля, ртуть, свинец и его окислы, этилмеркурхлорид (гранозан) и некоторые другие. Для веществ, проявляющих кумулятивные токсические свойства (ртуть, свинец), т.е. накапливающих в организме токсический эффект, используются среднесменные значения ПДК, меньшие максимальных значений.

Во второй класс (высокоопасных) токсичных веществ входят хлор, аммиак, серная кислота, акрилонитрил, серный ангидрид (триоксид серы), пары́ меди и многие другие, максимальные разовые значения ПДК которых не превышают I мг/м3.

Третий класс (умеренно опасных) токсичных веществ составляют: аминопласты, диоксид азота, сернистый ангидрид (диоксид серы), пары́ алюминия, метиловый спирт (СН3ОН) и другие химические вещества, максимальные разовые значения ПДК которых находятся в пределах 10 мг/м3.

Четвертый класс (малоопасных) токсичных веществ включает в себя: оксид углерода, топливный бензин (С7Н16), ацетон (СН3СОСН3) и многие другие химические соединения, максимальные значения ПДК которых могут находиться в достаточно широком диапазоне от 20 мг/м3 (для СО) до 200 мг/м3 (для ацетона).

При совместном (комбинированном) действии на человека различных видов токсичных веществ, в том числе относящихся к различным классам токсичности, могут проявляться следующие эффекты:

• аддитивное действие, при котором происходит пропорциональное сложение индивидуальных эффектов каждого из совместно действующих на человека токсичных веществ;

• потенцированное действие (синергизм), при котором совместно действующие на человека токсичные вещества взаимно усиливают друг друга;

• антагонистическое действие (антагонизм), при котором совместно действующие на человека токсичные вещества взаимно ослабляют влияние друг друга и снижают негативный эффект каждого из них.

При изолированном действии токсичных веществ преобладает эффект наиболее токсичного химического соединения.

Кроме комбинированного воздействия нескольких токсичных веществ на человека, при котором путь их поступления в организм один и тот же (например, только через легкие), различают и так называемое комплексное воздействие токсичных веществ, когда пути их поступления в организм различны (например, через легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу). Наконец, возможно также одновременное комбинированное и комплексное воздействие химических соединений на человека, при котором различные токсичные вещества поступают в организм человека разными путями, что заведомо приводит к крайне негативному результату.

К особенностям действия на человека некоторых токсических веществ можно отнести так называемую сенсибилизацию, которая заключается в прогрессирующем развитии у организма острых аллергических реакций на повторные сравнительно небольшие химические воздействия каких-либо определенных соединений. Связано это с формированием в организме значительного количества чужеродных белковых молекул уже при первой же интоксикации. Поэтому повторная, даже более слабая интоксикация как бы накладывается своим действием на уже подготовленную ранее резко отрицательную реакцию организма, что вызывает у человека быстро прогрессирующее отравление, несоизмеримое по своим последствиям с незначительностью повторного токсического воздействия. Следствием сенсибилизации является последовательное стремительное ухудшение состояния организма в ответ на казалось бы очень небольшие количества токсинов, ОГЛАВЛЕНИЕ которых чрезвычайно мало по сравнению с общепринятыми нормами ПДК и предельными дозами. В этом заключается один из чрезвычайно коварных факторов индивидуального воздействия на человека многих веществ, ведущих не только к аллергии как обостренной чувствительности организма на некоторые виды химических соединений, но и к возможному аллергическому шоку, который при отсутствии экстренной специальной медицинской помощи может завершиться летальным исходом.

Наиболее тяжелые последствия острых отравлений возникают, как правило, в результате крупномасштабных техногенных аварий на химических производствах или связанных с химическими процессами предприятиях. Особенностью такого рода катастроф на производстве почти всегда является групповой или массовый характер отравления людей.

Среди профессиональных заболеваний, вызванных хроническими интоксикациями, встречаются поражения органов дыхания (трахеит, бронхит, пневмосклероз, ринофариноларингит, перфорация носовой части), анемия, токсический гепатит, нефропатия, токсическое поражение нервной системы (полиневропатия, неврозы, энцефалопатия), поражения глаз (катаракта, конъюнктивиты), токсические поражения костей (остеосклероз, остеопороз), болезни кожи (металлическая и фторопластовая лихорадка, аллергия, новообразования, токсикодермия, экземы), развитие опухолей (легких, печени), лейкозы, поражения желудочно-кишечного тракта (язвы).

Довольно значительное место среди профессиональных болезней занимают поражения органов дыхания нетоксическими загрязняющими аэрозолями или воздействиями комбинированного характера: угольной, цементной и каменной пылью, древесными и злаковыми частицами, пылью металлов и пластмасс, дымами и конденсатами. Распространенными результатами таких воздействий являются фиброз, хронический бронхит, пневмокониозы (силикоз, силикатоз, металлокониоз, карбокониоз), биссиноз и многие другие хронические заболевания.

На бытовом уровне в последние годы значительно возросло количество аллергических заболеваний, в том числе вызванных лекарственными препаратами (антибиотиками, витаминами, сульфаниламидами), а также острых отравлений грибами (бледной поганкой, сатанинским грибом).

Значительную роль в ухудшении здоровья человека и состояния его среды обитания играют загрязняющие воздействия. Согласно данным Международной программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) факторы ухудшения природной среды объединяют между собой следующие взаимосвязанные явления, которые со временем последовательно сменяют друг друга: замусоривание – загрязнение – заражение.

Загрязняющие вещества могут образовывать в смеси с воздухом либо смеси (газовоздушные, паровоздушные), либо аэрозоли (пыль, дым, туман). Последние представляют собой вредные аэродисперсные системы, состоящие из воздушно-газовой взвеси частиц твердого вещества (пыли), остатков горения (дыма, сажи), частиц жидкости (тумана).

Пыль по размеру образующих ее частиц различают крупнодисперсную (с частицами более 50 мкм), среднедисперсную (с частицами 10–50 мкм) и мелкодисперсную (с частицами менее 10 мкм). Дым, как правило, состоит из частиц размером менее 1 мкм. Наконец, размеры частиц жидкости, образующих туман, находятся в диапазоне 0,3–5 мкм.

Источниками образования аэрозолей в техносфере чаще всего служат: угольные шахты и выработки, цементное производство, цеха деревообработки, мукомольное производство, абразивная обработка камня, производство и применение распыляемых химических удобрений, выбросы нефтеперерабатывающих и мусоросжигательных заводов, пожары, курение и т.д.

Попадая в организм человека при дыхании, все виды аэрозолей оказывают на дыхательные пути и легкие так называемое фиброгенное действие, заключающееся в раздражении слизистых оболочек и засорении твердыми частицами чувствительных тканей, что ведет к многочисленным видам профессиональных легочных заболеваний – пневмокониозов, а также пылевому бронхиту, фиброзу, раку легких.

Помимо раздражающего механического действия на организм человека, возможно и усиление их негативного эффекта в случае проявления токсических свойств распыленных в воздухе химических веществ. Именно такими комбинированными негативными свойствами обладают аэрозоли ДДТ, триоксида хрома, соединений бериллия, мышьяка, цинка, свинца и т.д. Чем меньше размер частиц аэрозолей (особенно при величине менее 5 мкм), тем сложнее с ними бороться и ярче проявляются их токсические эффекты.

Огромную экологическую проблему представляют собой загрязняющие сбросы предприятий в водную среду. Несмотря на существующие системы очистки, в силу различных причин зачастую происходят аварийные сбросы промышленных отходов предприятий, ведущие в случае их сопутствующего токсического действия к массовой гибели рыб и других водных обитателей на большой площади акватории, исчисляемой десятками квадратных километров.

Еще одним распространенным источником загрязнения окружающей среды являются проливы нефти и нефтепродуктов в ходе транспортировки последних при повреждениях нефтепроводов, кораблекрушениях нефтеналивных танкеров, катастрофах железнодорожных составов с нефтяными цистернами. Попадая на поверхность воды и почвы, нефтепродукты могут стать причиной крупных экологических катастроф. Одна из них возникла в июне 2005 г. в Тверской области Российской Федерации, когда в результате железнодорожной катастрофы опрокинулось несколько нефтяных цистерн. Это привело к проливу из них свыше 700 тонн мазута, значительная часть которого оказалась в водной системе рек Вазуза и Волга. Перемещаясь вместе с течением воды, поверхностная пленка от пролива нефтепродуктов растянулась более чем на 30 км от места аварии и создала угрозу водоснабжению Москвы.