CC BY
5
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991 УДК 613.155.3:546.28}-092.9
Г. И. Румянцев, С. М. Новиков, Н. И. Левченко, Н. Н. Мельникова, Е. А. Гришина,
И. В. Серебрякова, Т. ¡0. Калагова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕТРАФТОРИДА КРЕМНИЯ
Московская медицинская академия им. И. М. Сеченова
Тетрафторид кремния (тетрафторсилан) используется при получении кремнефтористоводо-родной кислоты и кремнефторидов и обнаруживается в воздухе при переработке производных фосфатов, получения алюминия из криолитов и др. Тетрафторид кремния (SiF^) представляет собой бесцветный газ с удушливым запахом, гидро-лизующийся в воде с образованием фтористого водорода и кремнефтористоводородной кислоты.
По данным литературы [1], тетрафторид кремния оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Максимальная разовая и среднесуточная ПДК в атмосферном воздухе установлены по аналогии с фтористым водородом и составляют соответственно 0,02 и 0,05 мг/м3. Параметры токсикометрии при остром и хроническом воздействии не определены, ПДК в воздухе рабочей зоны отсутствует.
В связи с недостаточной изученностью биологического действия тетрафторида кремния перед нами была поставлена задача исследовать токсические свойства и оценить характер биологического действия данного соединения на организм лабораторных животных и на основе полученных данных обосновать ПДК в воздухе рабочей зоны.
Исследования проведены на белых крысах-сам-цах, подвергавшихся ингаляционному воздействию исследуемого газа, получаемого вне затравочных камер путем термического разложения тетрафторида натрия. Контроль воздействующих концентраций осуществляли потенциометрическим методом с фторселективным электродом.
В условиях острых опытов изучено действие 4 концентраций тетрафторида кремния — 1,5, 12 и 30 мг/м3 — на функциональное состояние нервной системы (исследовательская активность, ориентировочная реакция, суммационно-порого-вый показатель — СПГ1), органов дыхания (частота дыханий, витальное окрашивание легких, число клеточных элементов в смывах из верхних дыхательных путей и легких), периферической крови (число эритроцитов, лейкоцитов, содержание гемоглобина), печени (активность в сыворотке крови холинэстеразы — ХЭ, щелочной фосфата-зы — ЩФ, лейцинаминопептидазы, лактатдегид-рогеназы — ЛДГ, аспартат- и аланинаминотранс-феразы — ACT и АЛТ).
Как показали проведенные исследования, воздействие тетрафторида кремния в максимальной испытанной концентрации (30 мг/м3) приводит к существенным изменениям практически всех изученных показателей. При этом наряду с дей-
ствием на центральную нервную систему и активность ряда ферментов (ЛДГ, ХЭ, ЩФ) вещество оказывало раздражающее действие на органы дыхания, что проявлялось в увеличении количества клеток в смывах из легких и верхних дыхательных путей, уменьшении частоты дыханий. Концентрация 12 мг/м3 приводила к повышению исследовательской активности крыс, снижению СПП и числа эритроцитов в крови, понижению активности ЩФ. Действие концентрации 5 мг/м3 в основном проявлялось в изменении активности ферментов в крови (ACT, ЛДГ, ЩФ). При этом отмечено также снижение СПП, однако в отличие от более высокой концентрации данный эффект не сопровождался изменением поведенческих реакций. Меньшая из испытанных концентраций (1 мг/м3) вызывала только повышение активности ACT в сыворотке крови и снижение активности ЩФ через сутки после окончания воздействия.
На основании полученных данных концентрация 1 мг/м3 оценена как близкая к порогу острого специфического действия, концентрация 5 мг/м3 признана порогом острого общетоксического (интегрального) действия, а концентрация 20 мг/м3 — порогом раздражающего действия.
С целью выбора концентраций для проведения хронического эксперимента проведены расчеты вероятных значений ПДК тетрафторида кремния с использованием разработанных нами упражнений регрессии, связывающих ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКр з> мг/м3) с максимальными недействующими дозами (МИД, мг/кг) при хроническом пероральном поступлении, среднесуточными ПДК в атмосферном воздухе (ПДКс.о мг/м3) и порогами острого ингаляционного действия (Limac, мг/м3).:
Ig ПДК=0,87 lg Limac—l,32(r=0,85; S = 0,55; л = 273)
Ig ПКД=0,45 Ig ПДКС c+0,56 Ig Limac—0,04(/-=0,87: S=0,50: «=1.01)
Ig ГТДК=0,74 lg Limac+0,3 lg МНД—0,77 (r=0,83; S=0.55;
л = 58)
При расчетах по приведенным уравнениям получены прогнозируемые значения ПДК тетрафторида кремния, соответственно равные 0,19, 0,21 и 0,26 мг/м3. С учетом этих величин в хроническом эксперименте было изучено биологическое действие концентраций 0,12 мг/м3 (прогнозируемый уровень ПДК), 0,85 и 4,8 мг/м3 (порог острого действия на интегральные показатели). Исследование функционального состояния организма крыс осуществляли с применением тестов, использо-
Таблица 1
Выведение фтора (в мг/сут) с мочой у крыс в условиях хронического воздействия тетрафторида кремния
Концент- Период эксперимента
рация мг/м3 (по F-) 2 нед 1 мес 2 мес 3 мес 4 мес восстановительный
О (контроль) 0,12 0,85 4,8
50,1± 48,5± 46,4± ±4,1 ±4,4 ±2,7 64,3± 89,6± 116,7± ±5,0* ±3,1* ±2,9* 165,4± 235,4± 300± ±7,7* ±4,8* ±5,8* 339± 453,7± 525,7± ±14,3* ±9,5* ±7,5*
51,4± 58,5± ±4,3 ±3,9 126,1± 193,4± 136,6± ±4,8* ±3,9* ±4,8* 361 ± 424,1± 330,7± ±19,5* ±16,4* ±13,3* 605,5± 676± 531,9± ±15,5* ±19,5* ±22,1*
44,9± ±2,5
Примечание. Здесь и в табл. 2 звездочка — достоверные различия с контролем (р<0,05).
вавшихся в острых опытах. Дополнительно у животных определяли продолжительность гексе-налового сна, витальное окрашивание печени, содержание сульфгидрильных групп, вторичного продукта окисления липидов — малонового диаль-дегида (МДА), токоферола в крови, содержание фтора в моче и бедренной кости, проводили рентге-ноденситометрические исследования костной системы, патоморфологическое изучение внутренних органов. Для оценки возможного мутагенного действия применяли микроядерный тест.
В трех опытных и контрольной группах находилось по 60 белых крыс. Продолжительность ингаляционного воздействия составляла 4 ч в сутки, общая продолжительность эксперимента — 4 мес. Обследование животных проводили через 2 нед, 1, 2, 3 и 4 мес после начала эксперимента, а также через 1 мес после прекращения воздействия (период восстановления).
При воздействии тетрафторида кремния в концентрации 4,8 мг/м3 у подопытных крыс появлялись признаки интоксикации: снижение двигательной активности, вялость, выпадение шерсти, понижение массы тела, поперечная исчерченность резцов. Уже со 2-й недели эксперимента отмечено снижение СПП, показателей ориентировочной реакции и спонтанной двигательной активности. Эти изменения имели место и в последующие периоды наблюдений, в том числе и через 1 мес после окончания воздействия. Наряду с ними у крыс было отмечено снижение содержания
гемоглобина и числа лейкоцитов в крови, повышение активности ACT, АЛТ, ХЭ, ЛДГ и ЩФ в сыворотке крови, увеличение продолжительности гексеналового сна и сорбции нейтрального красного тканью печени, коэффициентов массы легких, печени, бедренной кости. На 1—3-м месяцах эксперимента у подопытных крыс повышалось содержание в крови свободных сульфгидрильных групп при одновременном снижении содержания SH-групп, связанных с белком. Содержание МДА в крови увеличивалось на 3-м месяце воздействия и достигало уровня контроля в конце восстановительного периода. В этот же период отмечено существенное повышение содержания в крови токоферолов.
Денситометрическими исследованиями рентгенограмм бедренной кости установлено наличие остеосклероза. Воздействие тетрафторида в указанной концентрации приводило к существенному повышению содержания фтора в моче и бедренной кости (табл. 1,2).
При микроскопическом исследовании печени животных выявлены гистиолимфоцитарная инфильтрация портального тракта и внутридолько-вой стромы, жировая дистрофия печеночных клеток, резкое нарушение долькового строения с перидуктальным фиброзом и формированием узлов регенерации. В легких наблюдались участки фибриноидного набухания с выраженным фибри-ноидным некрозом и пневмосклерозом. В коре головного мозга обнаружены дистрофические изменения, в почках — признаки хронического ин-терстициального нефрита.
Воздействие тетрафторида кремния в концентрации 0,85 мг/м3 приводило к снижению прироста массы тела, двигательной активности и ориентировочной реакции, увеличению продолжительности гексеналового сна, повышение коэффициента массы печени и сорбции ее тканью нейтрального красного, активности ACT и ХЭ в сыворотке крови. Активность ЩФ по сравнению с контролем повышалась на 2-м месяце и понижалась на 4-м месяце эксперимента. Изучение состояния антиоксидантной системы показало, что при воздействии данной концентрации повышается содержание в крови свободных SH-rpynn на 2-м и 3-м месяцах воздействия и в конце восстановительного периода.
Содержание фтора в моче и бедренной кости
Таблица 2
Содержание фтора (в мкг на 100 г сухой массы) в бедренной кости крыс при хроническом воздействии тетрафторида кремния
(Л1±т)
Период эксперимента
Концентрация, мг/м3 (по F ) 2 нед 1 мес 2 мес 3 мес 4 мес восстановительный
0 (контроль) 0,12 0,85 4,8
244,7± 10,3 263,6±7,3 299,8±4,5* 317,7±7,6*
258,9± 10,2 288,9±6,1* 321,6±5,6* 411,3±7,5*
247,8±9,2 284,1 ±9,3* 302,4±4,5* 442±11*
241,6±9,9 297,8±5,9* 304,7±5,4* 449,8±8,7*
260,3±7,7 279,4 ±9,2 315,5± 10,5* 509,5±18,3*
269,6±5,9 288,3±7,3 315,2±7,9* 475± 15,6*
возрастало с увеличением продолжительности воздействия и не достигало контрольного уровня в течение восстановительного периода. При этом отмечалось увеличение минеральной насыщенности бедренной кости; в печени наблюдались гиперемия ткани, инфильтрация лимфоидными элементами; в отдельных гепатоцитах выявлялись признаки гидропической и жировой дистрофии мелкокапельного характера. В легких, печени и почках обнаружены нарушения кровообращения.
При воздействии исследуемого газа в концентрации 0,12 мг/м3 изменений со стороны центральной нервной системы и периферической крови не выявлено. На 1—2-м месяцах эксперимента зарегистрированы однократные изменения активности ACT и ХЭ. Содержание естественного анти-оксиданта токоферола в крови было повышено на 2-м и 4-м месяцах воздействия, а также в конце восстановительного периода, что свидетельствует об усилении противоокислительной защиты. Данный выход подтверждается снижением количества МДА в крови подопытных крыс по сравнению с контролем. Содержание фтора в костной системе было повышено по сравнению с контролем на 1—3-м месяцах эксперимента, однако после окончания восстановительного периода уровень элемента не имел статистически достоверных различий с контролем. Рентгенологических признаков остеосклероза не наблюдалось, патоморфо-логические изменения во внутренних органах ограничивались лишь незначительной гиперемией печеночной ткани, появлением лимфоидных и лим-фоидно-эозинофильных пролифератов между печеночными трабекулами, вокруг кровеносных сосудов и желчных протоков.
Подсчет количества микроядер в полихрома-тофильных эритроцитах у животных всех опытных групп не выявил статистически достоверных различий по сравнению с контролем: при воздействии концентрации 4,8 мг/м3 среднее количество микроядер составило 0,028±0,02%, 0,85 мг/м3— 0,02±0,02 %, 0,12 мг/м3— 0,018±0,02 %, в контроле — 0,025±0,02 %.
Таким образом, хроническое воздействие тетра-фторида кремния приводит к изменениям в костной системе, печени, почках, головном мозге, органах дыхания. Степень выраженности патологических изменений и содержание фтора в биосуб-
стратах возрастают с повышением уровней воздействия, причем тетрафторид кремния в концентрации 0,12 мг/м3 вызывает лишь накопление фтора в костях, содержание которого в бедренной кости нормализуется через месяц после прекращения ингаляционного воздействия. По своему биологическому действию тетрафторид близок к фтористому водороду, порог хронического действия которого для белых крыс равен 0,1 мг/м3 [2, 3]. С учетом существенного сходства в характере токсического действия и значениях параметров токсикометрии у фтористого водорода и изученного нами тетрафторида кремния, а также результатов, полученных с применением расчетных методов, ПДКр.з тетрафторида кремния установлены по аналогии с фтористым водородом: средне-сменная на уровне 0,1 мг/м3, максимальная разовая — 0,5 мг/м3 (1-й класс опасности).
Выводы. 1. Экспериментальное изучение токсических свойств тетрафторида кремния свидетельствуют о высокой опасности острого ингаляционного отравления данным веществом. Избирательного раздражающего действия на органы дыхания данное соединение не оказывает.
2. В условиях хронического воздействия тетрафторида кремния выявлено его политропное действие на организм животных. При этом у крыс отмечались изменения со стороны органов дыхания, печени, почек, нервной системы, костной ткани, а также ферментативного статуса, процессов перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы.
3. По характеру токсического действия и значениям параметров токсикометрии тетрафторид кремния сходен с ранее нормированным фтористым водородом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вредные вещества в промышленности / Под ред. Н. В. Лазарева,—М„ 1977,—Т. 3.—С. 40—41.
2. Г рехова Т. Д. Особенности токси коки нетики и токсико-динамики фтора при интермиттирующем воздействии на
организм: (Экспериментальное исследование): Автореф. дис. ...канд. биол. наук.— М., 1983.
3. Давыдова В. И., Щербаков С. В., Протко Э. Г. и др. // Гиг. труда,— 1980,— № 1,—С. 15—18.
Поступила 12.01.90
3 Гигиена и санитар. № 5 33
