CC BY
8
tration of 0.14 mg/m3 caused a rise in the blood basic reserve, an increase of the amount of oxygen consumed and a shortening of the reflex latent period. If only valeric acid varours were at a concentration of 0.006 mg/m3 no chagnes occurred in the state of the above mentioned indices. This concentration is suggested by the authors as the daily average maximum permissible concentration of investigated vapours in the atmosphere.
УДК 613.32:546.78
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ К ОБОСНОВАНИЮ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОЛЬФРАМА В ВОДЕ ВОДОЕМОВ
В. Г. Надеенко
Свердловский институт гигиены труда и профзаболеваний
Вольфрам обладает рядом ценных свойств, благодаря этому он является одним из важнейших для современной техники металлов. Наиболее распространенный метод получения его — гидрометаллургический. На отдельных этапах производства вольфрама этим способом образуются сточные воды, в которых он содержится в значительном количестве. По данным Г. И. Абашкина и Г. М. Погосяна, загрязнение им сточных вод возможно в пределах 0,4—2 г/л (в пересчете на вольфрамовую охру). Вместе с тем некоторые авторы указывают, что водно-растворимые соединения вольфрама обладают общетоксическими свойствами (Kinard, van De Erve; Stepan и Fridrich, и др.).
Ставя своей задачей установить предельно допустимую концентрацию (ПДК) вольфрама в водоемах, мы изучили степень вредности вольфрамата натрия, фосфорновольфрамовокислого натрия и вольфрамового ангидрида1 как веществ, которые хорошо растворимы в воде и могут поступать в водоемы со сточными водами. При выполнении работы были соблюдены основные принципы нормирования вредных веществ в водоемах (С. Н. Черкинский).
Прежде всего нами была изучена стабильность соединений вольфрама в воде. Содержание его в растворах определяли колориметрической методикой, разработанной в нашем институте.
Чувствительность методики без экстракции 0,01 мг/л, с экстракцией эфиром-—0,001 мг/л. Все три изученных соединения вольфрама стабильны в воде. При pH растворов, близком к среде водоемов (6,5— 8,45), на 3-й сутки отмечено уменьшение вольфрама на 10—15%, а на 10-е сутки — лишь на 20—30% по сравнению с исходным уровнем.
Существенного влияния на органолептические свойства воды соединения вольфрама не оказывают. Их водные растворы бесцветны и лишены запаха. Если в воде содержится вольфрам на уровне 6,25 мг/л, то она приобретает слабый вяжущий привкус (2 балла); с увеличением концентрации интенсивность привкуса усиливается.
Изученные нами соединения вольфрама не влияют на санитарный режим водоема. При концентрации вещества 1 мг/л резко тормозятся процессы биохимического потребления кислорода (рис. 1), несколько задерживаются процессы аммонификации и фаза нитрификации органических соединений, замедляется рост сапрофитной микрофлоры. Тормозящее действие соединений вольфрама при концентрации 0,1 мг/л выражено слабее и не превышает 10—20% по сравнению с контролем,
1 Концентрации соединений вольфрама были приняты в пересчете на вольфрам.
1 0
а при концентрации 0,01 мг/л процессы самоочищения водоема практически протекают так же, как и в контроле.
Ввиду того что в естественных условиях биохимические процессы протекают быстрее (Кй<хе11 и КосЫШгку), концентрацию вольфрама 0,1 мг/л, вызывающую торможение процессов биохимического потребления кислорода на 10—20%, можно принять как пороговую по влиянию на общий санитарный режим водоема.
Литература, посвященная токсичности вольфрама и его соединений, бедна. Большинство исследований в этой области носит характер кратковременных экспериментов с использованием ограниченного числа методов оценки функционального состояния подопытных животных. Описания хрвнического действия малых доз соединений вольфрама нам не удалось найти, в связи с чем мы не могли судить, насколько опасно
Рис. 1. Влияние соединений вольфрама на динамику биохимического потребления кислорода. / — контроль; 2 — доза 0,0! мг/л; 3 — доза 0,1 мг/л; 4 — доза 1 мг/л.
длительное употребление малых количеств вольфрама с питьевой водой. Для выяснения этого вопроса мы поставили серии специальных санитарно-токсикологических опытов.
Для выявления сравнительной токсичности соединений вольфрама в остром опыте были определены их смертельные дозы на 300 белых мышах и 40 белых крысах. Результаты, полученные в остром опыте, обработаны статистическим способом пробит-анализа по графическому методу Миллера и Тейнтера. Установлено, что среднесмертельная доза (ЬЕ)50) вольфрамата натрия для мышей находится на уровне 240± 13,5 мг/кг и для крыс—1190,0± 129,5 мг/кг; фосфорновольфрамово-кислого натрия для мышей — 700,0±79 мг/кг и для крыс — 1600,0±201 мг/кг. Вольфрамовый ангидрид оказался менее токсичным, чем вольфрамат натрия и фосфорновольфрамовокислый натрий. При введении этого соединения в дозе 840 мг/кг погибла половина животных, а дальнейшее повышение доз (до 2500 мг/кг) не дало прироста процента смертельных исходов. Меньшая токсичность вольфрамового ангидрида, по-видимому, связана с его более низкой растворимостью. Клиническая картина острого отравления разных животных соединениями вольфрама мало чем отличалась. У всех мышей и крыс вслед за кратковременным возбуждением наступала двигательная заторможенность. Животные сидели, выгнув спину, тонус мышц у них резко понижался, у части мышей наблюдался парез задних конечностей. .
Для того чтобы правильно подобрать животных к длительному токсикологическому эксперименту, мы продолжили острый опыт теперь уже на кроликах и морских свинках. Животным вводили вольфрамат натрия — наиболее токсичное соединение вольфрама. Удалось выявить одинаковую чувствительность к вольфраму морских свинок и крыс
Таблица 1
Сравнительная токсичность вольфрамата натрия (в мг/кг) для лабораторных животных
Вид животных LD„ LDso LD100
Кролики..... Морские свинки Крысы...... 500 500 700 875 1 152 1 190 1 500 2 000 2 000
и несколько более высокую чувствительность у кроликов (табл. 1).
Кумулятивные свойства вольфрама, изученные в опытах на белых мышах и крысах, оказались слабо выраженными. Дробное введение абсолютно смертельной дозы вещества вызвало смертельные исходы у 20% мышей и 30% крыс.
Избирательное действие вольфрама на отдельные функции и системы организма изучено в подостром опыте на белых крысах и кроликах. Животным перорально вводили вольфрамат натрия как наиболее токсичное из исследованных нами соединений вольфрама в дозах 100, 50, 25 и 10 мг/кг. Максимальная доза составляла Vio LD50 для крыс. Мы вели наблюдения, за общим состоянием, поведением и весом белых крыс и кроликов, за морфологическим составом крови и активностью холинэстеразы крови белых крыс (по Фишеру и Поупу), содержанием SH-групп в цельной крови и сыворотке кроликов (амперомет-рическое титрование по методу Кольтгоффа и Гарриса) с параллельным определением уровня общего белка и соотношения белковых фракций сыворотки крови, гликогенообразовательной (Кинг и Айткен) и протромбинообразовательной функцией печени этих животных. По окончании подострого опыта органы животных, получавших максимальную и минимальную дозы вещества, были подвергнуты патолого-гистологическому исследованию.
Оказалось, что вольфрамат натрия во всех испытанных дозах вызывает у крыс замедление роста белых крыс и ослабление активности холинэстеразы крови, а у кроликов снижение содержания SH-групп в цельной крови и сыворотке, нарушение гликогенообразовательной функции печени. При гистоморфологическом исследовании выявлено, что при пероральном .введении вольфрамата натрия в дозах 100 и 10 мг/кг во внутренних органах (желудочно-кишечном тракте, печени, почках) животных повышается сосудистая проницаемость с возникновением кровоизлияний, развиваются дегенеративно-дистрофи-ческие изменения и появляется умеренная пролиферативно-клеточная реакция.
В хронических опытах, целью которых явилось установление пороговых и недействующих концентраций, дозировки изучаемого вещества были уменьшены. Кроликам (по 7 животных в группе) вольфрамат натрия вводили в течение 8 месяцев в дозах 5, 0,5 0,05 и 0,005 мг/кг; крысам в течение 7 месяцев вводили 0,5, 0,05 и 0,005 мг/кг. Минимальная доза вольфрама (0,005 мг/кг) находилась на уровне пороговой концентрации по влиянию на общий санитарный режим водоемов (0,1 мг/л). В течение всего периода затравки существенных отклонений в поведении подопытных животных, в динамике их веса и составе периферической крови не обнаружено.
Исследование щелочной фосфатазы крови (по Г. К. Шлыгину и С. Я- Михлину) показало, что вольфрам в дозе 5 мг/кг вызывает стойкое угнетение активности фермента. При введении вещества в дозе 0,5 мг/кг изменения последней носили непостоянный характер. В конце затравки кратковременное снижение активности фермента отмечено и у животных, получавших вольфрам в дозе 0,05 мг/кг (табл. 2). Доза 0,005 мг/кг не влечет за собой торможения активности щелочной фосфатазы крови.
Примерно такое же действие оказывает вольфрам и на активность холинэстеразы крови. При введении животным его в дозе 5 мг/кг тормозящий эффект выявляется с 4-го месяца затравки; доза 0,5 мг/кг вы-
Таблица 2
Влияние вольфрамата натрия на активность щелочной фосфатазы крови кроликов в конце хронической затравки (в условных единицах)
Доза вольфрама (в мг/кг) Статисти- Период затравки (в месяцах)
ческим критерий 4 5 6 7 8
5,0 М±т Р 126±6,6 >0,05 125±3,7 0,01 107±5,2 0,002 111 ±5,6 0,01 107 ±3,2 0,001
0,5 М±т Р 132±7,1 0,25 125±3„3 0,01 118±3,8 0,02 128±5,8 >0,5 126±6,5 0,5
0,05 М±т Р 125±8,8 0,25 138 ± 4,2 >0,5 118±4,3 0,05 117±4,2 0,05 125±4,9 0,5
0,005 М±т Р 130±5,2 0,1 142±2,2 0,5 131 ±3,2 >0,5 129±3,4 0,5 • 123±7,0 0,5
Контроль М±т Р 141 ±3,6 140±3,3 130±2,9 135±5,8 131 ±4,5
!
1
70
во
50
40
зывает торможение активности фермента лишь на 8-м месяце затравки. Более низкие дозировки вещества не изменяют активности холинэсте-разы крови (рис. 2).
Дозы вольфрама 5 и 0,5 мг/кг на 5-м месяце затравки оказывают блокирующее действие на SH-группы сыворотки крови и на б—7-м месяце затравки обусловливают снижение утилизационной способности печени. Так, судя по нашим наблюдениям, через 1 час после внутривенной нагрузки галактозой „ содержание сахара в кро- § ви животных указанных | //0 групп было выше контро- g ля на 20—25%- Если че- ^ ,OQ рез 2 часа введенный в ^ кровь сахар практически *§ ^ полностью усваивался пе- ^ ченью контрольных кроли- g ков, то у подопытных жи- 60 вотных содержание его £ в крови достигало 10 мг%-Дозы 0,05 и 0,005 мг/кг не оказали влияния на SH-группы и гликогенообра-зовательную функцию пе чени.
Функциональное состояние центральной нервной системы у белых крыс изучено нами методом условных рефлексов. Был применен ускоренный вариант двигательно-пище-вой методики (С. Н. Чер-
кинский и соавторы, и др.). Исследование условнорефлекторной деятельности мы проводили в камере системы проф. Л. И. Котляревского. Одна из групп животных была контрольной, остальным вводили воль-фрамат натрия в дозах 0,5, 0,05 и 0,005 мг/кг.
Нарушение условнорефлекторной деятельности животных при действии доз вольфрама 0,5 и 0,05 мг/кг наиболее четко проявилось в
/ г з 4 s 6 7 а
Время зотробки (6 месяцах)
Рис. 2. Влияние вольфрама на активность холин-эстеразы крови при хронической затравке.
1 — контроль; 2 — доза 5 мг/кг; 3 — доза 0,5 мг/кг; 4 — доза 0,05 мг/кг; 5 — доза 0,005 мг/кг.
период формирования стереотипа: в контроле латентный период на звонок был равен 0,9 сек., а на свет — 2 сек., а у затравленных животных—соответственно 1,7—1,6 и 2,4—2,7 сек. У животных, получавших максимальные испытанные дозы вольфрама, отмечено большее число выпадений условной реакции на свет и звонок.
Дифференцировка у животных всех групп не была выработана, однако применение отрицательного сигнала (зуммер) позволило выявить ослабление тормозного процесса, выразившееся в повышении процента последовательного торможения также у животных, получавших вольфрам в дозе 0,5 и 0,05 мг/кг. О нарушениях условнорефлек-торной деятельности животных свидетельствовало и статистически достоверное увеличение числа фазовых состояний (уравнительная и
Рис. 3. Показатели условнорефлекторной деятельности белых крыс в
конце хронического опыта. А — число выпадений условных рефлексов; Б — процент фазовых состоянии; В — угашение и восстановление положительной условной реакции; / — контроль; 2 — доза 0,005 мг/кг-, 3 — доза 0,05 мг/кг; 4 — доза 0,5 мг/кг.
парадоксальная фаза). Проба на угашение и восстановление условного рефлекса на звонок показала, что у животных резко снижается подвижность нервных процессов в коре головного мозга.
Доза вольфрама 0,005 мг/кг не оказала влияния на условнореф-лекторную деятельность животных (рис. 3).
В конце затравки мы определяли содержание SH-групп в ткани мозга и печени крыс. Оно оказалось достоверно сниженным в мозгу животных только при дозе вольфрама 0,5 мг/кг и в печени при дозах 0,5 и 0,05 мг/кг.
После хронической затравки мы определяли содержание вольфрама в крови, печени, бедренной кости, кишечнике и почках подопытных животных. Наиболее высокое содержание изучаемого элемента выявлено у животных, подвергавшихся воздействию изучаемого вещества в дозах 5 и 0,5 мг/кг. Доза 0,05 мг/кг обусловила менее выраженное, но статистически достоверное накопление вольфрама во внутренних органах, а доза 0,005 мг/кг несколько повысила его содержание только в крови и кишечнике, тогда как в печени, костной ткани и почках существенной задержки вещества не произошло. Следует указать, что нам удалось не только установить факт материальной кумуляции вольфрама в организме при длительном введении его в желудочно-кишечный тракт, но и обнаружить этот элемент в крови и органах контрольных животных, подтвердив тем самым данные Г. И. Донцова (1965) о постоянном присутствии его в организме.
При патологогистологическом исследовании животных не найдено изменений в пищеводе и толстом кишечнике при всех испытанных нами
дозах вольфрама. У кроликов, получавших вольфрам в дозе 5 мг/кг, наблюдалась повышенная лимфоидная инфильтрация апикальных частей ворсинок и некробиоз их концевых частей в отдельных местах слизистой оболочки. В тонком кишечнике крыс, которым вводили вольфрам в дозе 0,5 мг/кг, выявлены разрушения в концевых частях ворсинок с некробиотическими изменениями. В легких, печени и селезенке всех животных патологических изменений не оказалось. В коре головного мозга не обнаружены изменения при дозе 0,005 мг/кг.
1. Вольфрам способен придавать воде специфический вяжущий привкус, порог ощущения которого установлен на уровне 6,25 мг/л.
2. Пороговая концентрация вольфрама по влиянию на санитарный режим водоема равна 0,1 мг/л.
3. При 8-меся^ном пероральном введении вольфрама в дозах 5 и 0,5 мг/кг нарушается функциональное состояние организма подопытных животных, а также происходят морфологические изменения в их пищеварительной системе и коре головного мозга. Вольфрам в дозе 0,05 мг/кг не вызывает заметных биохимических сдвигов в организме животных, но влияет на условнорефлекторную деятельность белых крыс; поэтому доза вольфрама 0,05 мг/кг может рассматриваться как подпороговая.
4. Доза вольфрама 0,005 мг/кг (0,1 мг/л) в хроническом опыте оказывается недействующей; это соответствует пороговой концентрации вольфрама по влиянию на санитарный режим водоема, равной 0,1 мг/л.
5. Сопоставление данных комплексного исследования позволяет рекомендовать ПДК вольфрама в водоемах на уровне 0,1 мг/л (по токсикологическому признаку вредности).
А б а ш и и Г. И., П о г о с я н Г. М. Технология получения вольфрама и молибдена. М., 1960. — Денцов Г. И. Здравоохр. Туркменистана, 1965, № 4, с. 11. — Черкин-ский С. Н., Михлашевский В. Е., Мурзахаев Ф. Г. В кн.: Санитарная охрана водоемов от загрязнения промышленными сточными водами. М., 1964, в. 6, с. 340.— Kittreil F., Kochititzky I. Цит. С. Н. Черкинский. Руководство по коммунальной гигиене. М., 1962, т. 2, с. 505. — К i п а г d F. W, van De Erve I, J. med. Sei, 1940, v. 199, p. 668. — St ер an I., Tridrich E., Wol. Dtsch., Z. ges. gerichtl. Med., 1961, Bd 51, S. 7.
EXPERIMENTAL DATA TO SUBSTANTIATE THE MAXIMUM PERMISSIBLE CONCENTRATION OF WOLFRAM IN WATER BODIES
A whole complex of investigations was carried out in order to substantiate the standard value of wolfram in water bodies. Chronic poisoning of experimental animals per os with sodium woliramate at doses of 5, 0.5, 0.005 mg/kg caused a series of shifts in the state of body functioning. At the same time morphological lesions were detected in the cerebral cortex and the gastrointestinal tract. The ineffective dose of wolfram in the toxicologic test amounted to 0.005 mg/kg, corresponding to 0.5 mg/1.
The author recommends the maximun permissible concentration of wolfram in the water bodies to be set at a level of 0.1 mg/1 (according to its toxicologic property).
Выводы
ЛИТЕРАТУРА
Поступила 11/11 1966 г.
V. G. Nadeenko
