CC BY
10
УДК 617.72:бв 1.2481-07:612-014.48
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЙСТВИЯ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ СЕРНИСТОГО АНГИДРИДА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НА ОРГАНИЗМ
Е. В. Елфимова, М. И. Гусев
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Одним из важных источников загрязнения воздуха сернистым ангидридом служат предприятия черной металлургии, что подтверждается гигиеническими исследованиями состояния атмосферы вокруг этих заводов (Д. Н. Калюжный; Е. В. Елфимова; Е. В. Елфимова и Н. Н. Пушкина; А. П. Махиня, и др.). Загрязнение воздушной среды сернистым газом распространяется более чем на 10 км от них. Наибольшие максимально разовые концентрации его, превышающие допустимую в 5—13 раз, обнаружены в 3 км от источников выбросов (Е. В. Елфимова). При современной мощности заводов и существующей очистке промышленных выбросов от вредных веществ радиус интенсивности загрязнения атмосферы сернистым ангидридом значительно шире утвержденной СН 245-63 санитарно-защитной зоны для металлургических предприятий (1000 м).
Население, проживающее вблизи заводов, указывает на интенсивную запыленность и загазованность воздуха, ухудшающие санитарно-бытовые условия жизни. Оно лишено возможности проветривать квартиры. Опрошенные лица предъявляли жалобы на загрязнение воздуха неприятно пахнущими веществами, которые иногда вызывают болезненные ощущения в горле, головную боль, кашель, тошноту и затрудненное дыхание.
С целью устансвления влияния загрязненного промышленными выбросами атмосферного воздуха на состояние здоровья населения, проживающего в районах высокой загазованности, проведено медицинское обследование школьников первых 3 классов. Для выявления специфического действия сернистого ангидрида на организм были использованы биохимические методы определения его в крови и выведения витамина С с мочой. Установлены повышенная общая заболеваемость и заболеваемость верхних дыхательных путей, наличие сернистого ангидрида в крови (от следов до 0,12 мг%) и гиповитаминозное состояние у детей загазованных районов по сравнению с детьми контрольной группы. При этом обнаружена закономерная связь между содержанием сернистого газа в крови и изменением физиологических реакций организма. С повышением концентраций в воздухе сернистого газа увеличивается его содержание в крови и снижается выведение аскорбиновой кислоты с мочой (Е. В. Елфимова и Н. Н. Пушкина).
Резорбтивное действие сернистого ангидрида на уровне 5 и 10 мг/м3 при круглосуточном ингаляционном поступлении его в организм изучала К. А. Буштуева. Обе концентрации, по ее данным, оказались действующими и вызвали неспецифические сдвиги в органах и системах подопытных животных. Изученные К. А. Буштуевой концентрации сернистого ангидрида значительно превышали предельно допустимые — максимально разовую (0,5 мг/м3) и среднесуточную (0,15 мг/м3). Более низкие концентрации га-
1*
з
за при длительном ингаляционном воздействии на организм не исследовались. Мы поставили задачу изучить в условиях эксперимента на животных биологическое действие на организм сернистого ангидрида и определить допустимое среднесуточное содержание его в атмосфере населенных мест. В процессе хронического эксперимента испытаны 3 концентрации сернистого ангидрида —1,5, 0,5 и 0,1 мг/м3. В соответствии с заданными концентрациями газа животные были распределены на 4 группы по 15 в каждой; одна группа служила контролем.
Для выявления возможных сдвигов в физиологических реакциях организма использован ряд тестов, характеризующих различные стороны жизнедеятельности животных. Во время экспозиции и в восстановительный период мы вели наблюдения за общим состоянием животных, их весом, содержанием эритроцитов и гемоглобина, люминесцирующими лейкоцитами и нуклеиновыми кислотами, выделением копропорфирина и витаминов С, В1 и В2 с мочой, скрытым временем рефлекса и биоэлектрической активностью коры головного мозга. По окончании затравки, в течение.восстановительного периода и по окончании его у части животных проведены патоморфо-логические исследования внутренних органов и тканей.
На протяжении 96 суток затравки и 102 суток восстановительного периода подопытные животные были одинаково активны, равномерно прибавляли в весе, не имели каких-либо различий в поведении. У животных 1-й группы, получавших наибольшую концентрацию сернистого газа (1,5 мг/м3), в конце экспозиции выявлено достоверное увеличение (99,9%) количества эритроцитов и гемоглобина. Через 39 суток восстановительного периода эти показатели сравнялись с контрольными. Во 2-й группе животных (концентрация сернистого ангидрида 0,5 мг/м3) в самом начале восстановительного периода наблюдалось снижение содержания эритроцитов (достоверность 99,9%), а к концу периода затравки оно постепенно повысилось до исходного уровня. Изменений в содержании гемоглобина не отмечалось.
В 3-й группе животных (концентрация сернистого ангидрида 0,1 мг1м3) сдвигов в содержании эритроцитов и гемоглобина не обнаружено. Изменение этих показателей у животных 1-й и 2-й группы с последующим быстрым восстановлением указывает на общетоксическое действие изучаемого газа, в ответ на которое в организме возникают компенсаторные реакции со стороны крови.
Исследуя хроническое действие микроконцентраций сернистого ангидрида, мы использовали ряд биохимических тестов, которые, по данным многих авторов, способствуют выявлению ранних и незначительных сдвигов, возникающих в физиологических реакциях организма. Так, с помощью спектрофотометрического метода (А. С. Спирин; П. В. Симаков) установлено, что круглосуточное вдыхание сернистого ангидрида в концентрациях 1,5—0,5 мг/м3 нарушает синтез нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), вызывает снижение их суммарною количества в крови крыс. По нашим наблюдениям, у животных 1-й и 2-й группы эти изменения обнаружены во второй половине затравки (степень достоверности 9Э,9—95%). В 1-й группе животных сниженное количество нуклеиновых кислот держалось несколько дольше, чем во 2-й. К концу экспозиции в обеих группах содержание нуклеиновых кислот нормализовалось.
Токсическое действие сернистого газа, оказавшзе влияние на суммарное содержание нуклеиновых кислот крови, существенным образом отразилось и на составе тех же кислот лейкоцитарной клетки. Изменился ее физико-химический состав, в результате чего увеличилось количество лейкоцитов с измененным люцинесцирующим свечением. У крыс 1-й и 2-й группы эти изменения наступили через 2 недели от начала затравки и продолжались до конца экспозиции. Максимальное количество лейкоцитов с оранжевым свечением (41,5 и 28,0%) зафиксировано на 4-й неделе затравки (степень достоверности 99,9%). У животных 3-й группы количество лю-
минесцирующих лейкоцитов с измененным свечением на протяжении всего эксперимента не отличалось от количества их в контрольной группе. Возникновение изменений в биохимических реакциях животных, затравленных микроконцентрациями сернистого газа, подтвердилось также и при выведении копропорфирина с мочой.
Содержание копропорфирина в моче животных определялось с помощью спектрофотометра СФ-4 (М. И. Гусев и Ю. К. Смирнов). Найдено снижение экскреции копропорфирина у крыс 1-й и 2-й группы во вторую половину затравки. Минимальное выделение его у этих животных зарегистрировано через 7 недель от начала круглосуточного воздействия газа. В 1-й группе крыс выделялось 0,175 мкг копропорфирина на 100 г веса, во 2-й группе — 0,381 мкг, а в контрольной — 0,744 мкг. В последующие дни затравки количество выводимого копропорфирина несколько возросло, но до конца экспозиции и в начале восстановительного периода оно оставалось на более низком уровне по сравнению с контролем. Изменений в порфириновом обмене крыс 3-й группы не наблюдалось.
Нарушение обмена витаминов С, В1 и В2 проявилось в изменении их количества, выделяемого с мочой. Показано достоверное снижение выведения витамина В2 у первых 2 групп животных в начале затравки (степень достоверности у обеих групп 95%). Во второй половине экспозиции у тех же животных отмечено повышение выделения витамина С и снижение выделения витамина В! по сравнению с контрольными животными (достоверность 99,0—99,9%). К концу экспозиции обмен витаминов нормализовался. В 3-й группе животных выведение витаминов не отличалось от экспозиции их в контрольной группе. Уменьшение выделения витамина Вх с мочой можно объяснить связыванием сернистого газа с тиамином крови, а повышение выделения витамина С — расщеплением связанной аскорбиновой кислоты. Быстрая нормализация выведения витаминов в 1-й и 2-й группе животных указывает на реакцию защитно-приспособительных функций организма в ответ на действие сернистого газа.
Для исследования функционального состояния центральной нервной системы у подопытных животных использованы методы определения скрытого времени безусловной рефлекторной оборонительной реакции и биоэлектрической активности коры головного мозга животных. Скрытое время рефлекторной реакции определялось хронорефлексогенометром, предложенным С. И. Горшковым. Этот прибор дает возможность регистрировать время (в сигмах) появления двигательной реакции на действие болевого раздражителя (елсблй электрический ток) в сторону как увеличения, так и снижения лабильности.
Наблюдая динамику изменения скрытого времени безусловнорефлек-торной оборонительной реакции, мы через 30 дней затравки у животных 1-й группы установили увеличение его, продолжавшееся до конца экспозиции и носившее волнообразный характер. Во 2-й группе достоверное увеличение скрытого времени оборонительной реакции появилось через 2 месяца после начала затравки и держалось на протяжении месяца в восстановительном периоде. В конце затравки и в начале восстановительного периода зафиксировано снижение скрытого времени рефлекса и у животных 3-й группы. Достоверность полученных результатов по отношению к контрольным животным составляла, как и в первых 2 группах, 95%.
Удлинение скрытого времени безусловнорефлекторной оборонительной реакции у крыс 1-й и 2-й группы свидетельствует о снижении лабильности и ухудшении функционального состояния центральной нервной системы, а укорочение скрытого времени рефлекса у крыс 3-й группы указывает на повышение лабильности, возникшей под действием малых концентраций сернистого газа (0,1 мг/м3).
По окончании затравки сразу же была проведена электроэнцефалографическая запись биотоков головного мозга затравленных животных по методике, разработанной М. X. Хачатурян и Е. В. Елфимовой. В качест-
ве функциональных нагрузок применяли 2 кривые реактивности: первая — на частоте раздражения 6 гц и вторая — на частоте раздражения 12 гц (М. Н. Ливанов). У всех животных, которым производили затравку, в сравнении с контрольными животными обнаружены изменения в биоэлектри-
Рис. 2. Катаральный трахеит крысы, затравленной сернистым ангидридом в концентрации 1,5 мг/м3. Просвет трахеи заполнен гноем и слизистой массой. Стенка трахеи инфильтрирована лим-
фоидными элементами. Окрашивание гематоксилин-эоэннон. Об. 20Х, ок. 10Х.
ческой реакции коры головного мозга на ритмический свет по показателям анализатора и интегратора. По-видимому, эти сдвиги свидетельствуют о повышении возбудительных свойств мозговой ткани.
Повторные обследования, проведенные через 2 месяца после затравки, показали полное восстановление функционального состояния центральной нервной системы у крыс 3-й группы; у животных 1-й и 2-й группы оно было частичным. После окончания затравки часть подопытных и контрольных животных была подвергнута патологоанатомическим исследованиям. При вскрытии у животных 1-й и 2-й группы выявлено полнокровие селезенки и в единичных случаях слабо выраженные дегенеративные изменения в печени, а в 3-й группе — только полнокровие селезенки. Патогистологическими исследованиями внутренних органов у белых крыс после хронической затравки сернистым ангидридом в концентрации 1,5 мг/м3 в легких обна-
Рис. 1. Очаг межуточной пневмонии в легком крысы, затравленной сернистым ангидридом в концентрации 1,5 мг/м3. Просветы альвеол спавшиеся, альвеолярные перегородки утолщены за счет набухания альвеолярного эпителия и гистиоцитов.
Окрашивание гематоксилин-эозином. Об. 40Х . ок. 10 X.
Рис. 3. Дегенерация клеток паренхимы печени крысы, затравленной сернистым ангидридом в концентрация 1,5 мг/м3. Набухание и мутность протоплазмы паренхиматозных клеток, нечеткость границ, небольшие участки деструкции балок, ядра частично лизированы. Окрашивание гематокс клин-эозином. Об. 60Х, ок. 10Х.
ружены очаговая межуточная пневмония (рис. 1), катаральный бронхит, трахеит (рис. 2) и перибронхит, а в печени (рис. 3), сердце и почках — слабо выраженные дистрофические изменения. Что касается центральной нервной системы, то обратимые изменения (без локализации) выявлены в крупных нейронах стволовой части большого продолговатого мозга и мозжечка. Под действием сернистого газа в концентрации 0,5 мг/м3 описанные изменения в органах и тканях животных были выражены значительно слабее. У крыс, которым производили затравку сернистым газом в концентрации 0,1 мг/м3, патогистологические изменения в исследуемых органах и центральной нервной системе не установлены.
Через 40 дней восстановительного периода возникшие под действием сернистого газа изменения во внутренних органах и центральной нервной системе полностью не были сняты. Только через 102 дня после вдыхания газа патоморфологическая картина у забитых экспериментальных животных 1-й и 2-й группы не отличалась от той, которая была в контроле1.
Материалы экспериментальных исследований показывают, что хроническая затравка сернистым газом в концентрации 0,1 мг/м3 вызывает у подопытных животных снижение скрытого времени безусловнорефлек-торной оборонительной реакции и приводит к достоверным изменениям физиологического состояния центральной нервной системы по показателю биоэлектрической реакции в ответ на ритмическое световое раздражение разной частоты и интенсивности. Эгу концентрацию можно рассматривать как пороговую по токсическому действию на организм.
На основании экспериментальных данных было предложено снизить установленную расчетным путем средиэсуточную предельно допустимую концентрацию сернистого газа в атмосферном воздухе с 0,15 до 0,05 мг/м3. Предложенная концентрация утверждена Министерством здравоохранения СССР в качестве гигиенического норматива.
ЛИТЕРАТУРА
Буштуева К. А. Гиг. и сан., 1964, № 10, с. 8. — Горшков С. И. В кн.: О современных методах гигиенических исследований. М., 1964, с. 9. —Гусев М. И., Смирнов Ю. К- В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. М., 1960, в. 4, с. 139. — Елфимова Е. В. и др. В кн.: Вопросы гигиены планировки и санитарной охраны атмосферного воздуха. М., 1966, с. 141.— Елфимова Е. В., Пушкина Н. Н. Гиг. и сан., 1966, № 2, с. 85.—К алюжный Д. Н. Санитарная охрана атмосферного воздуха от выбросов предприятий черной металлургии. Киев, 1961. — Ливанов М. Н. Изв. АН СССР. Серия биол., 1944, № 6, с. 339. —Махиня А. П. В кн.: Вопросы гигиены планировки и санитарной охраны атмосферного воздуха. М., 1966, с. 159.—X ачатурян М. X., Елфимова Е. В. Гиг. и сан., 1967, № 10, с. 53.
Поступила 20/V 1968 г.
HYGIENIC FEATURES OF THE ACTION OF SMALL CONCENTRATIONS OF SULFUROUS ANHYDRIDE ON MAN IN THE ATMOSPHERE
E. V. Elfimova, M. I. Gusev
As a result of questioning the population and medical examination of school children, living in the region of metallurgical works, it was found that the air contamination with industrial discharges had an unfavorable effect on sanitary-living conditions and the state of health of the surrounding population. The children presented a high incidence of the upper respiratory tract ailments. Besides, there was sulfurous gas in their blood and a fall of vitamin С excretion in the urine. An experimental study of the resorptive action of sulfurous gas, carried out over albino rats under condition of continuous poisoning for a period of 3 months, pointed to the necessity of decreasing the previously determined daily average maximum permissible concentration of sulfurous anhydride in the atmosphere down to the level of 0.50 mg/m3.
1 Патоморфологические исследования проведены A. H. Сергеевым.
