CC BY
9УДК [615.9:662.164].032.23
Е.И.Малочкина*, З.И.Горбунова, О.А.Ходаковская, Л.Д.Глухова, В.А.Петрунин
ИНГАЛЯЦИОННАЯ ТОКСИЧНОСТЬ БИТУМНО-СОЛЕВЫХ МАСС, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ УНИЧТОЖЕНИИ ЗАРИНА, ЗОМАНА И РОССИЙСКОГО УХ
ФГУП «ГосНИИОХТ», Москва
Исследована ингаляционная токсичность битумно-солевых масс (БСМ), полученных при уничтожении зарина, зомана и российского УХ по двухстадийной технологии. Установлены пороговые и недействующие концентрации летучих компонентов БСМ зарина, зомана и российского УХ при однократном 4-часовом ингаляционном воздействии на крыс самцов и самок линии ^Маг.
Ключевые слова: уничтожение ОВ, битумно-солевые массы зарина, зомана и КУЯ, ингаляционная токсичность, пороговые концентрации.
Введение. В соответствии с Федеральной программой уничтожения химического оружия на объекте уничтожения в п. Щучье Курганской области реализована двухстадийная технология уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) — зарина, зомана и российского УХ [2]. Конечными продуктами уничтожения ФОВ являются малоопасные битум-но-солевые массы (БСМ). На уровне чувствительности современных аналитических методов следовых количеств зарина, зомана и российского УХ (ЯУХ) в битумно-солевых массах не обнаружено [7].
Полученные битумно-солевые массы отправляют на полигон захоронения, располагающийся в непосредственной близости от промышленной зоны объекта уничтожения.
В случае возникновения аварийных ситуаций в производственных помещениях растари-вания БСМ на объекте уничтожения химического оружия (УХО) может иметь место поступление в легкие паров токсических веществ из БСМ. Не исключено выделение летучих компонентов из БСМ фосфорорганических отравляющих веществ в воздушную среду при их длительном хранении.
Целью данной работы явилась оценка острой ингаляционной токсичности БСМ при различных температурных режимах обращения.
Материал и методы исследования. Объектами исследования являлись битумно-солевые массы — продукты детоксикации зарина, зомана, ЯУХ и битум дорожный марки БНД 60/90. Образцы БСМ представляют собой твердые массы черного цвета со слабым специфическим запахом, пластичные при нагревании.
* Фрагмент диссертационной работы
Эксперименты выполнены на белых крысах обоего пола линии '¡81аг массой 200—220 г. Экспериментальные исследования проводили в 200-литровых ингаляционных камерах динамическим способом. Паро-воздушную смесь создавали путем барботирования воздуха через слой расплавленного БСМ. Заданная температура поддерживалась автоматически с помощью термостата, заполненного глицерином. Интервал температур составлял 30—130°С. Постоянное перемешивание насыщенных паров воздуха, поступающего в ингаляционную камеру, осуществлялось вентилятором. Воздух из камеры выходил самотеком. Количество воздуха, проходящего через камеру, определяли ротаметром. В модельных камерах находилось одномоментно 12 животных. Скорость поступления паро-воздуш-ной смеси составляла 12 литров в минуту из расчета 1 литр в минуту на 1 крысу. Отбор проб воздуха проводили каждый час в течение 4-часовой экспозиции. Учет концентраций осуществляли по средней величине 4-х измерений за эксперимент.
Для определения состава парогазовой смеси была выбрана газожидкостная хроматография — хроматографы НР5890 с масс-селективным детектором и «Цвет-500» с термоионным детектором.
В каждой статистической группе (контрольной и опытной) использовали 12 животных (6 самцов и 6 самок). Контрольная группа животных находилась в течение эксперимента в «чистой» ингаляционной камере в условиях, аналогичных содержанию опытных животных. Животных в ингаляционных камерах помещали в индивидуальные домики с целью изоляции поверхности тела от сорбции компонентов БСМ. Перед каждым экспериментом животные в те-
чение трех дней проходили процесс адаптации к условиям пребывания в домиках. Выживших в эксперименте животных подвергали эвтаназии углекислым газом.
У крыс после четырехчасового ингаляционного воздействия БСМ в динамических условиях изучали комплекс интегральных и специфических показателей. Физиологические показатели: суммационно-пороговый показатель, вертикальная подвижность (верхний и средний уровень), горизонтальная активность («открытое поле»), норковый эффект, температура тела, частота дыхания и сердечных сокращений, систолическое и диастолическое давление крови.
Биохимические показатели плазмы крови: холинэстераза [11], кислая и щелочная фосфа-таза, общий холестерин, глюкоза, общий белок, мочевина, креатинин, аспартаттрансаминаза, аланинтрансаминаза, лактатдегидрогеназа, билирубин [5], 8И-группы [8]. Биохимические показатели мочи: рИ, белок, глюкоза, уробилино-ген, билирубин, кетоновые тела. Определение биохимических показателей плазмы крови осуществляли с использованием диагностических наборов фирмы «ЬасИеша» (Чехия). Биохимические показатели мочи определяли полуколичественным методом с помощью диагностических полосок Иер1арИаи фирмы «ЬасИеша».
Гематологические показатели: количество лейкоцитов и эритроцитов, гемоглобин, скорость оседания эритроцитов. Количество эритроцитов и лейкоцитов регистрировали, применяя счетчик форменных элементов клеток крови «Пикоскель Р8-5» (Венгрия). Определение содержания гемоглобина проводили с использованием диагностического набора фирмы «ЬасИеша». Скорость оседания эритроцитов определяли согласно методике [1].
Регистрацию двигательной и исследователь-ско-ориентировочной активности проводи-
ли с помощью электронно-оптического регистра оценки движений (РОДЭО-2), суммационно-порогового показателя — на приборе СПП—01М [9]. Исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы и частоты дыхания проводили с помощью трехканальной системы регистрации физиологических характеристик.
Полученные данные обрабатывали на компьютере с использованием программы статистического анализа. Средние значения показателей в контрольной и опытной группах сравнивали с использованием критерия Стьюдента (1-тест). Уровень значимости принимали равным 0,05 [4].
Результаты и их обсуждение. В предварительных экспериментах с использованием газожидкостной хроматографии была проведена идентификация основных компонентов, выделяющихся в паровую фазу из битумно-солевых масс в условиях, заведомо обеспечивающих получение максимальных концентраций летучих соединений в паровой фазе. В результате проведенных исследований были обнаружены и идентифицированы следующие соединения:
в паровой фазе над БСМ зарина — моноэта-ноламин и О,О'-диизопропилметилфосфонат;
в паровой фазе над БСМ зомана — моноэта-ноламин и О,О'- дипинаколилметилфосфонат;
в паровой фазе над БСМ ЯУХ — О,О'-диизо-бутилметилфосфонат, 2-(диэтиламино)этилизо-бутилсульфид и М-метилпирролидон.
В табл. 1 приведены данные по содержанию летучих компонентов в парогазовых смесях при различных температурах нагрева БСМ (животные в камере отсутствуют).
Результаты, представленные в табл. 1, свидетельствуют о том, что содержание летучих компонентов БСМ, полученных при детоксикации зарина и зомана, закономерно увеличивается с ростом температуры. Для БСМ, полученных при
Таблица 1
Состав парогазовой смеси в ингаляционной камере при различных температурах нагрева БСМ
Вид БСМ Компонент Концентрация, мг/м3
30°С 60°С 90°С 130°С
БСМ зарина Моноэтаноламин 0,00 0,56 0,80 1,40
О,О'-Диизопропиловый эфир метилфосфоновой кислоты 0,11 0,30 0,50 0,86
БСМ зомана Моноэтаноламин 0,00 0,80 1,30 1,60
О,О'-Дипинаколиновый эфир метилфосфоновой кислоты 0,00 0,12 0,36 0,50
БСМ RVX М-Метилпирроллидон 0,7 19,50 23,00 19,30
О,О'-Диизобутиловый эфир метилфосфоновой кислоты 0,2 5,30 11,90 8,90
2-(Диэтиламино) этилизобутилсульфид 0,08 15,50 48,40 29,00
детоксикации ЯУХ, максимальная концентрация летучих компонентов наблюдается при температуре 90°С. Не обнаружен моноэтаноламин в воздушной среде ингаляционной камеры при 30°С нагреве БСМ зарина и зомана.
При увеличении температуры нагревания БСМ зарина и зомана от 60 до 130°С концентрация моноэтаноламина находилась на уровне предельно допустимой концентрации (ПДК для моноэтаноламина в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м3) [3] либо превышала это значение примерно в 3 раза при температуре 130°С. Концентрации О,О'-диизопропилового эфира метилфосфонофой кислоты и О,О'-дипина-колинового эфира метилфосфоновой кислоты увеличивались с ростом температуры. Однако судить о гигиенической значимости этих концентраций не представляется возможным из-за отсутствия к настоящему времени установленных величин ПДК для этих соединений в воздухе рабочей зоны [3]. Содержание М-метил-пирролидона в воздушной среде при различных температурах нагревания колебалось от 0,7 до 23,0 мг/м3, что значительно ниже установленного санитарного норматива (ПДК для М-ме-тилпирролидона в воздухе рабочей зоны составляет 100 мг/м3) [3]. Санитарные стандарты для О,О'-диизобутилового эфира метилфосфоно-вой кислоты, 2—(диэтиламино)этилизобутил-сульфида в воздухе рабочей зоны в России не разработаны.
Кроме того, из БСМ могут испаряться не идентифицированные компоненты, вносящие вклад в ингаляционную токсичность. Это обусловило необходимость изучения ингаляционной токсичности БСМ в целом в опытах на животных.
При проведении экспериментов были выбра-
ны следующие температурные режимы: 130°С для БСМ зарина и зомана и 90°С для БСМ ЯУХ. В каждом эксперименте были испытаны по две концентрации.
Клинические признаки отравления отсутствовали во всех сериях экспериментов. В то же время, по комплексу интегральных и специфических показателей, регистрируемых у животных в день эксперимента, были обнаружены изменения, свидетельствующие о токсическом ингаляционном воздействии летучих компонентов БСМ ФОВ. На основании полученных изменений был установлен порог острого действия (Ышас) летучих компонентов БСМ при однократном их воздействии. За порог острого действия (Ышас) принимали минимальную концентрацию летучих компонентов БСМ, которая вызывала изменения 2—3 интегральных показателей по сравнению с контролем, выходящие за пределы (> 2 о) физиологических колебаний данных показателей, при экспозиции 4 часа.
Результаты однократного ингаляционного воздействия летучих компонентов из БСМ зарина представлены в табл. 2.
При создании паро-воздушной смеси в ингаляционной камере путем нагрева БСМ зарина при температуре 130°С были получены следующие концентрации: моноэтаноламина 19,1±2,1 мг/м3, О,О'-диизопропилового эфира метил-фосфоновой кислоты — 1,1±0,3 мг/м3, которые оценены как пороговые, вызывающие снижение суммационно-порогового показателя и увеличение мочевины плазмы крови подопытных животных.
Содержание моноэтаноламина на уровне 1,1±0,1 мг/м3 и О,О'-диизопропилово-го эфира метилфосфоновой кислоты на уровне 0,7±0,1 мг/м3 в ингаляционной камере не приво-
Таблица 2
Изменения интегральных показателей у крыс, наблюдаемые при однократном ингаляционном воздействии летучих компонентов из БСМ зарина
Показатель Концентрация (М±т), мг/м3
моноэтаноламин: 19,1±2,1 О,О'-диизопропиловый эфир ме-тилфосфоновой кислоты: 1,1±0,3 моноэтаноламин: 1,1±0,1 О,О'-диизопропиловый эфир метилфосфоновой кислоты: 0,7±0,1
Горизонтальная активность — «открытое поле» • | < 2 о -
Суммационно-пороговый показатель • | > 2 о -
Кислая фосфатаза в плазме крови • | < 2 о -
Глюкоза в плазме крови • | < 2 о -
Мочевина в плазме крови • | > 2 о -
Примечание. Здесь и в табл. 3 и 4:
| — снижение данного показателя по сравнению с контрольной группой, | — увеличение данного показателя по сравнению с контрольной группой, «-» — изменений не обнаружено
Таблица 3
Изменения показателей, наблюдаемые при однократном ингаляционном воздействии
летучих компонентов из БСМ зомана
Показатель Концентрация в (М±т), мг/м3
моноэтаноламин: 23,0±2,8 О,О'-дипинаколиновый эфир метилфосфоновой кислоты: 1,3±0,15 моноэтаноламин: 2,3±0,1 О,О'-дипинаколиновый эфир метилфосфоновой кислоты: 0,49±0,01
Вертикальная активность — верхний уровень < 2 о -
Вертикальная активность — средний уровень < 2 о -
Горизонтальная активность — «открытое поле» < 2 о -
Суммационно-пороговый показатель > 2 о -
Кислая фосфатаза в плазме крови •|< 2 о -
Холинэстераза в плазме крови | > 2 о -
Общий белок в плазме крови - < 2 с
Мочевина в плазме крови - • t > 2 с
дили к каким-либо функциональным изменениям показателей органов и систем животных, поэтому указанные концентрации были определены как недействующие.
Результаты ингаляционного воздействия летучих компонентов БСМ зомана представлены в табл. 3.
За пороговые концентрации паро-воздуш-ной смеси БСМ зомана приняты концентрации моноэтаноламина 23,0±2,8 мг/м3 и О,О'-дипи-наколинового эфира метилфосфоновой кислоты — 1,3±0,15 мг/м3, при которых было отмечено снижение суммационно-порогового показателя, выходящее за пределы (> 2 о) физиологических
колебаний, а также снижение активности холин-эстеразы у крыс на 27% по сравнению с контролем. По данным литературы, порогом токсического действия фосфорорганических соединений является угнетение активности холинэсте-разы крови на 25% [10].
За недействующие концентрации было принято содержание моноэтаноламина на уровне 2,3±0,1 мг/м3 и О,О'-дипинаколинового эфира метилфосфоновой кислоты на уровне 0,49+0,01 мг/м3. При таком содержании летучих компонентов в ингаляционной камере только один показатель — содержание мочевины в плазме крови выходил за пределы (> 2 о) физиологических
Таблица 4
Изменения интегральных показателей, наблюдаемые при однократном ингаляционном воздействии
летучих компонентов из БСМ RVX
Показатель Концентрация (М±т), мг/м3
N-метилпирролидон: 24,1±1,6 N-метилпирролидон: 6,4±0,3
2-(диэтиламино)этилизобутилсульфид: 26,4±3,0 2-(диэтиламино)этилизобутилсульфид: 2,98±0,07
О,О'-диизобутиловый эфир метилфосфоновой кислоты: 7,0±0,2 О,О'-диизобутиловый эфир метилфосфоновой кислоты: 1,1±0,1
Суммационно-пороговый показатель • t > 2 с -
Лейкоциты > 2 с -
Общий холестерин в плазме крови < 2 с -
Мочевина в плазме крови - • t > 2 с
Креатинин в плазме крови • t < 2 с -
Лактатдегидрогеназа в плазме крови • t > 2 с > 2 с
колебаний.
В табл. 4 представлены изменения интегральных показателей, которые наблюдались при однократном ингаляционном воздействии летучих компонентов из БСМ ЯУХ.
Концентрации летучих компонентов БСМ от ЯУХ: М-метилпирролидона — 24,1+1,6 мг/м3, 2-(диэтиламино)этилизобутилсульфида — 26,4+3,0 мг/м3, О,О'-диизобутилового эфира метилфос-фоновой кислоты — 7,0+0,2 мг/м3 вызывали ряд изменений интегральных показателей у животных и характеризовались как пороговые концентрации.
Содержание в парогазовой смеси N метил-пирролидона в количестве 6,4+0,3 мг/м3, 2-(ди-этиламино)этилизобутилсульфида — 2,98+0,07 мг/м3 и О,О'-диизобутилового эфира метилфос-фоновой кислоты — 1,1+0,1 мг/м3 вызывало увеличение содержания мочевины и снижение активности лактатдегидрогеназы у крыс.
Следует отметить, что наблюдавшееся снижение активности общей лактатдегидрогеназы у крыс по сравнению с параллельной контрольной группой животных не может рассматриваться как критерий вредности, поскольку только увеличение активности общей лактатдегидрогена-зы, по мнению ряда авторов, может указывать на наличие каких—либо патологических изменений в организме [6]. В связи с этим смещение только одного показателя — содержания мочевины за пределы физиологических колебаний (> 2о) позволяет считать эти концентрации летучих компонентов как недействующие.
В целях выяснения возможного вклада в токсический эффект БСМ ФОВ летучих компонентов самого битума был проведен четырехчасовой эксперимент на животных при нагревании битума при температуре 130°С. Анализ полученных данных показал, что каких—либо изменений изученных показателей крыс не наблюдалось.
Заключение. Установлены пороговые концентрации летучих компонентов БСМ зарина, зома-на и ЯУХ при однократном 4-часовом ингаляционном воздействии.
Отмеченные изменения ряда показателей у животных в основном определяются действием летучих компонентов, которые образуются в процессе детоксикации ФОВ.
В условиях аварийного разлива БСМ от зарина и зомана, разогретых до 130°С, и БСМ от RVX, разогретых до 90°С, могут образовываться концентрации летучих компонентов на уровне порога острого действия.
4. При хранении БСМ в условиях температурного режима 30°С концентрации летучих компонентов БСМ не превышают установленных ПДК.
Список литературы
1. Альтгаузен А.Я. Лабораторные клинические исследования. М.: Медицина, 1964. — С. 118.
2. Белецкая И. Уничтожение химического оружия в России: политические, правовые и технические аспекты. М, 1999. — 156 с.
3. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
4. Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976.
5. Колб В.Г., Камышников В.С. Справочник по клинической химии. Минск: 1982. — 366 с.
6. Комаров Ф.И., Коровкин Б.Ф., Меньшиков В.В. Биохимические исследования в клинике. Элиста: АПП «Джангар», 1988. — 237с.
7. Петрунин В.А., Шелученко В.В., Демидюк В.В. Проблемы уничтожения химического оружия // Материалы 1 Межрегиональной конференции. Киров, 2000. — 110 с.
8. Практикум по биохимии. / Под ред. С.Е.Северина, Г.А.Соловьевой. М.: МГУ, 1989. — 260 с.
9. Сперанский С.В. // Фармакология и токсикология, 1965. — № 1. — С. 123-124.
10. Токсикометрия химических веществ, загрязняющих окружающую среду. / Под ред. А.А.Каспа-рова и И.В.Саноцкого. М., 1986. — 427с.
11. Ellman G.E., Courtney K.D., Andres V. et al. //Biochemical Pharmacol., 1961. — V. 7. — P. 88-95.
Материал поступил в редакцию 20.12.05.
Ye.I.Malochkina, Z.I.Gorbunova, O.A.Khodakovskaya, L.D.Glukhova, V.A.Petrunin
INHALATION TOXICITY OF BITUMEN SALT MASSES RESULTING FROM DESTRUCTION OF ZARINE, ZOMAN AND RUSSIAN VX
State-owned Establishment «State Research Institute of Organic Chemistry and Technology», Moscow
Inhalation toxicity of bitumen salt masses (BSM) resulting from destruction of zarine, zoman and Russian VX was investigated using two-stage technology. Threshold and no-effect concentrations of volatile ingredients of BSM from sarine, zoman and Russian VX are established at a single 4-h inhalation exposure of Wistar male and female rats.
