CC BY
119
М. Ф. Халиков, Б. М. Азизов, И. В. Чепегин
ИССЛЕДОВАНИЕ СОЧЕТАННОГО ДЕЙСТВИЯ
ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА И ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
Ключевые слова: токсичность, промышленные яды, производственный фактор, температура, сочетанное воздействие.
В работе предпринята попытка обобщения результатов многочисленных исследований по воздействию повышенной температуры воздуха на степень токсичности промышленных ядов по отношению к живым организмам. Утверждается, что в условиях повышенной температуры воздуха степень токсичности промышленных ядов возрастает. В работе получены количественные зависимости позволяющие учитывать изменение параметра LD50 в зависимости от температуры воздуха, что может быть использовано при нормировании содержания вредных веществ в промышленных условиях.
Keywords: toxicity, industrial poisons, production factor, temperature, combined influence.
In work attempt of generalisation of results of numerous researches on influence of the raised temperature of air on degree of toxicity of industrial poisons in relation to live organisms is undertaken. Affirms that in the conditions of the raised temperature of air degree of toxicity of industrial poisons increases. In work quantitative dependences allowing are received to consider change of parametre LD50 depending on air temperature that can be used at rationing of the maintenance of harmful substances in industrial conditions
Изучение изменения токсичности вредных веществ при воздействии повышенной температуры воздуха играет большую роль, как в обеспечении безопасности технологических процессов, так и при решении ряда экологических проблем.
В условиях производства промышленные яды действуют на организм человека не изолированно, а в сочетании с различными факторами внешней среды. Проблема комбинированного действия вредных веществ и повышенной температуры воздуха имеет существенное значение для обеспечения производственной безопасности и для решения ряда экологических проблем (например, при использовании ядохимикатов в южных районах страны) в связи с тем, что такого рода сочетания встречаются на предприятиях металлургической, машиностроительной, химической промышленности [1].
Сам факт влияния термического воздействия на токсичность различных ядов общеизвестен, причем в настоящее время имеется более 300 работ, прямо или косвенно затрагивающих этот вопрос. Хотя основное количество исследований относятся к 60-70м годам прошлого века, в настоящее время по данной проблеме дается лишь качественный анализ, основанный на ранее проведенных исследованиях [2,3,4].
В работе предпринята попытка обобщения результатов многочисленных исследований по воздействию повышенной температуры воздуха на степень токсичности промышленных ядов по отношению к живым организмам. При этом поставлена задача не только качественного, но и количественного анализ полученных результатов.
Было установлено, что повышенная температура воздуха, как правило, ускоряет процесс отравления теплокровных организмов токсичными веществами, снижая среднесмертельные дозы и увеличивая процент смертности [5,6,7,8].
Рис. 1 - Изменение смертельных доз (Ьйбо) для различных ядов в зависимости от температуры
Мы пришли к выводу, что среди комплекса реакций, возникающих в организме при гипертермии и обусловливающих повышение токсического действия промышленных ядов, ведущая роль принадлежит изменениям в функциональном состоянии нервной системы. Доказательством этому служат результаты опытов, обнаруживших прямую зависимость между степенью изменений условно рефлекторной деятельности у крыс при повышенной температуре внешней среды и токсичностью окиси углерода и окислов азота [9].
Было установлено, что повышенная температура является фактором, ускоряющим и отягощающим развитие хронических отравлений. Было установлено, что при повышенной температуре отравления носили более выраженный характер - преобладало выделение в кровь элементов патологической регенерации, что приводило к летальному исходу. По-видимому, в основе описанных изменений лежат: понижение реактивности организма и нарушение функции кроветворения в результате угнетающего влияния высокой температуры на центральную нервную систему [10,11].
С целью иллюстрации вышеприведенных рассуждений на рис. 2 представлены изменения содержания гемоглобина в крови при повышении температуры воздуха.
Рис. 2 - Изменение гемоглобина при повышении температуры
При повышении температуры воздуха наблюдается также уменьшение числа рети-кулоцитов и эритроцитов [10].
Было также установлено, что введение веществ, оказывающих вредное воздействие на организм сопровождается повышением биосинтеза аскорбиновой кислоты, что ведет к уменьшению содержания витамина С [12].
При изучении длительного комплексного воздействия высокой температуры воздуха и различных ядов, например сернистого газа [12] на организм часто наблюдается понижение фагоцитарной активности лейкоцитов крови, уменьшение количества лейкоцитов и эритроцитов, изменения в соотношении белковых фракций сыворотки крови (уменьшение альбугинов), изменение содержания витамина С.
При вдыхании сернистого газа при повышенной температуре были отмечены колебания фагоцитарной активности лейкоцитов крови, а точнее уменьшение фагоцитарного числа (количество фагоцитировавших нейтрофилов из 100 подсчитанных) [12].
При изучении фагоцитарной активности лейкоцитов учитывали фагоцитарное число (количество фагоцитировавших нейтрофилов из 100 сосчитанных) и фагоцитарный индекс (среднее содержание микробных клеток в одном фагоцитировавшем нейтрофиле).
При воздействии ядов (например, свинца или окиси углерода) в условиях высокой температуры воздуха наблюдается большее, чем при обычной гипертермии, падение веса тела. Проведенные эксперименты многих исследователей [10,13,14] доказывают эти факты.
Таблица 1 - Изменение фагоцитарного числа при затравке сернистым газом в различных температурных условиях
Продолжительность затравки,неделя Изменение фагоцитарного числа при температуре 20оС и отсутствии газа Изменение фагоцитарного числа при воздействии сернистого газа при температуре 40оС Отклонение в весе, г
1 48 48 0,0
2 48 41 7,0
3 48 39 9,0
4 49 35 14,0
5 49 32 17,0
6 49 30 19,0
7 49 27 22,0
8 49 26 23,0
9 49 24 25,0
10 50 23 27,0
11 50 22 28,0
12 50 21 29,0
Таблица 2 - Изменение веса при затравке свинцом в различных температурных условиях
Продолжительность затравки, дни Изменение веса при температуре 20оС и отсутствии яда, г Изменение веса при затравке свинцом при температуре 40оС, г Отклонение в весе, г
0 360 355 5,0
6 375 358 17,0
12 388 362 26,0
18 398 368 30,0
23 409 370 39,0
30 420 376 44,0
36 432 380 52,0
40 445 385 60,0
47 459 389 70,0
54 468 401 67,0
60 470 400 70,0
66 474 399 75,0
73 480 400 80,0
Помимо изменения веса, при действии различных ядов и повышенной темературы
воздуха, практичестки все исследователи наблюдали колебания температуры тела подопытных животных.
Многими авторами [6,14,15] при затравке производственными ядами в условиях высокой и обычной комнатной температуры воздуха отмечалось заметное снижение уровня ЭИ-групп. Как известно, важную роль в стабилизации структуры белков, в том числе ферментов, антител и некоторых гормонов, играют дисульфидные связи (-Э-Э-), которые образуются при окислении сульфгидрильных групп (ЭИ-групп) в процессе биосинтеза белков. Расщепление дисульфидных связей приводит к нарушению нативной структуры белков и утрате ими биологической активности (табл. 3).
Таблица 3 - Изменение содержания ЭИ - групп на 100 мг печени при затравке окисью цинка, пыли свинца, паров ртути в различных температурных условиях
Изменение содержания ЭИ - групп на 100 мг печени Темпе-
В отсутсв ии яда Воздействие окиси цинка В отсутсвии яда Воздействие пыли свинца В отсутсвии яда Воздействие паров ртути ратура, оС
1,08 0,92 0,99 0,89 0,98 0,88 18
1,12 0,73 1,04 0,77 0,98 0,75 40
Результаты обобщения показывают, что при одновременном воздействии на организм промышленных ядов и повышенной температуры окружающей среды имеет место суммирование их биологических эффектов, приводящее в итоге к более выраженной гипертермии и интоксикации по сравнению с изолированным действием каждого фактора в отдельности.
Не случайно, потому количество отравлений многими химическими веществами резко возрастает в жаркое время года. Влияние высокой температуры объясняется, с одной стороны, изменениями агрегатного состояния, увеличением летучести вредных веществ, и с другой стороны, изменениями в физиологическом состоянии организма. При повышенной температуре окружающего воздуха ускоряется процесс кровообращения в организме и увеличивается объем легочной вентиляции, все это ускоряет сорбцию вредных веществ, и признаки отравления наступают скорее.
Анализируя полученные данные, можно утверждать, что в условиях повышенной температуры воздуха степень токсичности промышленных ядов возрастает. Это объясняется тем, что как видно из, количество гемоглобина с повышением температуры при одновременном действии с ядом уменьшается. Это, на наш взгляд, связано с сокращением числа эритроцитов в крови, т.к. гемоглобин входит в их состав. Как известно гемоглобин осуществляет транспортировку кислорода в мышцы организма. В результате недостатока кислорода в организме, наблюдается учащение и увеличение минутного объема дыхания и сердца, что может привести к значительному ускорению абсорбции газо- и парообразных вредных веществ через верхние дыхательные пути и большему поступлению яда в кровь. Аналогично эритроцитам наблюдается сокращение числа ретикулоцитов - непосредственных предшественников эритроцитов, что еще раз доказывает об усилении влиянии на состав крови при комбинированного воздействия повышенной температуры и ядов.
Рядом исследований [8, 14, 16] установлено, что введение веществ, оказывающих
вредное воздействие на организм и вызывающих его защитную реакцию, часто сопровождается повышением биосинтеза аскорбиновой кислоты. А в сочетании с повышенной температурой это воздействие значительно усиливается. Как известно витамин С способен накапливаться в лейкоцитах, повышая их фагоцитарную активность. Кроме того, витамин С стимулирует детоксицирующую ферментную систему печени и поэтому обладает антитоксическим эффектом при различных неблагоприятных воздействиях на организм. У витамина С есть важная вспомогательная задача. Он укрепляет соединительные ткани, разглаживает стенки сосудов, начиная от толстых вен и кончая микроскопическими капиллярами. Следовательно, сокращение содержания витамина С влияет на сопротивляемость организма к различным производсвенным ядам.
Уменьшение фагоцитарного числа (табл. 1) и фагоцитарного индекса, снижение уровня ЭИ-групп как в сыворотке крови, так и в печени (табл. 3), а также падение массы (табл. 2) и повышение температуры тела, все это также подтверждает усиленное влияние комбинированного воздействия повышенной температуры окружающей среды и ядов, в сравнении с влиянием этих факторов в отдельности.
Механизм этого явления можно связать с комплексом реакций, возникающих в организме при нарушении терморегуляции. Эти реакции приводят к изменению общей реактивности организма и повышению его чувствительности к токсическому действию вредных веществ. В том случае, когда реакции терморегулирования оказываются достаточными, чтобы предохранить организм от перегревания, токсическое действие промышленных ядов или не изменяется, или оказывается даже ослабленным.
С целью получения количественной зависимости изменения степени токсичности вещества в зависимости от температуры воздуха были обобщены данные по ряду промышленных ядов, характеристики которых приведены в табл. 4. Все яды классифицировались по степени опасности воздействия на организм человека:
I. класс чрезвычайноопасных,
II. класс высокоопасных,
III. класс умеренноопасных,
IV. класс малоопасных веществ
В качестве обобщающей зависимости принималось соотношение вида:
1дЬР50 = а д + Ь, где 1 - температура воздуха, оС
Таблица 4 - Характеристика промышленных ядов
Вещество Химическая формула Ьйбс (мг/кг) ПДК (мг/м3) Характер воздействия на человека Класс опас- ности
1 2 3 4 5 6
Стрихнин С21 И22^02 0,06 Стрихнин возбуждает ЦНС и в первую очередь повышают рефлекторную возбудимость. Под влиянием стрихнина рефлекторные реакции становятся более генерализованными, при больших дозах стрихнина II
1 2 3 4 5 6
различные раздражители вызывают появление сильных болезненных тетаниче-ских судорог. Стрихнин возбуждает сосудодвигательный и дыхательный центры, тонизирует скелетную мускулатуру, а также мышцу сердца, стимулирует процессы обмена.
Пикротоксин C30H34O13 0,03 0,7 Судороги II
Строфантин CзoH44O9 0,003 0,005 I
Цимарин C8H1oN6 0,005 0,007 I
Хлорофос (CHзO)2P(O) CH(OH)CClз 0,55 0,5 Обладает раздражающим действием, проявляет незначительные кумулятивные свойства. III
Эфедрин C1oH15N O 0,62 0,05 Вызывает сужение сосудов, повышение артериального давления, расширение бронхов, торможение перистальтики кишечника, расширение зрачков, повышение содержания глюкозы в крови. III
Физостигмин C15H21NзO2 0,63 13 III
Колхицин C22H25NO6 1,4 15 III
Этиловый алкоголь C2H5OH 0,08 5 Относится к сильнодействующим наркотикам, вызывающим сначала возбуждение, а затем паралич нервной системы II
Бензин упрощенно C7H14 0,3 5 III
Нитробензол C6H5NO2 0,007 0,008 Впитывается через кожу, оказывает сильное действие на ЦНС, нарушает обмен веществ, вызывает заболевания печени, окисляет гемоглобин в метгемоглобин I
Цианистый калий KCN 0,1 0,3 Цианид калия является мощным ингибитором. При попадании в организм он блокирует клеточный фермент цитохром с-оксидазы, в результате чего клетки те- II
1 2 3 4 5 6
ряют способность усваивать кислород из крови и организм погибает от внутритканевой гипоксии
Окись углерода 0,67 5 Токсическое действие монооксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемог-лобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. II
Метиловый спирт (50%) CHзOH 0,12 5 Ядовитое действие метанола основано на поражении нервной и сосудистой системы. Токсическое действие метанола обусловлено так называемым «летальным синтезом» - метаболическим окислением в организме до очень ядовитого формальдегида. II
В результате обобщения получены расчетные формулы, позволяющие учитывать изменения LD50 при повышенных температурах воздуха (рис.3,4)
По результатам обобщения предлагаются следующие расчетные формулы:
Для черезвычайноопасных веществ:
^ LD50 мг/г = -0,51 ТО - 1,653; где 20о <= t <= 40 о;
с погрешностью до 6,83%;
для высокоопасных веществ:
^ LD50 мг/г = -0,817ТО - 0,057 ; где 20о <= t <= 40 о;
с погрешностью до 18%;
для умеренноопасных веществ:
LD50 мг/г = -0,009 + 0,817; где 20 о <= t <= 40 о;
с погрешностью до 20,2%; где t - температура воздуха, оС.
В конечном итоге полученные обобщенные формулы, на наш взгляд, можно использовать при гигиеническом нормировании содержания вредных веществ при повышенных температурах воздуха рабочей зоны.
Рис. 3 - Изменение смертельной дозы 1_йбо при переменных температурах для умеренноопасных веществ
Рис. 4 - Изменение смертельной дозы Ьйбо при переменных температурах для чрезвычайноопасных и высокоопасных веществ
Заключение
На основании обобщения результатов многочисленных исследований, проведенных ранее, проанализировано влияние температуры воздуха на степень токсичности промышленных ядов. Показано, что в условиях повышенной температуры в организме человека происходят негативные изменения в крови и жизнено-важных органах (печень, почки, легкие и т.п.), что обусловливает повышение токсичности действия ядов на человека.
Обобщение рассмотренных результатов позволило предложить математические описания отражающие зависимость параметра LD50 при воздействии повышенной температуры. Полученные результаты могут быть использованы при гигиеническом нормировании содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Литература
1. Половняк, В.К. Современные технические и технологические подходы к решению экологических проблем/ В.К.Половняк, С.В. Фридланд // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2009. - №4. -С.17
2. Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая,
A.Ф., Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова. - М.: Высш.шк., 2007. - 616 с.
3. Девисилов, В.А. Охрана труда: учебник / В. А. Девисилов. - Изд. 2-е, испр. и доп. - М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. - 448 с.
4. Глебова, Е.В. Производственная санитария и гигиена труда: Учеб. пособие/ Е.В. Глебова. - М.: Каталог, 2007. - 382 с.
5. Гигиена труда и проф. заболевания: информ.-аналит. журн. -1958. - №4 -С. 30-36.
6. Гигиена и санитария: информ.-аналит. журн. -1968. -№ 8 -С.14-18.
7. Лазарев, Н.В. Влияние различных условий на действие ядов / Н.В. Лазарев // Общие основы промышленной токсикологии. - 1938.
8. Навроцкий, В.К. Действие промышленных ядов на организм животных в условиях высокой температуры воздуха/ В.К.Навроцкий, С.М. Дубашинская // Гигиена и санитария. -1955. - №9. -С.19-24.
9. Артемьев, В. С. О токсическом действии окиси углерода и окислов азота в условиях измененной температуры и сниженного барометрического давления/ В.С.Артемьев, Ф.А.Иванова,
B.В.Кустов, В.П. Парибок - Л.: Тезисы докладов Ленинградской конференции по вопросам промышленной токсикологии. - 1957 -С. 7-8.
10. Ромахов, А.А. Влияние высокой температуры на развитие экспериментального свинцового отравления/ А.А. Ромахов - Академия наук Казахской ССР /Труды института краевой патологии -Т.8 (15) - Алма-Ата, 1960. - С.69-74.
11. Гигиена и санитария: информ.-аналит. журн. - 1957. -№ 4 -С.18-24.
12. Гигиена и санитария: информ.-аналит. журн. - 1959. - №10 -С.26-32.
13. Кустов, В.В. Комбинированное действие промышленных ядов/ В.В. Кустов, Л.А.Тиунов, Г.А. Васильев. - М: Медицина, - 1975.
14. Вестник АМН СССР: информ.-аналит. журн. -1963. -№ 2 -С. 33-42.
15. Фармакология и токсикология: информ.-аналит. журн. -1971. -С. 191-196.
16. Гигиена труда и проф. заболевания: информ.-аналит. журн. -1968. -№2 -С.17-23.
М. Ф. Халиков - асп. КГТУ; Б. М. Азизов - д-р техн. наук, проф. КГТУ; И. В. Чепегин - канд. техн. наук, проф. КГТУ, [email protected].
