CC BY
7
5S
УДК 615.777.15-099
О СРАВНИТЕЛЬНОЙ ТОКСИЧНОСТИ МИКРОКОНЦЕНТРАЦИЙ ДВУХ ХЛОРИЗОЦИАНАТОВ (ПАРА- И МЕТА-ИЗОМЕРЫ)
И. А. Зибирева
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Различие в действии химических веществ обусловлено прежде всего особенностями химического строения их молекул. Связь между строением и действием вещества крайне существенна для токсикологии и гигиены, поскольку знание ее может позволить в известной степени предвидеть характер и силу действия ряда новых веществ, внедряемых в промышленность. Большинство закономерных связей такого рода обнаружено среди органических соединений. Появление в молекуле новой химической группировки или отдельного атома вызывает изменение характера токсического действия. Заметно влияет на силу действия пространственное расположение замещающих радикалов в молекуле (А. А. Голубев и В. Я. Русин). Орто-, мета- и пара-изомеры отличаются друг от друга, причем большей токсичностью обладают чаще всего пара-изомеры, меньшей — мета- и еще меньшей — орто-изо-меры.
Мы исследовали действие микроконцентраций 2 хлоризоцианатов (пара- и мета-хлорфенилизоцианаты), которые будут использоваться в производстве нового гербицида — пара-хлорфенилдиметилмочевины — и могут стать загрязнителями атмосферного воздуха. В основе этих соединений лежит бензольное кольцо, 2 атома водорода которого замещены изоцианатной группой (—NCO) и атомом хлора (—С1); вещества различаются положением изоцианатной группы (пара- и мета-изо-меры). Пара-хлорфенилизоцианат — белые, кристаллы с резким сладковатым запахом. Мета-хлорфенилизоцианат — бесцветная жидкость с похожим запахом. Следовало ожидать, что введение в молекулу атома хлора и наличие изоцианатной группы приведет к повышению токсичности этих веществ. При этом представляет интерес влияние пространственной изомерии на характер действия веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях.
Данные по токсикологии хлоризоцианатов очень немногочисленны: изучалось действие пара-хлорфенилизоцианата на уровне предельно допустимой концентрации для воздуха производственных помещений (0,0001 мг/л и выше) (И. Н. Фролова). В литературе имеются указания на то, что вещества группы изоцианатов являются аллергенами.
Нашей задачей было изучение рефлекторных реакций, возникающих при раздражении органов дыхания человека пара- и мета-хлорфе-нилизоцианатами в микроконцентрациях, и резорбтивного действия их на организм животных. Содержание хлоризоцианатов в воздухе контролировали по модифицированному нами варианту метода, разработан-
1
3
ного А. А. Беляковым для определения пара-хлорфенилизоцианата в воздухе производственных помещений. Этот метод после некоторых изменений позволяет обнаруживать в пробе до 0,05 мкг хлоризоцианатов.
Экспериментальное исследование рефлекторного действия микроконцентраций хлоризоцианатов мы проводили с использованием методик, принятых при нормировании атмосферных загрязнений (определение порогов обонятельного ощущения, изучение действия веществ на световую чувствительность глаза и электрическую активность головного мозга человека). Полученные результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1 Пороги рефлекторного действия хлоризоцианатов
Вещество Обонятельное ощущение Световая чувствительность глаз Электрическая активность головного мозга
концентрация (в мг/м*)
минимальная ощутимая максимальная неощутимая минимальная действующая максимальная действующая минимальная действующая максимальная недействующая
Пара-хлорфенилизоцианат Мета-хлорфе-нилизоцианат 0,015 0,010 0,0064 0,008 0,0068 0,010 0,0029 0,008 0,0029 0,008 0,0015 0,005
Судя по табл. 1, пара-хлорфенилизоцианат оказывает действие на рефлекторные реакции человека в меньших концентрациях, чем мета-хлорфенилизоцианат.
Наиболее чувствительной из примененных методик оказалась электроэнцефалографическая. Концентрации пара-хлорфенилизоцианата 0,0015 мг/м3 и мета-хлорфенилизоцианата 0,005 мг/м3, не действующие на электрическую активность головного "мозга человека, предлагаются в качестве максимальных разовых ПДК этих веществ в атмосферном воздухе.
При воздействии на организм различных соединений можно отметить как специфические, характерные для определенных веществ черты действия, так и ряд неспецифических, однотипных для разных ядов изменений в состоянии организма. При изучении действия малых и микроконцентраций атмосферных загрязнений специфические черты его стираются и особое значение приобретает напряжение защитных реакций организма в ответ на воздействие химических веществ.
Для установления степени токсичности и характера действия хлоризоцианатов на организм животных нами была проведена круглосуточная ингаляционная затравка в течение 80 дней белых крыс (самцов). Исследовали действие микроконцентраций пара- и мета-хлорфе-нилизоцианатов, равных максимальным разовым ПДК (соответственно 0,0015 и 0,005 мг/м3) и в 20 раз превышающих их (0,03 и 0,1 мг/м3).
Во время эксперимента изучали ряд показателей: соотношение реобаз и хронаксий мышц-антагонистов, выведение копропорфинов с мочой, электрофоретическое разделение белковых фракций сыворотки крови с определением общего белка рефрактометрическим методом, абсолютное число эозинофилов в периферической крови, уровень нейтральных 17-кетостероидов в моче, амперометрическое титрование сульф-гидрильных групп в сыворотке крови, содержание аскорбиновой кислоты в надпочечниках, почках, мозгу и печени методом титрования 2,6-дихлорфенолиндофенолом по окончании затравки и в конце восстановительного периода, уровень пировиноградной кислоты в печени по
методу Фридемана и Хаугена, БН-групп в печени, сиаловых кислот в сыворотке крови методом Гесса в модификации Н. Н. Пушкиной.
При изучении действия меньших концентраций пара-хлорфенилизо-цианата (0,0015 мг/м3) и мета-хлорфенилизоцианата (0,005 мг/м3) статистически достоверной разницы в показателях опытных и контрольной групп животных не было. Эти концентрации могут быть рекомендованы как среднесуточные предельно допустимые для атмосферного воздуха. Изменения, обнаруженные под влиянием больших концентраций изучаемых веществ, позволяют говорить о неспецифическом действии обоих хлоризоцианатов и в некоторой степени о способности пара-хлорфенил-изоцианата вызывать сенсибилизацию организма.
Электрофоретический анализ белков сыворотки крови выявил значительное снижение альбумино-глобулинового коэффициента (более выраженное при действии пара-хлорфенилизоцианата). Для пара-хлор-фенилизоцианата характерно статистически достоверное увеличение общего числа глобулинов за счет повышения в первой половине затравки содержания у-глобулинов и в меньшей степени р-глобулинов. Снижение альбумино-глобулинового коэффициента при вдыхании мета-хлорфенилизоцианата обусловлено наличием, с одной стороны, тенденции к уменьшению количества альбуминов, а с другой — увеличением содержания глобулинов (в одном случае оно было достоверным). По отдельным глобулиновым фракциям существенным оказалось лишь увеличение содержания а-глобулинов, которое при воздействии пара-хлорфенилизоцианата появлялось во второй половине эксперимента, сменяя увеличение уровня у и [5-глобулиновых фракций. В это же время наблюдалось и статистически значительное снижение концентрации альбуминов.
С. Я. Капланский указывает, что при вредных воздействиях взамен альбуминов, покидающих кровеносное русло, в него из печени переходят а-глобулины, часть которых обладает такой же электрофоретиче-ской подвижностью, что и соответствующие глобулины сыворотки. Подобные изменения в соотношении белковых фракций сыворотки крови, видимо, возникают под влиянием мета-хлорфенилизоцианата и во втором периоде затравки — пара-хлорфенилизоцианата.
Что касается увеличения общего количества глобулинов и особенно у-глобулиновой фракции у животных, получавших пара-хлорфенил-изоцианат, то большинство авторов именно с этими белками связывает образование антител, которые обнаруживают одинаковую с у-гло-булинами скорость продвижения в электрическом поле. Продукция антител и у-глобулинов производится клетками плазматического ряда (П. Ф. Здродовский). В. И. Пыцкий отмечает, что при аллергических поражениях всегда происходят изменения в белковых фракциях сыворотки крови с закономерным увеличением содержания отдельных глобулинов.
Различный характер действия 2 хлоризоцианатов обнаружен и при подсчете абсолютного количества эозинофилов в периферической крови (см. рисунок). Ввиду того что число эозинофилов крови является величиной изменчивой, подверженной колебаниям в течение дня (суточный ритм), кровь у крыс мы брали всегда при однотипных и постоянных условиях (до кормления), предпочитая утренние часы, когда количество эозинофилов бывает наименьшим.
Со 2-й недели затравки пара-хлорфенилизоцианат вызывал увеличение содержания эозинофилов на 26—42%, исчезавшее, однако, во второй половине эксперимента. Эозинофилия по срокам совпадала с увеличением уровня у-глобулиновой фракции сыворотки крови. Эозинофилия, обнаруживаемая в крови, тканях и на слизистых оболочках, — один из постоянных признаков аллергии. К. К. Аудулев и Е. С. Бруси-ловский считают, что при сенсибилизации наступают усиленный костномозговой эозинофилопоэз и транспортировка эозинофилов, обладаю-
щих активностью в отношении ряда веществ, образующихся при аллергической реакции, локализующейся в определенной ткани, к «шоковым» органам. В легких и селезенке подопытных животных обнаружены скопления эозинофильных лейкоцитов, не встречавшиеся в органах животных контрольной группы.
Число эозинофилов у крыс, получавших мета-хлорфенилизоцианат, на протяжении всей затравки не отличалось от контроля.
При различных экспериментах широко изучают функциональное состояние коры надпочечников с помощью наблюдения за выведением с мочой нейтральных 17-кетостероидов. В начале затравки животных пара-хлорфенилизоцианатом содержание 17-кетостероидов в моче существенно не отличалось от фоновых данных (см. рисунок). Затем одновременно с нормализацией содержания у-глобулиновой фракции сыворотки крови и снижением числа эозинофилов до уровня контроля выведение 17-кетостероидов с мочой увеличивалось (достоверность изменений составила 99%). Изменение уровня 17-кетостероидов в моче при воздействии мета-хлорфенил--ъизоцианата появилось значи-^тельно раньше, хотя в первой & половине эксперимента оно и
/ | 5 было недостоверным.
| Усиленное выведение с мо-с§|чой нейтральных 17-кетостеро-
* Цгяо й! 5
^ 05 г го Ч
4
Фон
6 2) 36 У/ 66 Время на б люде иий (в днях)
Влияние хлоризоцианатов на уровень эозинофилов в периферической крови и выведение
нейтральных 17-кетостероидов с мочой. / — чистый воздух; 2 — пара-хлорфенилизоцнанат в концентрации 0,03 лг/л3; 3— мета-хлорфенилизоцианат в концентрации 0,1 мг/м3. Области статистически достоверных изменений заштрихованы и обозначены буквами: а — 95%: б — 99%.
,0 гг идов указывает на повышение функциональной активности системы гипофиз — кора надпочечников, свойственное реакциям напряжения при вредных воздействиях. Повышенное содержание в моче 17-кетостеро-идов свидетельствует в определенной степени об интенсивном образовании глюкокортикои-дов, которые, обладая антиаллергическим действием, угнетают плазмоцитарную реакцию (П. Ф. Здро-довский) и, следовательно, продукцию антител. Возможно, что пара-хлорфенилизоцианат, вызывая выработку антител, одновременно стимулирует механизмы, подавляющие антителообразование и аллергическую реакцию. Усиление деятельности коры надпочечников под влиянием мета-хлорфенилизоцианата является неспецифической реакцией в ответ на воздействие химического вещества. По данным Ф. М. Шлейфмана, наибольшие изменения функционального состояния надпочечников наблюдаются именно в период наступающей адаптации к внешнему раздражителю.
Ряд сдвигов в организме подопытных животных, вызванных пара-хлорфенилизоцианатом (повышение общего количества глобулинов в сыворотке крови с преобладанием у-глобулиновой фракции, эозинофи-лия в крови и сменяющее их во второй половине эксперимента увеличение нейтральных 17-кетостероидов, не наблюдавшееся раньше), вероятно, служит признаком возможного сенсибилизирующего действия этого хлоризоцианата. Действие пара- и мета-хлорфенилизоцианатов
по остальным показателям было аналогичным; можно лишь отметить, что сдвиги, вызванные мета-хлорфенилизоцианатом, оказались несколько менее выраженными.
Данные о содержании аскорбиновой и пировиноградной кислот в органах крыс после затравки хлоризоцианатами приведены в табл. 2.
Таблица 2
Изменение некоторых биохимических показателей при воздействии пара- и ме-
тахлорфенилизоцианатов
Биохимический показатель Контроль (чистый воз-Дух) Пара-хлорфенилизо-цианат 0,03 мг/м' Мета-хлорфенилизо-цианат 0,1 мг/м»
Витамин С (в мг%): в надпочечниках . . » почках .... » мозгу .... » печени .... 525,4± 17,0 18,8± 1,4 39,4± 1,7 29,4±2,9 332,4± 24,7 (в) 10,4± 1,3 (б) 29,4± 1,3 (б) 21,8± 1,3 (а) 320,1 + 21,2 (в) 9,5+1,7 (б) 29,2± 1,9 (б) 21,0± 1,9 (а)
Пировиноградная кислота в печени (в мг%) .... 1,9±0,6 5,0±0,6 (б) 4,2±0,7 (а)
Сульфгидрильные группы в печени (в мкмоль) . . . 0,90+0,01 0,53±0,11 (а) 0,75±0,02 (в)
Сиаловые кислоты в сыворотке крови (в мг%) .... 152,8±4,7 263,0± 28,0 (б) 229,5± 19,3 (б)
Примечание. Степени статистической достоверности: а —95%, б — 99%, в — 99,9%.
Предполагают, что энзимная система, катализирующая окислительное преобразование стероидных гормонов, связана с аскорбиновой кислотой. Уровень ее одновременно с повышением синтеза кортикостеро-идных гормонов значительно снижается, что используют при исследовании функционального состояния коры надпочечников. Ингаляционное воздействие хлоризоцианатов привело к снижению концентрации витамина С в надпочечниках, почках, мозгу и печени, причем оно наиболее выражено в почках и надпочечниках (на 45,7—36,7%).
В печени обнаружено накопление пировиноградной кислоты. Задержка расщепления ее может служить признаком гиповитаминоза Вь поскольку тиамин в виде пирофосфорного эфира является коэнзимом, участвующим в окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты. 3. С. Гершенович и А. И. Минкина установили, что витамин В) замедляет окисление аскорбиновой кислоты. Снижение уровня тиамина в результате воздействия хлоризоцианатов еще больше способствует расходу витамина С в организме крыс.
Эти витамины объединяет и их заинтересованность в БН-группах белков. Считают, что аскорбиновая кислота связана с обменом глюта-тиона и других БН-групп. Известно также, что ферментная система окисления и декарбоксилирования пировиноградной кислоты относится к числу сульфгидрильных энзимов. Хлоризоцианаты вызывают снижение количества БН-групп в сыворотке крови. Обнаружено также уменьшение содержания БН-групп в печени (см. табл. 2).
В последнее время все большее внимание уделяется изучению углеводно-белковых комплексов и продуктов их расщепления. Большая
часть методик основана на определении сиаловых кислот (групповое название дериватов нейраминовой кислоты), входящих в их состав, поскольку эти кислоты являются наиболее реактогенной группировкой гликопротеидов. Функция сиаловых кислот в организме еще слабо изучена, однако имеющиеся данные свидетельствуют об их участии в механизмах защиты от действия вредных агентов (А. А. Титаев с соавторами).
Мы определили сиаловые кислоты в сыворотке крови крыс как показатель неспецифических изменений в их организме в результате воздействия химических агентов. Хлоризоцианаты вызывали статистически достоверное увеличение содержания сиаловых кислот (на 70—50%) по сравнению с контролем (см. табл. 2).
При обосновании ПДК атмосферных загрязнений часто изучают выведение копропорфиринов с мочой как показатель общебиологических сдвигов в организме. Под влиянием хлоризоцианатов в наших опытах наступило выраженное снижение содержания копропорфиринов в моче. Достоверность изменений составила при действии пара-хлорфе-нилизоцианата 99% и мета-хлорфенилизоцианата 95%.
Все изменения, вызванные вдыханием хлоризоцианатов, сопровождались сдвигами в значениях реобаз и хронаксий разгибателей и сгибателей голени правой задней конечности (определение производили по общепринятой методике с помощью электронного стимулятора ИСЭ-01). При воздействии пара-хлорфенилизоцианата изменения были более выраженными и стойкими.
Известно, что воздействие различных неблагоприятных факторов приводит к ослаблению влияния центральной нервной системы на периферию, что сказывается, в частности, в изменении величин реобаз и хронаксий, а также в нарушении взаимоотношений между антагонистическими группами мышц.
В течение 3-недельного восстановительного периода нарушения в различных системах подопытных животных исчезли, что говорит в пользу функционального характера обнаруженных изменений.
Выводы
1. Низкий уровень действующих концентраций хлоризоцианатов указывает на их высокую токсичность. Как показывают результаты исследований, пара-хлорфенилизоцианат является более токсичным.
2. При ингаляционном воздействии пара-хлорфенилизоцианата (0,03 мг/м3) обнаруживаются некоторые признаки аллергиз'ации организма животных, что несвойЬтвенно мета-изомеру, в изучаемых концентрациях. Очевидно, при экспериментальных исследованиях действия атмосферных загрязнений следует учитывать возможность сенсибилизирующего действия химических веществ в малых концентрациях.
3. Различия в химическом строении имеют несомненное значение для степени и характера действия микроконцентраций хлоризоцианатов.
4. Максимальные разовые и среднесуточные предельно допустимые концентрации пара- и мета-хлорфенилизоцианатов должны быть на уровне 0,0015 и 0,005 мг/м3.
ЛИТЕРАТУРА
Аудулев К. К., Брусиловский Е. С. Лабор. дело, 1963, № 11, с. 27.— Гершенович 3. С., Минкина А. И. Биохимия, 1951, в. 1, с. 36. — Голубев А. А., Русин В. Я. В кн.: Руководство по гигиене труда. М., 1963, т. 2, с. 109.— Здродовский П. Ф. Вестн. АМН СССР, 1961, № 4, с. 9. — К а п л а н с к и й С. Я. Там же, 1962, №9, с. 10. — Пушкина H. Н. Биохимические методы исследования. M., 1963. — Пыцкий В. И. Вестн. АМН СССР, 1963, № 4, с. 20.—Титаев А. А.. Л а р с к и й Э. Г., Борисова Т. П. и др. Лабор. дело, 1964, № 4, с. 201. — Ф р о л о -
в а И. Н. В кн.: Промышленная токсикология и клиника профессиональных заболеваний химической этиологии. М., 1962, с. 186. — Шлейфман Ф. М. Гиг. и сан., 1961, № 5, с. 14.
Поступила 16/IX 1966 г.
ON COMPARATIVE TOXICITY OF MICROCONCENTRATIONS OF TWO CHLORISO-GYANATES (PARA- AND META-ISOMERS)
I. A. Zibireva
The paper deals with the investigation findings of the effect of microconcentrations of para- and meta-chlorphenylisocyanates on the reflex reaction of man and their re-sorptive action in animal bodies. It was found that both substances produced mainly nonspecific shifts; para-chlorphenylisocyanate produced certain signs of body sensibilization and proved to be more toxic than the other substance. The concentrations of para-chlorphenylisocyanate at a level of 0.0015 mg/m3 and those of meta-chlorphenylisocyanate at a level of 0.005 mg/m3, that had no reflex action on human body, are suggested as the maximal single time and daily average permissible concentrations of these substances in the atmosphere of residential areas.
УДК 614.72:[661.248 + 661.984]:612.833 + 612.833.014.46:614.
72: [661.248+ 661.984
РЕФЛЕКТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ СМЕСИ СЕРНИСТОГО ГАЗА И ДВУОКИСИ АЗОТА
Канд. мед. наук О. П. Шаламберидзе
Научно-исследовательский институт санитарии и гигиены им. Г. М. Натадзе Министерства здравоохранения Грузии, Тбилиси
Сернистый газ и двуокись азота встречаются совместно в атмосферном воздухе городов с развитой промышленностью и интенсивным автомобильным движением, а также вблизи химических предприятий (производство азотной и серной кислот, азотнотуковое производство и др.), что делает актуальным изучение рефлекторного действия этой смеси.
Двуокись азота получали методом Л. Мазера путем нагревания азотнокислого ■свинца с кварцевым песком; дозировку газа в нюхательных цилиндрах производили по способу, предложенному П. П. Якимчуком. Двуокись азота в воздухе исследовали с помощью реактива Грисса — Илосвая. Сернистый газ получали и дозировками общепринятым методом (В. А. Литкенс и А. В. Сакнынь) в модификации И. А. Атя-киной. Для установления его концентрации пользовались нефелометрическим методом.
Порог запаха сернистого газа определяли на 15 наблюдаемых. Были испытаны концентрации его от 0,46 до 11,1 мг/м3. Порог запаха двуокиси азота опредляли на 14 наблюдаемых. Испытаны концентрации его от 0,076 до 1,07 мг/м3.
Оказалось, что минимально ощутимые концентрации сернистого газа для разных лиц колеблются от 1,3 до 3,3 мг/м3. Для большинства наиболее чувствительных лиц порог ощущения запаха сернистого газа лежит на уровне 1,6 мг/м3, а неощутимая концентрация равна 1,3 мг/м3. Наши показатели соответствуют данным Ф. И. Дубровской; что касается сведений о концентрациях окислов азота, вызывающих ощущение запаха или раздражения слизистых оболочек у человека, то они ограничены и разноречивы. По данным наших исследований, порог обонятельного ощущения двуокиси азота у большинства испытуемых равен 0,23 мг/м3, а максимально неощутимая концентрация составляет 0,11 мг/м3.
