CC BY
68
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ И ФИЗИКА
УДК 615.099.097:591.6 ББК 52.84:28.68
Плотникова Ольга Михайловна
кандидат химических наук, доктор биологических наук доцент
Курганский государственный университет
г. Курган
Г ригорович Максим Александрович
кандидат биологических наук Региональный центр по обеспечению государственного экологического контроля и мониторинга объектов по хранению и уничтожению химического оружия (РЦ СГЭКиМ) по Курганской области г. Курган Кудрин Борис Иванеович кандидат медицинских наук Региональный центр по обеспечению государственного экологического контроля и мониторинга объектов по хранению и уничтожению химического оружия (РЦ СГЭКиМ) по Курганской области г. Курган
Евдокимов Александр Николаевич
научный сотрудник Региональный центр по обеспечению государственного экологического контроля и мониторинга объектов по хранению и уничтожению химического оружия (РЦ СГЭКиМ) по Курганской области г. Курган Сосновских Елена Николаевна научный сотрудник Региональный центр по обеспечению государственного экологического контроля и мониторинга объектов по хранению и уничтожению химического оружия (РЦ СГЭКиМ) по Курганской области г. Курган Plotnikova Olga Mikhailovna Candidate of Chemistry,
Doctor of Biology Assistant Professor Kurgan State University Kurgan
Grigorovich Maksim Aleksandrovich
Candidate of Biology
Regional Centre of State Ecological Control and Monitoring the Objects In Charge For Keeping and Destructing Chemical Weapon in Kurgan Region
Kurgan
Kudrin Boris Ivanovich Candidate of Medicine
Regional Centre of State Ecological Control and Monitoring the Objects in Charge for Keeping and Destructing Chemical Weapon in Kurgan Region
Kurgan
Evdokimov Aleksandr Nikolaevich
Research Officer
Regional Centre of State Ecological Control and Monitoring the Objects in Charge for Keeping and Destructing Chemical Weapon in Kurgan Region
Kurgan
Sosnovskikh Elena Nikolaevna
Research Officer
Regional Centre of State Ecological Control and Monitoring the Objects in Charge for Keeping and Destructing Chemical Weapon in Kurgan Region
Kurgan
Острая токсичность некоторых неорганических солей моноэтанола-
мина
Acute Toxicological Characteristics of Some Monoethanolamine Inorganic Acute Toxicological CharacterisStiaclst sof Some Monoethanolamine Inorganic
Интрагастральное введение белым лабораторным мышам нейтральных растворов неорганических солей моноэтаноламина (МЭА) не вызывало поражения стенки желудка и двенадцатиперстной кишки. ^ли МЭА обладают низкой токсичностью, которая определяется токсическими свойствами анионов неорганических кислот. Найдено, что максимальной токсичностью обладал нитрат МЭА; меньшей - сульфат и гидрохлорид МЭА.
Intragastric injection 1.0 ml of neutral bath of monoethanolamine (MIS) inorganic salts to white laboratory mice hasn’t produced gastric or duodenal mucose lesions. Animals’ death was more connected with acute intoxication by inorganic acid anions, then with acute intoxication by MIS-kation. MIS nitrate was more toxic then MIS sulfate and hydrochloride.
Ключевые слова: неорганические соли моноэтаноламина; лабораторные мыши; острая токсичность.
Key words: monoethanolamine inorganic salts; white laboratory mice; acute toxicity.
При уничтожении фосфорорганических отравляющих веществ в качестве основного реагента при гидролизе зарина и зомана используют аминоспирт 2-аминоэтанол (моноэтаноламин, МЭА). МЭА также широко применяют в качестве поглотителя кислых газов, для синтеза поверхностно-активных веществ, при производстве лаков, эмульсий, косметических средств и антибиотиков, как
смягчающий компонент при выделке кожи и антикоррозионное средство в технике, для диспергирования химикатов в сельском хозяйстве. В малых дозах используют в животноводстве и птицеводстве как фактор антиоксидантной защиты [1, 5]. Широкое использование МЭА в хозяйственной деятельности увеличивает частоту контактов человека с этим веществом и его солями.
Острые эффекты воздействия МЭА на млекопитающих достаточно хорошо изучены. Высокие концентрации паров МЭА в воздухе и прямое попадание его на кожу и слизистые вызывают у экспериментальных животных раздражение кожных покровов, конъюнктивы глаз, слизистой дыхательных путей [8]. Однократное пероральное попадание больших доз МЭА в организм приводит к острому поражению желудочно-кишечного тракта [3], многократное введение животным умеренных доз МЭА вызывает изменения в печени, почках, сердце, центральной нервной системе [10, 15], а также биохимических параметров крови [4].
Моноэтаноламин относят ко второму классу опасности [2]. Для лабораторных мышей медианная летальная доза (LD50) МЭА при пероральном введении находится в пределах 700-1475 мг/кг [6, 8], по данным нашего исследования - 1760 мг/кг [3]. Интрагастральное введение такого сильного органического основания как МЭА (для 0,1 н. водного раствора рН=12 [10]) неизбежно ведет к поражению верхних отделов желудочно-кишечного тракта, развитию кровотечения и болевого шока. Поэтому гибель животных вызвана не столько в результате токсического влияния МЭА в целом на организм, сколько от болевого шока и внутреннего кровотечения. В этом случае рассчитанные значения LD50 не отражают истинную степень токсичности моноэтаноламина.
Ранее нами было экспериментально показано [3], что нейтрализация МЭА соляной кислотой перед интрагастральным введением раствора токсиканта приводило к значительному росту дозы МЭА, переносимой животными -при введении солянокислого моноэтаноламина не наблюдалось эрозий слизистой оболочки верхних отделов желудочно-кишечного тракта и кровоизлияний.
Целью настоящей работы явилось изучение острой токсичности самых распространенных неорганических солей МЭА при интрагастральном введении их растворов лабораторным мышам Ыт тшеиїш Ь.
Объекты и методы исследования. Исследование проведено на 166 белых лабораторных мышах-самках линии CBA весом 25-30 г, содержащихся в условиях аттестованного вивария. Нейтральные растворы солей МЭА готовили из химически чистых реактивов фирм «Нева-реактив» (Санкт-Петербург) и «Лаверна» (Москва). Животные были разбиты на 3 группы, которым интрагаст-рально вводили соответствующие дозы солей МЭА в виде водных растворов объемом 1,0 мл. Для сравнения результатов вводимые дозы указаны в пересчете на катион моноэтаноламмония (МЭА-катион). Первой группе (п=48) вводили растворы азотнокислого МЭА (МЭА-нитрата) в дозах 2300, 2700, 3000, 3300, 3700 и 4000 мг/кг; второй группе (п=48) - растворы сернокислого МЭА (МЭА-сульфата) в дозах 3700, 4000, 4300, 4500, 4700 и 5000 мг/кг; третьей группе (п=70) - растворы солянокислого МЭА (МЭА-хлорида) в дозах 3000, 4000, 4300, 4600, 5000, 6000 и 7000 мг/кг массы животного. Контрольными значениями служили значения LD50, полученные нами [3] при интрагастральном введении мышам растворов МЭА ^^12). Вычисления LD50 проводили по компьютерной программе, бесплатно распространяемой научноисследовательской клинико-диагностической лабораторией ВНМУ им. Н.И. Пирогова института химии поверхности НАН Украины [16].
Результаты исследования. В первой группе гибель части мышей происходила уже в течение первых часов после введения в желудок растворов азотнокислого МЭА. При вскрытии у погибших животных обнаружена гиперемия слизистой пилорической части желудка и двенадцатиперстной кишки. Эрозий и кровоизлияний в стенке желудка и двенадцатиперстной кишки не было найдено. Кровь погибших животных содержала метгемоглобин и имела характерный для отравления нитратами и нитритами шоколадный цвет. Во второй и третьей группах после введения сернокислого и солянокислого МЭА гибель животных наступала позднее. У погибших животных также были обнаружены явления
гиперемии слизистой пилорической части желудка и двенадцатиперстной кишки, эрозии и кровоизлияния в стенке желудка и двенадцатиперстной кишки отсутствовали. Кровь погибших животных второй и третьей групп сохраняла обычную для венозной крови окраску. У части мышей после введения МЭА-сульфата наблюдалась диарея.
Анализируя значения медианных летальных доз для азотнокислого, сернокислого и солянокислого МЭА, необходимо учитывать, что токсичность солей складывается из суммарной токсичности МЭА-катиона и аниона соответствующей кислоты.
Значения LD50, рассчитанные для МЭА-катиона, и дозы вводимых совместно с МЭА анионов неорганических кислот приведены на рисунке 1. Наименьшая токсичность отмечена для сернокислого и солянокислого МЭА: медианная летальная доза составила 8327 и 7448 мг/кг соответственно, что в перерасчете на МЭА-катион соответствует 4540 и 4590 мг/кг. Максимальная токсичность определена для азотнокислого МЭА - LD50 5200 мг/кг, что соответствует 2600 мг/кг в пересчете на МЭА-катион. Т.е. в виде неорганических солей в организм мышей на уровне LD50 вводились более значительные дозы МЭА, чем в виде индивидуального соединения, что объясняется тем, что введение растворов солей в желудок мышей не сопровождалось поражением слизистой верхних отделов желудочно-кишечного тракта и ранней гибелью животных от кровотечения и болевого шока.
10000
£
"I 8000 <Т
2 6000 ад
ч 4000
о
о
§ 2000 0
2600
4536 4590
1760
п анион кислоты
□МЭА-
катион
МЭА МЭА-нитрат МЭА-сульфат МЭА-хлорид
Рис. 1. Медианные летальные дозы (LD50, мг/кг) для МЭА и МЭА-катионов в нейтральных растворах неорганических кислот
Величина медианной летальной дозы вводимого раствора соли МЭА зависела от кислотного остатка у МЭА. В наших экспериментах дозировка вводимых в желудок анионов кислот с учетом некоторого избытка кислот при нейтрализации МЭА составила: для нитрата - 2600, сульфата - 3787, хлорида -2858 мг/кг массы животного. Различный эффект от воздействия на организм подопытных животных анионов неорганических кислот объясним следующими фактами. Известно, что нитрат-анион быстро всасывается в желудочнокишечном тракте и выделяется из организма преимущественно с мочой. Редуцирующая микрофлора кишечника восстанавливает часть нитрата до нитрита. Нитрит-анион на порядок токсичнее нитрат-аниона и, всасываясь из кишечника в кровь, превращает гемоглобин крови в метгемоглобин, нарушая, тем самым, транспорт кислорода в организме животных. Сульфат-анион плохо всасывается в кишечнике и, создавая в его просвете высокую осмотическую концентрацию, способствует задержанию воды и усилению перистальтики, вызывая тем самым слабительный эффект. Хлорид-анион хорошо всасывается в кишечнике и выделяется из организма с мочой и потом. Основными патогенетическими факторами воздействия его на организм являются влияние на осмос, электролитный баланс и кислотно-щелочное равновесие.
Известно, что LD50 при пероральном введении мышам растворов солей для нитрата, сульфата и хлорида натрия составляет 3500, 5989 и 4000 мг/кг соответственно [12, 13, 14], что в пересчете на анионы соответствует введению нитрата 2553, сульфата 4049, хлорида 2427 мг/кг. Сопоставляя эти данные с дозами анионов солей (для нитрата - 2600, сульфата - 3787, хлорида - 2858 мг/кг), которые вводились нами мышам совместно с МЭА-катионом, можно сделать вывод, что медианные летальные дозы для нитрата, сульфата и хлорида МЭА формируются в результате токсического воздействия на организм животных не столько МЭА-катиона, сколько неорганических анионов. Подтверждение этому мы находим и при анализе доз МЭА-катиона на уровне LD50 в ряду испытанных нами солей. В виде соли с более токсичным нитратом удается вве-
сти значительно меньше МЭА-катиона, чем в виде соли с менее токсичными сульфатом и хлоридом.
Таким образом, LD50 химических соединений, определенная путем интра-гастрального введения животным растворов, рН которых сильно отличается от нейтрального, не позволяет корректно судить о степени их токсичности. В этом случае смерть животных наступает вследствие эрозии стенок верхних отделов желудочно-кишечного тракта, желудочных и дуоденальных кровоизлияний, болевого шока, а не от токсического воздействия токсиканта на организм. В наших экспериментах поражение желудка и двенадцатиперстной кишки в результате интрагастрального введения свободного МЭА вызывало у мышей симптоматику, аналогичную той, что наблюдается и в клинике человека при поражениях пищеварительного тракта сильными щелочами. Интрагастральное введение животным нейтрализованного МЭА в виде солей неорганических кислот устраняло эффект разрушения слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки и резко увеличивало переносимость токсиканта. В соответствии с классификацией К.К. Сидорова [7] сернокислый и солянокислый моноэтаноламин можно отнести к малотоксичным соединениям (IV класс опасности), а азотнокислый МЭА необходимо отнести к умеренно токсичным соединениям (III класс опасности).
Заключение. Интрагастральное введение мышам нейтральных растворов минеральных солей МЭА в больших дозах не вызывало поражения стенки желудка и двенадцатиперстной кишки. Смерть животных наступала вследствие совместной интоксикации катионами МЭА и анионами неорганических кислот, причем, основную токсическую нагрузку на организм млекопитающих создавали анионы неорганических кислот. Сернокислый и солянокислый моноэтано-ламин являются малотоксичными солями, а солянокислый - умеренно токсичной солью.
Библиографический список
1. Азарнова, Т.О. Коламин как фактор антиоксидантной защиты / Т.О. Азар-нова, С.Ю. Зайцев, М.С. Найденский и др. // Ветеринарная медицина. -2011. - № 1. - С. 23-25.
2. Лазарев, Н.В. Вредные вещества в промышленности / Н.В. Лазарев, Э.Н. Левина. - Л.: «Химия», 1976.
3. Плотникова, O.M. К вопросу о токсичности моноэтаноламина / O.M Плотникова, MA. Григорович, Б.И. Кудрин, А.Н. Евдокимов // Mедико-биологические аспекты обеспечения химической безопасности Российской Федерации / Сборник трудов Всероссийского симпозиума, посвященного 50-летию со дня основания ФГУП «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» ФЖБА России. - СПб., 2012. - С. 142-145.
4. Плотникова, O.M. Изменение активности ферментов печени при влиянии специфических токсикантов уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ / O.M. Плотникова, MA. Григорович, А.Н. Евдокимов // Биологический мониторинг природно-техногенных систем / Mатериалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Киров, 2011. - С. 170-173.
5. Сало, А.В. Научно-практическое обоснование повышения адаптационных способностей и мясной продуктивности бычков за счет генетических и па-ратипических факторов при промышленном производстве говядины / А.В. Сало. Автореф. дис. ... докт. сельскохозяйств. наук. - Волгоград, 2009. - 54 с.
6. Сидоров, К.К. Сравнительные токсикологические характеристики некоторых регенерирующих абсорбентов двуокиси углерода / К.К. Сидоров, T.M. Горбань, Г.П. Тихонова // Космическая биология и медицина. - 1968. - № 2.
- С. 289-292.
7. Сидоров, К.К. Mетоды определения острой токсичности и опасности химических веществ / К.К. Сидоров. - M.: Mедицина, 1970. - С. 171.
8. Тимофеевская, Л.А. Токсикологические характеристики моноэтаноламина / Л.А. Тимофеевская // Токсикология новых промышленных химических веществ. - 1962. - № 4. - С. 81-91.
9. Emergency and continuous exposure limits for selected airborne contaminants. Monoethanolamine. Washington, DC: National Academy Press, Committee on Toxicology, Board on Toxicology and Environmental Health Hazards, Commission on Life Sciences, National Research Council. National Academy Press, Washington, 1984. - V.2. - P. 17-25.
10. Knaak, J.B. Toxicology of mono-, di- and triethanolamine / J.B. Knaak, H.W. Leung, W.T. Stott, et. al. // Rev. Environ. Contam. Toxicol. - 1997. - V. 149. - P. 1-86.
11. Lag, M. Health effects of different amines and possible degradation products relevant for CO2 capture / M. Lag, A. Andreassen, Ch. Instanes, B. Lindeman // Rapport Nasjonalt folkehelseinstitutt, Nydalen (Norway). - 2009. - № 3. - P. 30.
12. Sodium nitrate. http://www.kmacgill.com/documents/msds/sodium nitrate 21400.pdf.
27.03.2012.
13. Sodium sulfate. http://www.ofite.com/msds/144-91.pdf. 27.03.2012.
14. Sodium chloride. http://www.2spi.com/catalog/msds/msds01817.html.
27.03.2012.
15. McConnell, E. Emergency and continuous exposure guidance levels for selected submarine contaminants / E. McConnell, R. Dixit, D. Dorman, et. al. - V. 1. - C. 8. Monoethanolamine. The National Academies Press, Washington D.C. - 2007.
- P. 195-208.
16. Научно-исследовательская клинико-диагностическая лаборатория института химии поверхности НАН Украины. http://ilch.vsmu.edu.ua/soft/ld50/ld50.htm. 27.03.2012.
Bibliography
1. Azarnova, T.O. Colamine As a Factor of Antioxidant Defence [Text] / T.O. Azarnova, S.Yu. Zaitsev, M.S. Naidensky, et. al. // Veterinarnaya Meditsina. -2011. - №1. - P. 23-25.
2. Emergency and Continuous Exposure Limits for Selected Airborne Contaminants. Monoethanolamine [Text] // Washington, DC: National Academy Press, Committee on Toxicology, Board on Toxicology and Environmental Health Hazards, Commission on Life Sciences, National Research Council. National Academy Press, Washington. - 1984. - V.2. - P. 17-25.
3. Knaak, J.B. Toxicology of Mono-, Di- and Triethanolamine [Text] / J.B. Knaak, H.W. Leung, W.T. Stott, et. al. // Rev. Environ. Contam. Toxicol. - 1997. -V.149. - P.1-86.
4. Lag, M. Health Effects of Different Amines and Possible Degradation Products Relevant for CO2 Capture [Text] / M. Lag, A. Andreassen, Ch. Instanes, B. Lindeman // Rapport Nasjonalt Folkehelseinstitutt, Nydalen (Norway). - 2009. -№ 3. - P. 30.
5. Lazarev, N.V. Harmful Substances in the Idustry [Text] / N.V. Lazarev, E.N. Levina // Reference Book. - L.: «Chemistry», 1976. - P. 223.
6. McConnell, E. Emergency and Continuous Exposure Guidance Levels for Selected Submarine Contaminants [Text] / E. McConnell, R. Dixit, D. Dorman, et al. - V. 1. - C. 8. Monoethanolamine. The National Academies Press, Washington D.C. -2007. - P. 195-208.
7. Plotnikova, O.M. To the Question of Monoethanolamine Toxicity [Text] / O.M. Plotnikova, M.A. Grigorovich, B.I. Kudrin, A.N. Evdokimov // Medical-and-Biological Aspects of Chemical Safety Guarantee in the Russian Federation. Collection of the Works of All-Russian Symposium Dedicated to the 50th Aniversary Foundation of FSAP «SRI of Hygiene, Professional Pathology and Human Ecology» of FMBA of Russia. - SPb., 2012. - P. 142-145.
8. Plotnikova, O.M. Changes of the Liver Ferments Activity Under the Influence of Specific Toxicants of Phosphorus-Organic Toxic Substances Destruction [Text] / O.M. Plotnikova, M.A. Grigorovich, A.N. Evdokimov // Biological Monitoring of Natural-Technogenic Systems. The Materials of All-Russian Scientific-and-Practical Conference With International Participation. - Kirov, 2011. - P. 170173.
9. Research Clinic and Diagnostic Laboratory Institute of Surface Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine [Electronic Resource]. - Access Mode: http://ilch.vsmu.edu.ua/soft/ld50/ld50.htm. 27.03.2012.
10. Salo, A. V. Scientific-and-Practical Substantiation of Increasing Adaptation Abilities and Meat Productivity of the Bull Calves by Means of Genetic and Paratypi-cal Factors in the Beef Industry: Synopsis of Diss. ... Dr of Agriculture [Text] / A.V. Salo. - Volgograd, 2009. - 54 p.
ll.Sidorov, K.K. Comparative Toxicological Characteristics of Some Regenerable Absorbers of Carbon Dioxide [Text] / K.K. Sidorov, G.M. Gorban, G.P. Tikhonova // Kosmicheskaya Biologiya i Meditsina. - 1968. - N 2. - P. 44-49.
12.Sidorov, K.K. Methods of Acute Toxicity Determination and Danger of Chemical Substances [Text] / K.K. Sidorov. - M.: «Medicine», 1970. - P.171.
13. Sodium Nitrate [Electronic Resource]. - Access Mode:
http://www.kmacgill.com/documents/msds/sodium nitrate 21400.pdf.
27.03.2012.
14. Sodium Sulfate [Electronic Resource]. - Access Mode:
http://www.ofite.com/msds/144-91.pdf. 27.03.2012.
15. Sodium Chloride [Electronic Resource]. - Access Mode: http://www.2spi.com/catalog/msds/msds01817.html. 27.03.2012.
16.Timofeevskaya, L.A. Toxicologycal Characteristics of Monoethanolamines [Text] / L.A. Timofeevskaya // Toxicology of New Industrial Chemical Substances. -1962. - № 4. - P. 81-91.
