CC BY
14
УДК 816.24-091-02:661.6851-092.9
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ СИЛИЦИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Канд. мед. наук И. Т. Брахнова, член-корр. АН УССР Г. В. Самсонов
Институт гигиены труда и профзаболеваний и Институт проблем материаловедения АН УССР, Киев
Среди материалов, используемых в промышленности в связи с развитием новых отраслей техники, все большее значение приобретают силициды переходных металлов (Г. В. Самсонов, 1958, 1963). Из них изготовляют сопла пескоструйных аппаратов, детали металлических печей и газовых турбин, чехлы высокотемпературных термопар и другие термоустойчивые изделия. Вместе с тем с гигиенической точки зрения эти соединения изучены недостаточно. Отдельные данные (И. Т. Брахнова; О. Я. Мо-гилевская, 1965,1967; Н. В. Мезенцева) свидетельствуют о необходимости всесторонней оценки их биологического действия и гигиенического нормирования. Щ
В связи с этим в эксперименте на белых крысах при интратрахеаль-ном и ингаляционном воздействии на протяжении 1—6 месяцев было изучено действие силицидов переходных металлов — титана (FiSi2), молибдена (MoSi2) и вольфрама (WSi2). Количественную оценку фиброгенной активности исследуемых соединений проводили, определяя содержание в легочной ткани животных коллагеновых белков по методу Слуцкого и Ше-лекетиной и аскорбиновой кислоты по Birch, Harris и Ray. Общетоксическое действие устанавливали по данным патоморфологических исследований.
Данные о биологической активности изучаемых веществ были сопоставлены с их электронным строением, поскольку ранее нам удалось отметить определенную корреляцию между токсическими свойствами простых веществ и их электронным строением (И. Т. Брахнова и Г. В. Самсонов). Установлено, что токсическое действие простых веществ (элементов) умень-
Изменения содержания коллагеновых белков в легочной ткани белых крыс после интратрахеального введения силицидов переходных металлов
Соединение Срок после введения силицида
1 месяц 3 месяца 6 месяцев
абсолютное количество (в мг) прирост по сравнению с контролем абсолютное количество (в мг) прирост по сравнению с контролем абсолютное количество (в мг) прирост по сравнению с контролем
мг % мг % мг 0/ /0
MoSi, Р WSi2 р TiSio Р 24,7+3,43 30,8+5,3 52,5+12,7 : ■ \ 3,8 10,8 31,6 18,1 <0,05 51,6 <0,05 151,6 <0,05 27,7+5,3 35,2+6,2 52,9+2,0 3,3 10,8 28,5 13,9 <0,05 44,2 <0,05 116,8 <0,05 23,4 + 1 , 1 29,7+1,0 27,3+4,3 ■ 9,5 10,8 8,4 50,0 <0,05 56,9 <0,05 44,4 <0,05
шается с увеличением в кристаллах переходных металлов статистического веса атомов со стабильными с!3-электронными конфигурациями и БР3-кон-фигурацнй у атомов неметаллов и полуметаллов, а также с понижением доли электронов, находящихся в нелокализованном состоянии.
Прирост коллагеновых белков в легочной ткани животных под влиянием всех 3 соединений был повышен (см. таблицу). При этом наибольшее коллагенообразование (151,6%) отмечалось через 1 месяц под влиянием Т12. При интратрахеальном введении МоБи активность коллагенооб-
разования в первые 3 месяца была небольшой и лишь к 6 месяцам достигла 50%, а при ингаляционном воздействии на.протяжении 3 месяцев при средней концентрации 215 мг/м3 составляла 42,7% (Р<0.05). При концентрации 7,7 мг/м3 прироста коллагеновых белков на протяжении б месяцев не наблюдалось. Под влиянием WSi2 содержание коллагеновых белков в легочной ткани через 1 месяц превышало уровень их у контрольных животных на 51,6%, а через 6 месяцев — на- 56,9%. Наряду с этим введение TiSi2 сопровождалось повышением синтеза аскорбиновой кислоты в легочной ткани на 30%, a WSi2 на 50—60% .
Морфологические изменения в легочной ткани под влиянием всех 3 препаратов были сходными 1. После введения MoSi2 отмечались явления перибронхита и периваскулита, очаговая пневмония и гиперплазия лимфатических узлов. Просветы бронхов были заполнены слизью с примесью лимфоцитов и клеток слущенного эпителия. В некоторых местах вокруг сосудов обнаруживался экссудат белкового характера, свидетельствующий о повышении их проницаемости. Обнаруживались также скопления частиц пыли и клеточно-пылевые узелки мелких и средних размеров, круглой формы, состоящие из лимфоидно-гистиоцитарных элементов и частиц пыли. Спустя 6 месяцев в некоторых местах отмечались умеренный диффузный склероз и очаговая эмфизема наряду с утолщением межальвеолярных перегородок.
В первые месяцы выявлялись очаговое набухание и зернистость протоплазмы печеночных клеток, а через 3 месяца — очаги жировой дистрофии печени. В почках найдены набухание и паренхиматозная дистрофия эпителия извитых канальцев. В капсулах почечных клубочков содержался экссудат белкового характера, свидетельствующий о токсическом поражении стенок капилляров. У некоторых животных произошли дистрофические изменения миокарда.
Сходные патологические явления в организме подопытных животных наблюдались при ингаляционном воздействии MoSi2 в концентрациях 150— 250 мг/м3 (в среднем 215 мг/м3), тогда как при концентрациях 1—10 мг/м3 (в среднем 7,7 мг/м3) обнаруживались лишь незначительные нарушения.
Под влиянием TiSi2 также выявлялся воспалительно-пролифератив-ный процесс в легочной ткани с образованием клеточно-пылевых узелков и умеренным склерозом, однако отсутствовали симптомы повышения проницаемости сосудистой стенки. Отмечалось лишь формирование периваску-лярных инфильтратов из лимфоидных элементов. Вместе с тем уже через 1 месяц после начала опыта констатировалась жировая дистрофия печени; через 6 месяцев она захватывала обширные участки. В почках имело место набухание эпителия извитых канальцев; лишь у отдельных животных через 3 и 6 месяцев определялось скопление экссудата в полости капсул почечных клубочков.
В отличие от описанных нарушений после введения WSi2 не повышалась проницаемость сосудов. В легочной ткани удавалось найти лишь пе-риваскулярные инфильтраты, гиперплазию лимфатических узлов, местами утолщение межальвеолярных перегородок при наличии клеточно-пылевых узелков, состоявших из лимфоидно-гистиоцитарных элементов, а также фибробластов. Значительно менее выраженными были нарушения в паренхиматозных органах.
Таким образом, из 3 соединений биологически наиболее активным является TiSi2. Наименее активным следует считать WSi2, тогда как MoSi., занимает промежуточное положение.
Изменения, возникающие под влиянием силицидов переходных металлов, во многом сходны с воздействием основных металлических компонентов, однако пневмокониотическое действие из было более выраженным и обнаруживалось в более ранние сроки.
1 Патоморфологическне исследования консультировал проф. Е. И. Чайка.
Исследованием интенсивности фагоцитоза при воздействии МоБи и \\/512 установлено, что оба соединения вызывают менее активную фагоцитарную реакцию, чем пыль железа или графита, для которых свойственно быстрое удаление из организма, и более близкую к реакции на введение кварцевой пыли.
Анализ данных об изменениях в организме животных, возникающих под влиянием силицидов переходных металлов, а также окислов и других соединений этих металлов, для которых уже установлены предельно допустимые концентрации (ПДК), позволяет рекомендовать ПДК МоБ^ на уровне 4 мг/м3 и на уровне 6 мг/м3. Веиду того что под влиянием
74513 возникает более активный фиброзный процесс, чем при воздействии двуокиси титана, а также обнаруживаются признаки общетоксического действия, ПДК "ПБ^ должна быть понижена до 2 мг/м3.
Отмеченное изменение токсических свойств изучаемых силицидов может быть объяснено их электронным строением. Согласно существующим представлениям (Г. В. Самсонов 1965, 1968), при взаимодействии титана, имеющего электронную конфигурацию изолированного атома (РБ, с кремнем, которому отвечает электронная конфигурация БФ2, создаются условия для передачи части валентных с1-электронов, находящихся в нелока-лизованном состоянии, для достройки р-уровня до стабильного состояния с образованием энергетически устойчивых 5Р3-электронных конфигураций у атомов кремния. Однако в связи с тем, что, согласно расчетным данным (Батзопочу), статистический вес стабильных ^-конфигураций у атома титана равен 43%, а остальная доля электронов находится в нелокализо-ванном состоянии, очевидно, при образовании "ПБ^ значительная часть нелокализованных электронов металла остается в свободном состоянии и при определенных условиях может участвовать в химических и биохимических процессах. Избыточный статистический вес нелокализованных электронов возможно предполагать не только в данном случае, но и при переходе а-титана в (3-состояние, когда под влиянием высокой температуры, при которой образуются силициды, происходит частичная локализация коллективизированных электронов у остовов атомов, а это в свою очередь сопровождается повышением стабильных с!5-электронных конфигураций с 43 до 60% (Г. В. Самсонов, 1968).
В случае образования МоБц в результате взаимодействия атомов молибдена ((РБ) с кремнием, вероятно, значительно меньшая часть электронов остается в нелокализованном состоянии, чем при образовании предыдущего соединения, так как у молибдена отмечается высокий статистический вес с15-электронных конфигураций, равный 88%; соответственно значительно меньшая доля нелокализованных электронов может участвовать в обмене, чем у атома титана. Это и обусловливает менее выраженную биологическую активность МоБ^.
С учетом сказанного еще менее выраженной должна быть биологическая активность '\У512, так как у вольфрама еще более низок статистический вес нелокализованных электронов (всего 6%); это совпадает с данными о токсическом действии.
Различие в содержании нелокализованных электронов в составе соединений, относящихся к силицидам, подтверждается особенностями строения их кристаллической решетки. Исходя из того, что наиболее высокая степень симметрии кристаллической решетки соответствует наиболее высокому статистическому Бесу стабильных электронных конфигураций, можно отметить повышение симметрии кристаллических решеток от Т1512, МоБи и далее к АУБц. Так, для Т!2 характерна ромбическая ячейка кристаллической решетки, тогда как для МоБ!, и \У512, имеющих лишь небольшое различие в содержании стабильных электронных конфигураций, свойственна тетрагональная ячейка кристаллической решетки. Вместе с. тем строение последней также у Мо512 и ШБи имеет некоторые различия, выражающиеся в изменении параметров ячеек.
Выводы
1. Силициды переходных металлов (TiSi2, MoSi2, WSi2) обладают повышенным фиброгенным действием, а также вызывают дистрофические изменения в паренхиматозных органах, главным образом в печени и почках. Выраженность биологической активности убывает от силицида титана к силициду молибдена и далее к силициду вольфрама.
2. В целях профилактики профессиональных заболеваний на предприятиях должны быть приняты меры cai итарно-технического и технологического порядка, направленные на снижение концентрации пыли силицидов в воздухе рабочей зоны. Предельно допустимые концентрации силицида титана рекомендуются на уровне 2 .мг/лг3, силицида молибдена — 4 мг/м3 и силицида вольфрама — 6 мг/мя.
3. Установлена корреляция между токсическими свойствами силицидов, уровнем образования стабильных электронных конфигураций и степенью симметрии кристаллической решетки. Токсическое действие силицидов повышается с увеличением статистического Ееса нелокализован-ных электронов, образующихся при взаимодействии атомов металла и кремния, а также с понижением степени симметрии кристаллической решетки .
ЛИТЕРАТУРА
БрахноваИ. Т. В кн.: Материалы научной сессии Донецк, ин-та гигиены труда и профзаболеваний. Донецк, 1965, с. 13. — Б р а х н о в а И. Т., Самсонов Г. В. Порошковая металлургия, 1966, № 9, с. 97. — Мезенцева Н. В. В кн.: Новые данные по токсикологии редких металлов и их соединений. М., 1967, с. 172. — Могилев-ска я О. Я. Гиг. труда,1965, № 7, с. 27. — О н а ж е. В кн.: Новые данные по токсикологии редких металлов и их соединений. М., 1967, с. 175. — Самсонов Г. В. Силициды и их использование в технике. Киев, 1958. — Он же. Тугоплавкие соединения. М., 1963. — О н ж е. Укр. хим. ж., 1965, № 12, с. 1233. -Слуцкий Л. И., Ш е л е к е-т и н а И. И. Вопр. мед. химии, 1959, в. 6, с. 466. — В г i с h Т. W., Harris L. I., R а у S. N.. Biochem. J., 1933, v. 27, p. 590.
Поступила 23/X11 1968 г.
COMPARATIVE ASSESSMENT OF THE EFFECT PRODUCED ON THE BODY BY SILIC1DES OF THE TRANSITION METALS
I. T. Brakhnova, G. V. Samsonov
A high fibrogenic activity and dystrophic changes were detected in the parenchyma tous organs of albino rats under the action of disilicides of titanium, molybdenum and tungsten. Their maximum permissible concentrations are recommended. The toxicity proved to diminish starting from titanium silicide to molybdenum and tungsten silicides; it was inversely related to the increase of static weight of stable electronic d6- and Sp3-configurations formed in the interaction of silicon atoms and transitory metal; and besides it depended on the symmetry of crystallic lattice.
УДК 612.89 +612.45 +612.13 ЮВ:612.825.8-053.5
ВЛИЯНИЕ УМСТВЕННОЙ РАБОТЫ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА СОСТОЯНИЕ СИМПАТИКО-АДРЕНАЛОЕОЙ И ГЕМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМ ШКОЛЬНИКОВ
Ф. И. Гришко, А. Н. Ратушная Киевский институт гигиены труда и профзаболеваний
Известно, что продолжительная умственная работа вызывает значительное напряжение различных систем организма. При предъявлении ему повышенных требований важную роль в осуществлении, приспособитель-
