CC BY
9УДК 615.917'558.1
Е.И.Малочкина*, М.Л.Степанский, А.И.Торубаров, В.С.Татаринский, О.А.Ходаковская, В.А.Петрунин
ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕАКЦИОННЫХ МАСС, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ УНИЧТОЖЕНИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
ФГУП«Государственный научно-исследовательский институт органической химии и технологии», Москва
Ведущим компонентом паро-воздушной смеси реакционных масс от зарина и зомана, определяющим клинические проявления интоксикации, является трибутиламин, а от жидкого и вязкого УХ — (2-диэтиламино)этилизо-бутилсульфид.
Экспериментально установлено, что летучие компоненты реакционных масс от зарина, зомана, жидкого и вязкого УХ при ингаляционном воздействии в опытах на животных не обладали антихолинэстеразной активностью.
Реакционные массы, полученные при уничтожении зарина, зомана, жидкого и вязкого УХ обладают кожно-ре-зорбтивным и раздражающим действием на кожные покровы крыс.
Ключевые слова: зарин, зоман, VX, реакционные массы, токсикологическая оценка.
Введение. В рамках Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении [4] российскими специалистами разработан двухстадийный процесс уничтожения фосфор-органических отравляющих веществ — зарина, зомана и УХ (жидкого и вязкого).
На первой стадии детоксикация зарина и зомана осуществляется с помощью моноэтанол-амина. В результате взаимодействия зарина и зомана с моноэтаноламином образуются реакционные массы. Остаточное содержание зарина и зомана в реакционных массах не должно превышать 110-4 % по массе.
Для нейтрализации УХ используется рецептура РД-4М, основным компонентом которой является изобутилат калия. После взаимодействия УХ с рецептурой РД-4М образуются реакционные массы с остаточным содержанием УХ в реакционной массе до 5-10-4 % по массе.
Второй и обязательной стадией процесса уничтожения зарина, зомана и УХ является переработка реакционных масс методом битумирова-ния с получением малоопасных битумно-соле-вых масс. На уровне чувствительности современных аналитических методов следовых количеств зарина, зомана и УХ в битумно-солевых массах не обнаружено [1].
Данная статья посвящена токсикологической оценке реакционных масс, получаемых на первой стадии уничтожения отравляющих веществ.
По технологической схеме реакционные массы находятся в герметичных сборниках в атмосфере азота, или транспортируются по герметич-
* Фрагмент диссертационной работы
ным трубопроводам. При нарушении герметичности технологического оборудования (появление микротрещин и свищей в материале оборудования, частичное разрушение прокладочных материалов), возможно попадание реакционных масс в воздух рабочей зоны. При этом максимально возможное содержание летучих компонентов реакционных масс будет соответствовать равновесному составу паровой фазы при температуре жидкой фазы (60°С). Это обстоятельство диктует необходимость проведения токсикологических исследований реакционных масс с позиций оценки их опасности для персонала, занятого в производственном процессе.
Целью настоящей работы явилось: 1) изучение острой токсичности реакционных масс, полученных при уничтожении зарина, зомана, жидкого УХ и вязкого УХ, при внутрижелудоч-ном введении, 2) определение кожно-резорбтив-ного действия реакционных масс от зарина, зо-мана, жидкого УХ и вязкого УХ, 3) изучение ингаляционной токсичности реакционных масс от зарина, зомана, жидкого УХ и вязкого УХ в статических условиях, 4) определение химического состава равновесной паровой фазы реакционных масс от зарина, зомана, жидкого УХ и вязкого УХ.
Материал и методы исследования. В работе использовали образцы реакционных масс, полученные в ходе опытных работ на объекте уничтожения химического оружия в п. Щучье. Реакционные массы представляют собой подвижные жидкости темно-коричневого цвета.
Эксперименты по изучению острой токсичности реакционных масс, полученных при де-токсикации зарина, зомана, УХ и вязкого УХ,
проведены на беспородных белых крысах самцах при внутрижелудочном введении и при накожной аппликации. Ингаляционную токсичность изучали в опытах на белых беспородных мышах самцах. В эксперименте использовано 132 крысы и 84 мыши.
Крысы и мыши поступали в лабораторию из центрального питомника лабораторных животных РАМН «Крюково». Поступивших из питомника животных содержали в карантинном отделении вивария в течение 2 недель. В этот период ветеринарный врач регулярно осуществлял обследование животных с регистрацией всех отклонений в их состоянии, если таковые имелись.
При определении острой токсичности реакционные массы вводили крысам внутрижелу-дочно натощак через зонд. При изучении кожно-резорбтивного действия у крыс за сутки до опыта в области спины выстригали участок размером 4х4 см. Каждая подопытная группа состояла из 6 животных. Время экспозиции — 4 ч. Максимальная наносимая доза на кожу соответствовала 2500 мг/кг. Длительность (ежедневного) наблюдения за подопытными животными составила 14 дней. В период наблюдения фиксировали симптомы интоксикации. Статистическую обработку результатов проводили по методу пробит анализа [3].
Ингаляционное воздействие реакционных масс моделировали в статических условиях при воздействии паров в насыщенных концентрациях, которые создавались при нормальных условиях в замкнутом объеме (8-литровый эксикатор) в течение 18 ч до опыта. Подопытных мышей помещали в затравочный эксикатор на 2 ч. Контрольных животных на такой же срок помещали в другой эксикатор. Аналитический контроль воздуха в затравочном эксикаторе не проводили. По окончанию двухчасовой экспозиции у мышей определяли активность холинэстеразы в крови по методу Эллмана [3] с использованием диагностических наборов фирмы «^асИета». Выживших животных подвергали эвтаназии углекислым газом.
Определение состава равновесной паровой фазы проводили хроматомасс-спектрометриче-ским методом с использованием хроматографа фирмы «Хьюлетт-Пакард» НР-5972 с масс-спек-тральным детектором. Разделение компонентов смесей осуществляли в хроматографической колонке длиной 30 м, диаметром 0,25 мм с неподвижной жидкой фазой НР-5 в режиме программированного повышения температуры от 40 до 260°С со скоростью подъема температуры 10°С/мин.
Для достижения фазового равновесия использовали сосуды с внутренним объемом 3,5 см3, снабженные герметично закрывающимися крышками с резиновой мембраной, изолируемой от парового пространства с помощью тефлонового плунжера (во избежание сорбции паров материалом мембраны во время выдержки сосуда для достижения фазового равновесия). В сосуд помещали 2 мл испытуемой реакционной массы, герметично закрывали крышкой и выдерживали в термостате при заданной температуре (комнатной 24°С или 60°С) в течение 1 ч. После установления фазового равновесия газоплотным шприцем через резиновую мембрану отбирали пробу равновесной паровой фазы объемом 0,250 см3 и вводили ее в испаритель газового хроматографа. При проведении испытаний при 60°С шприц предварительно нагревали до такой же температуры во избежания конденсации паров на стенках шприца.
После завершения хроматографического разделения компонентов паровоздушной смеси осуществляли идентификацию соединений путем автоматического библиотечного поиска с использованием базы данных N18X98 и базы экспериментальных данных ТУ81.
Результаты и обсуждение. Токсические свойства реакционных масс, полученных при уничтожении зарина и зомана, при внутрижелудочном введении и накожной аппликации. После внутри-желудочного введения реакционных масс в дозах 3000, 2000 и 1000 мг/кг у животных через 1520 мин развивалась клиническая картина интоксикации, характеризующаяся снижением двигательной активности, учащением дыхания, развитием мышечной слабости, у отдельных особей наблюдалась атаксия, крысы становились заторможенными, отмечалось общее угнетение. Гибель животных наблюдалась в течение первых трех суток после введения.
DL50 реакционной массы от зарина составила 1542,4 (1092,6^2177,4) мг/кг, от зомана - 2088,8 (1596,0^2733,7) мг/кг.
После нанесения реакционных масс от зарина и зомана на участок кожи крыс в дозе 2500 мг/кг у подопытных животных через 20-30 мин снижалась двигательная активность и развивалось общее угнетение. Гибель животных при воздействии реакционной массы от зарина в дозе 2500 мг/кг наблюдали у двух крыс из шести в течение 48 ч после воздействия. При накожном воздействии реакционной массы от зомана летальный исход наблюдали у одной крысы из шести через 24 ч.
По окончании экспозиции на месте нанесения реакционных масс отмечали развитие гипе-
ремии, отечность кожных покровов и появление на коже участков кровоизлияний. На следующие сутки на коже наблюдали появление сухих корок.
DL50 реакционных масс как от зарина, так и от зомана при накожной аппликации составила > 2500 мг/кг.
Токсические свойств реакционных масс, полученных при уничтожении жидкого и вязкого VX, при внутрижелудочном введении и накожной аппликации. После внутрижелудочного введения реакционных масс от жидкого и вязкого УХ в дозах 1000, 750 и 500 мг/кг у животных через 10-15 мин наблюдали снижение двигательной активности, через 30-35 мин — развитие мышечной слабости, через 45-60 мин — развитие тремора и судорог в виде подергиваний.
Гибель животных регистрировали в течение двух суток после введения реакционных масс.
DL50 реакционной массы от жидкого УХ составила 852,5 (598,6^1214,2) мг/кг, от вязкого УХ — 778,2 (602,7^1004,8) мг/кг.
Через 15-20 мин после нанесения реакционных масс от УХ (жидкого и вязкого) на кожу в дозах 200, 150, 100 и 75 мг/кг клиническая картина интоксикации характеризовалась развитием гиподинамии, тремора и судорожных подергиваний мышц тела. На месте нанесения реакционных масс через 5-10 мин отмечали развитие гиперемии и отечности кожных покровов.
Гибель животных при воздействии реакционной массы наступала в течение первых двух суток.
DL50 реакционной массы от жидкого УХ при накожной аппликации составила 115,8 (94,6^141,8) мг/кг, от вязкого УХ — 86,3 (68,4^108,9) мг/кг.
Ингаляционная токсичность реакционных масс от зарина и состав их равновесной паровой фазы. Оценивали возможность острого ингаляционного отравления на белых мышах при создании насыщающей воздух концентрации путем свободного испарения реакционной массы от зарина. Во время 2-часовой экспозиции у подопытных мышей развивалась следующая картина интоксикации: беспокойство, сменяющееся гиподинамией, затрудненное дыхание, через 40 мин наблюдали периодически возникающий тремор, через 45 мин — боковое положение, через 85 минут — судорожные подергивания. Гибель двух мышей из шести наступила через 90-120 мин экспозиции.
У выживших животных определяли актив -ность холинэстеразы крови. Полученные результаты показали, что активность холинэстеразы у опытных животных достоверно не отличалась от активности холинэстеразы контрольной группы
животных. Активность холинэстеразы крови в контроле составила 4,36±0,31 мкмоль/мл-мин, в опытной группе — 4,68±0,14 мкмоль/мл-мин.
В табл. 1 представлены результаты идентификации компонентов паро-воздушной смеси реакционной массы от зарина при 24 и 60°С.
Таблица 1
Основные компоненты паро-воздушной смеси от реакционной массы зарина
Наименование компонента Весовое содержание, % при
24°С 60°С
О,О'-Диизопропиловый эфир метилфосфоновой кислоты 5,80 6,04
Трибутиламин 94,20 93,86
О-Изопропиламиноэтиловый эфир метилфосфоновой кислоты - 0,1
Из приведенных в табл. 1 данных следует, что основным компонентом равновесной паро-воз-душной фазы реакционной массы процесса де-токсикации зарина как при комнатной температуре, так и при температуре 60°С являлся трибу-тиламин. При этом надежность идентификации трибутиламина очень высока — более 90%.
Поскольку по данным химико-аналитических исследований ведущим компонентом паровой фазы реакционной массы от зарина являлся трибутиламин (более 90%), была проведена оценка ингаляционной токсичности этого компонента в статических условиях.
В течение 2-часовой экспозиции в условиях насыщающей концентрации трибутиламина у мышей через 5 мин отмечали одышку, через 10 мин — ригидность хвоста, через 35 мин — гиподинамию, через 40 мин — развитие периодически возникающего тремора, боковое положение, через 52 мин — судорожные подергивания. Через 90-120 мин у 5 из 6 подопытных мышей наступала гибель.
Кроме того, в паровой фазе реакционной массы от зарина присутствовало около 6% О,О'-диизопропилового эфира метилфосфоно-вой кислоты. По нашим данным О-изопропи-ловый эфир метилфосфоновой кислоты (близкий аналог диизопропилового эфира метилфос-фоновой кислоты) не обладал острой ингаляционной токсичностью. Так, во время 2-часовой экспозиции и после ее окончания подопытные мыши были в удовлетворительном состоянии и практически не отличались от животных контрольной группы. В течение последующих дней наблюдения гибели экспериментальных мышей не наблюдали, и по внешнему виду и по поведению они не отличались от группы интактных животных.
Таким образом, сравнительная клиническая картина интоксикации при ингаляционном воздействии реакционной массы от зарина и ее отдельных компонентов, идентифицированных в равновесной паровой фазе, указывает на то, что характер токсического действия реакционной массы определяется трибутиламином. ПДК паров трибутиламина в рабочей зоне составляет 1 мг/м3, 2-ой класс опасности, с пометкой «требуется специальная защита кожи и глаз» [2].
Ингаляционная токсичность реакционных масс от зомана и состав их равновесной паровой фазы. Двухчасовая ингаляция в условиях насыщающей концентрации реакционной массы от зомана приводила к развитию у мышей беспокойства, одышки, через 40 мин снижалась двигательная активность, животные становились заторможенными. Через 40 мин у отдельных особей отмечали судорожные подергивания. Гибели животных в течение эксперимента и последующего двухнедельного наблюдения не зарегистрировано.
Статистически значимых различий активности холинэстеразы крови опытных животных по сравнению с контрольной группой животных не отмечено. Активность холинэстеразы крови в контроле составила 5,88±0,36 мкмоль/мл-мин, в опытной группе — 5,44±0,64 мкмоль/мл-мин.
Состав паро-воздушной смеси над реакционными массами от зомана при 24 и 60°С представлен в табл. 2.
Таблица 2
Основные компоненты паро-воздушной смеси от реакционной массы зомана
Наименование компонента Весовое содержание, % при
24°С 60°С
Моноэтаноламин - 8,96
Пинаколиновый спирт 28,61 12,75
Трибутиламин 20,64 60,28
О,О'-Аминоэтилпинаколил-метилфосфонат 41,40 14,83
О,О'-Дипинаколиловый эфир метилфосфоновой кислоты 9,35 3,18
Из представленных в табл. 2 данных следует, что при указанных температурах в паро-воздуш-ной смеси обнаружены практически одни и те же соединения, однако, количественный их состав резко отличался. Так, если при температуре 24°С основным компонентом паро-воздушной смеси являлся О ,О' -аминоэтилпинаколилметилфос-фонат, то при повышении температуры до 60°С преобладающим соединением становился, как в и случае реакционных масс от зарина, трибутил-амин.
В статических условиях при создании насыщающей концентрации путем свободного испарения моноэтаноламина у животных наблюдали одышку, затрудненное дыхание, заторможенность. Гибель животных отсутствовала.
Ранее нами была изучена острая ингаляционная токсичность О-пинаколилметилфосфоната (близкого аналога О,О'-дипинаколилового эфира метилфосфоновой кислоты и О,О'-амино-этилпинаколилметилфосфоната) в опытах на белых мышах при создании насыщенной концентрации в статических условиях. Во время 2-часовой экспозиции и после ее окончания подопытные мыши не отличались от животных контрольной группы. В течение последующих дней наблюдения гибели экспериментальных животных не зарегистрировано.
Таким образом, результаты хроматомасс-спектрометрических исследований равновесной паровой фазы, а также сравнительный анализ клинической картины интоксикации при ингаляционном воздействии реакционной массы от зомана и ее отдельных компонентов, идентифицированных в этой равновесной паровой фазе, указывают, что токсическое действие реакционной массы от зомана, также как и реакционной массы от зарина, определяется трибутиламином.
Ингаляционная токсичность реакционных масс от жидкого 1Х,, вязкого ^ и состав их равновесной паровой фазы. Двухчасовая ингаляция в условиях насыщающей концентрации реакционной массы от жидкого УХ и вязкого УХ вызывала однотипную картину интоксикации: нарушение дыхания, беспокойство, периодическое подергивание мышц головы и тела, заторможенность. Гибели животных в течение эксперимента и последующего двухнедельного срока наблюдения не отмечено. Статистически значимых различий активности холинэстеразы крови опытных животных по сравнению с контрольной группой животных не установлено. Полученные данные по активности ХЭ крови мышей представлены в табл. 3.
Таблица 3
Активность холинэстеразы крови мышей при ингаляционном воздействии реакционных масс
от жидкого и вязкого VX
Реакционная масса Активность холинэстеразы крови, мкмоль/мл-мин
контроль опыт
Жидкий УХ 5,36+0,21 5,49+0,36
Вязкий УХ 4,96+0,19 4,51+0,20
Результаты идентификации компонентов паро-воздушной смеси реакционной массы от жидкого УХ и вязкого УХ при 24 и 60°С представлены в табл. 4.
Таблица 4
Компоненты паро-воздушной смеси реакционной массы от жидкого и вязкого VX
Наименование компонента Реакционная масса от жидкого VX Реакционная масса от вязкого VX
весовое содержание, % при
24°С 60°С 24°С 60°С
N-Метилпирролидон 58,48 54,36 58,25 49,66
(2-Диэтиламино)этилизобутилсульфид 41,52 45,64 41,75 50,34
Из приведенных в табл. 4 данных следует, что основными компонентами в составе паровоздушной смеси реакционной массы как от жидкого УХ, так и от вязкого УХ при температурах 24 и 60°С являлись ^метилпирролидон и (2-ди-этиламино)этилизобутилсульфид.
Ранее проведенные исследования показали, что в течение ингаляционного воздействия (2-диэтиламино)этилизобутилсульфида в статических условиях у подопытных мышей через 60 мин наблюдали затрудненное дыхание, через 70 мин развивалась атаксия, через 90 мин — боковое положение и через 110 мин экспозиции часть животных погибала.
^метилпирролидон при создании насыщающей концентрации путем свободного его испарения в статических условиях не вызывал у животных каких-либо клинических симптомов интоксикации.
Таким образом, компонентом, определяющим клинические проявления интоксикации при ингаляционном воздействии реакционной массы от УХ и вязкого УХ, является (2-диэтил-амино)этилизобутилсульфид.
Заключение. Острая токсичность реакционных масс, полученных при уничтожении зарина и зомана, при внутрижелудочном введении составила 1542,4 мг/кг и 2088,8 мг/кг, соответственно.
Острая токсичность реакционных масс, полученных при уничтожении жидкого УХ и вязкого УХ, при внутрижелудочном введении составила 852,5 мг/кг и 778,2 мг/кг, соответственно.
Реакционные массы, полученные при уничтожении зарина, зомана, жидкого УХ и вязкого УХ обладали кожно-резорбтивным и раздра-
жающим действием на кожные покровы крыс.
Реакционные массы от зарина, зомана, жидкого и вязкого VX при ингаляционном воздействии в статических условиях при создании насыщающей воздух концентрации путем свободного испарения вызывали в опытах на животных клинические симптомы интоксикации.
Установлено, что ведущим компонентом па-ро-воздушной смеси реакционных масс от зарина и зомана, определяющим клинические проявления интоксикации, является трибутиламин.
Ведущим компонентом паро-воздушной смеси реакционных масс от VX и вязкого VX является (2-диэтиламино)этилизобутилсульфид.
Экспериментально установлено, что летучие компоненты реакционных масс от зарина, зома-на, жидкого и вязкого VX при ингаляционном воздействии в опытах на животных не обладали антихолинэстеразной активностью.
Список литературы
1. Белецкая И. Уничтожение химического оружия в России: политические, правовые и технические аспекты. — М., 1999. — С. 99.
2. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны. ГН2.2.5.1313-03. — М.: РПОХВ, 2003.
3. Закс Л. Статистическое оценивание. — М.: Статистика, 1976.
4. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении. Международная конференция по подписанию конвенции. — Париж, 1993.
5. Ellman G.E., Courtney K.D., Andres V. et.al. // Biochemical Pharmacol., 1961. — V. 7. — Р. 88-95.
Материал поступил в редакцию 09.11.05.
E.I.Malochkina, M.L.Stepanskiy, A.I.Torubarov, V.S.Tatarinskiy, O.A.Khodakovskaya, V.A.Petrunin
TOXICOLOGICAL ASSESSMENT OF REACTION MASSES RESULTING FROM DESTRUCTION OF
ORGANOPHOSPHORIC TOXIC AGENTS
State-owned Establishment «State Research Institute of Organic Chemistry and Technology», Moscow
A leading ingredient determining clinical manifestation of intoxication in an air-and-vapor mixture of reaction masses resulting from the destruction of zarine and zoman is tributylamine and that from liquid and viscous VX is (2-diethylamine) ethyl isobutyl sulfide. It was established in experiments that volatile ingredients of reactions masses resulting from the zarine, zoman, liquid and viscous VX -destruction did not exert any anticholinesterase activity at inhalation exposure in tests on animals. Reaction masses resulting from the destruction of zarine, zoman, liquid and viscous VX produce dermato-resorbative effect on the rat skin.
