1.4. Действие вредных веществ на организм

Вредное вещество, попадая в организм человека, вызывает патологические изменения. В частности, они могут стать причиной отравлений.

Отравление – это интоксикация организма, вызванная действием веществ, поступающих в него извне.

Как правило в течении любого отравления можно выделить четыре основных периода: период контакта с веществом, скрытый период, период разгара заболевания, период выздоровления. Иногда особо выделяют период осложнений. Выраженность и продолжительность каждого из периодов зависит от вида и свойств вещества, вызвавшего отравление, его дозы и условий взаимодействия с организмом.

Механизмы формирования и особенности течения отравлений зависят от строения токсичных веществ, их доз, условий взаимодействия с организмом.

Можно выделить некоторые общие характеристики отравлений.

В зависимости от локализации патологического процесса отравление может быть местным и общим.

Местным называется отравление, при котором преобладает повреждение тканей на месте их соприкосновении с токсичным веществом, что сопровождается появлением раздражений, воспалений, ожогов кожных и слизистых покровов. Возможно местное поражение глаз, участков кожи, дыхательных путей и легких, различных областей желудочно-кишечного тракта.

Общее (резорбтивное) действие развивается в результате всасывания токсичного вещества в кровь. При этом нередко наблюдается относительная избирательность, выражающаяся в том, что преимущественно поражаются определенные органы и системы (например, нервная система при отравлении марганцем, органы кроветворения при отравлении бензолом).

В зависимости от продолжительности взаимодействия химического вещества и организма отравления протекают в острой, подострой и хронической формах.

Острым называется отравление, развивающееся в результате однократного или повторного действия веществ в течение ограниченного периода времени (как правило, до нескольких суток) и выражающееся бурными и специфическими клиническими симптомами. В производственных условиях острые отравления чаще всего связаны с авариями, неисправностью аппаратуры или с введением в технологию новых материалов с малоизученной токсичностью. В бытовых условиях острые интоксикации наблюдаются при употреблении в пищу некачественной воды и продуктов питания, при использовании с целью опьянения или самоубийства различных технических жидкостей, кислот щелочей, сильнодействующих лекарств, при применении высокотоксичных инсектицидов без использования средств защиты и т.п. Немаловажным отличительным признаком воздействия некоторых токсикантов (метиловый спирт, фосген и др.) является наличие скрытого периода, когда после появления первых симптомов состояние отравленного улучшается, а через определенное время развивается клиническая картина тяжелого отравления.

Подострым называется отравление, развивающееся в результате непрерывного или прерываемого во времени действия токсиканта продолжительностью до 90 суток.

Хронические отравления вызваны поступлением в организм незначительных количеств токсичного вещества и связаны с развитием патологических явлений только при условии длительного воздействия, иногда определяющегося несколькими годами. Они развиваются вследствие накопления массы вредного вещества в организме (материальная кумуляция) или вызываемых им изменений (функциональная кумуляция). Нередко имеют место функциональная и материальная кумуляция одновременно, но без функциональной кумуляции невозможно хроническое отравление. Существуют токсические вещества, которые обычно обусловливают развитие преимущественно хронической фазы отравлений (свинец, ртуть, марганец).

Поражаемые органы и системы в организме при хроническом и остром отравлении одним и тем же веществом могут отличаться. Например, при остром отравлении бензолом страдает нервная система, при хроническом – система кроветворения.

Помимо специфических отравлений токсическое действие вредных химических веществ может способствовать общему ослаблению организма, в частности снижению сопротивляемости к инфекционному началу. Например, известна зависимость между развитием гриппа, ангины, пневмонии и наличием в организме таких токсических веществ, как свинец, сероводород, бензол и др. Отравление раздражающими газами может резко обострить латентный туберкулез и т. д.

Развитие отравления и степень воздействия яда зависят от особенностей физиологического состояния организма. Физическая нагрузка в процессе производства существенно влияет на развитие интоксикаций. Здесь выделяют два важных аспекта.

1.Тяжелый физический труд сопровождается повышенной вентиляцией легких и усилением скорости кровотока, что приводит к увеличению количества яда, поступающего в организм. Кроме того, интенсивная физическая нагрузка может приводить к истощению механизмов адаптации с последующим развитием профессионально обусловленных заболеваний.

2. Влияние тренировки физическими упражнениями на устойчивость организма к ядам.

Чувствительность к ядам в определенной мере зависит от пола и возраста работающих. Установлено, что некоторые физиологические состояния у женщин могут повышать чувствительность их организма к влиянию ряда ядов (бензол, свинец, ртуть). Бесспорна плохая сопротивляемость женской кожи к воздействию раздражающих веществ, а также большая проницаемость в кожу жирорастворимых токсических соединений. Что касается подростков, то их формирующийся организм обладает меньшей сопротивляемостью к влиянию почти всех вредных факторов производственной среды, в том числе и промышленных ядов.

Токсическое действие отдельных вредных веществ может проявляться в виде вторичных поражений, например, колиты при мышьяковых и ртутных отравлениях, стоматиты при отравлениях свинцом и ртутью и т. д.

Не следует путать понятие острого, подострого, хронического отравлений с острым, подострым, хроническим течением заболевания, развившегося в результате контакта с веществом. Острое отравление некоторыми веществами (иприты, люизит, диоксины, галогенированные бензофураны, паракват и др.) может сопровождаться развитием длительно текущего (хронического) патологического процесса.

При повторном воздействии одного и того же вредного вещества в субтоксической дозе кроме явления кумуляции могут наблюдаться явления сенсибилизации и митридатизма.

Сенсибилизация – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. Эффект сенсибилизации связан с образованием под влиянием токсичного вещества в крови и других внутренних средах измененных и ставших чужеродными для организма белковых молекул. Последние провоцируют формирование антител – особых структур белковой природы, осуществляющих защитную функцию организма. Повторное, даже значительно более слабое, токсическое действие с последующей реакцией вредного вещества с антителами вызывает ответ организма в виде явлений сенсибилизации. К веществам, вызывающим сенсибилизацию относят бериллий и его соединения, карбонилы никеля, железа, кобальта, соединения ванадия и т.д.

При повторном воздействии вредных веществ на организм человека вследствие привыкания может наблюдаться и явление обратное сенсибилизации – митридатизм – устойчивость (толерантность) к высокотоксичным веществам, формирующаяся в организме в результате длительного их приема.

Механизмы развития толерантности объясняют разные теории, но можно выделить три основные.

Согласно первой – метаболической, длительно воздействующие на организм вещества становятся постоянными участниками тканевого обмена и тем самым постоянно теряют свои признаки, свойственные им как чужеродным соединениям. Соответственно утрачивается защитная реакция на них.

Вторая теория – иммунологическая – основана на экспериментально установленной способности организма вырабатывать антитела к различным чужеродным веществам. При этом периоды сенсибилизации и адаптации при длительном воздействии токсичного вещества можно объяснить соответствующими изменениями содержания антител в кровяном русле.

По третьей теории – ферментативной – в организме могут синтезироваться специальные, так называемые ферменты-инактиваторы, способные быстро расщеплять различные ксенобиотики (чужеродные для живых организмов химические вещества). Это явление, получившее название самостимуляции ферментов или ослабления эффекта дозы, способствует адаптации организма к токсическому воздействию и сопровождается все большим образованием и выделением биологически инертных метаболитов.

В общем случае для развития привыкания к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрация (доза) была достаточной для вызова ответной приспособительной реакции, но, чтобы эта реакция не была чрезмерной, приводящей к быстрому и серьезному повреждению организма.

При оценке явления привыкания (толерантности) надо учитывать развитие повышенной устойчивости к одним веществам после многократного воздействия других. Существуют адаптогены (витамины, женьшень, элеутерококк), способные уменьшить реакцию на стрессорные воздействия и в определенной мере увеличить устойчивость организма ко многим факторам окружающей среды, в том числе и химическим.

На производстве, как правило, в течение всего рабочего дня концентрации вредных веществ не постоянны. Они либо постепенно увеличиваются, снижаясь за обеденный перерыв и вновь увеличиваясь к концу рабочего дня, либо резко колеблются, оказывая на человека интермиттирующее (прерывистое) действие, которое во многих случаях оказывается более вредным, чем непрерывное, поскольку частые и резкие колебания раздражителя ведут к более сильному воздействию его на организм. Например, неблагоприятное действие интермиттирующего режима отмечено при вдыхании монооксида углерода (угарного газа).

Биологическое действие вредных веществ осуществляется через рецепторный аппарат клеток и внутриклеточных структур. Во многих случаях рецепторами токсичности являются ферменты, аминокислоты, витамины, некоторые активные функциональные группы (сульфгидрильные, гидроксильные, карбоксильные, амино- и фосфорсодержащие), а также различные медиаторы и гормоны, регулирующие обмен веществ. Первичное специфическое действие вредных веществ на организм обусловлено образованием комплекса «вещество – рецептор». Токсическое действие яда проявляется тогда, когда минимальное число его молекул способно связывать и выводить из строя наиболее жизненно важные клетки-мишени. Например, токсины ботулинуса способны накапливаться в окончаниях периферических двигательных нервов и при содержании восьми молекул на каждую нервную клетку вызывать их паралич.

Опасность вредных веществ для человека во многом определяется их химической структурой и физико-химическими свойствами. Немаловажное значение в отношении токсического воздействия имеет дисперсность² проникающего в организм химического вещества, причем, чем выше дисперсность, тем токсичнее вещество.

В природно-техногенной среде редко встречается изолированное действие вредных факторов, обычно человек подвергается совокупному их воздействию. При этом различают комбинированное, комплексное и сочетанное воздействия.

Комбинированное действие вредных веществ – это одновременное или последовательное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления.

Различают несколько видов комбинированного действия ядов.

1. Аддитивное действие – суммарный эффект смеси равен сумме эффектов действующих компонентов. Аддитивность характерна для веществ однонаправленного действия, когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, причем при количественно одинаковой замене компонентов друг другом токсичность смеси не меняется.

Для оценки токсического эффекта при аддитивном действии токсикантов используют уравнение:

(1.1)

где С₁, С₂, С_n– концентрация каждого вещества в воздухе, мг/м³,

ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n – предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м³.

Если в воздухе присутствуют пары двух раздражающих веществ, для которых установлена ПДК = 10 мг/м³для каждого, то это значит, что в комбинации они окажут такое же действие, как концентрация 20 мг/м³ какого-либо одного из этих веществ. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в большинстве случаев производственные яды в сочетании действуют по типу суммации. Вещества с аддитивным действием приведены в ГН 2.2.5.686-98.

2. Потенцированное действие (синергизм) – компоненты смеси действуют так, что одно вещество усиливает действие другого. Эффект комбинированного действия при синергизме больше аддитивного, и это учитывается при анализе гигиенической ситуации в конкретных производственных условиях. Явление потенцирования возможно только в случае острого отравления. Примерами синергизма служат совместное действие сернистого ангидрида и хлора.

3. Антагонистическое действие – такое, при котором эффект комбинированного действия менее ожидаемого. Компоненты смеси действуют так, что одно вещество ослабляет действие другого, эффект – менее аддитивного. Примером могут служить многие варианты антидотного взаимодействия.

4. Независимое действие – комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого яда в отдельности. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. Комбинации веществ с независимым действием встречаются достаточно часто, например, бензол и раздражающие газы, смесь продуктов сгорания и пыли.

Комбинированное воздействие может происходить как при однократном (остром), так и при хроническом воздействии ядов. При однократном действии аддитивный эффект наблюдается у веществ наркотического действия и у раздражающих газов: хлора и оксидов азота, оксидов азота и сернистого газа, сернистого газа и аэрозолей серной кислоты.

Комплексное действие – одновременное поступление в организм вредных веществ несколькими путями (через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, органы дыхания и кожу и т. д.).

Воздействие токсических веществ на человека в условиях производства не может быть изолированным от влияния других неблагоприятных факторов, таких как экстремальный температурный режим, повышенная или пониженная влажность, шум, вибрация, излучения.

Сочетанное действие – одновременное воздействие на организм нескольких химических и физических факторов.

Установлено, что токсичность ядов в определенном температурном диапазоне является наименьшей, усиливаясь как при повышении, так и при понижении температуры воздуха. Главной причиной этого является изменение функционального состояния организма: нарушение терморегуляции, потеря жидкости при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение биохимических процессов. Учащение дыхания и усиление кровообращения приводят к увеличению поступления яда в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых оболочек повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Усиление токсического действия при повышенных температурах воздуха отмечено в отношении многих летучих ядов: паров бензина, паров ртути, оксидов азота и др. Низкие температуры повышают токсичность бензола, сероуглерода и др.

Повышенная влажность воздуха увеличивает опасность отравления, особенно раздражающими газами. Причиной этого служит усиление процессов гидролиза, повышения задержки ядов на поверхности слизистых оболочек, изменение агрегатного состояния ядов. Растворение ядов с образованием слабых растворов кислот и щелочей усиливает их раздражающее действие.

Изменение атмосферного давления также влияет на токсический эффект. При повышенном давлении усиление токсического эффекта происходит вследствие двух причин: во-первых, в результате наибольшего поступления ядов вследствие роста парциального давления газов и паров в атмосферном воздухе и ускоренного перехода их в кровь, во-вторых, за счет изменений функций дыхания, кровообращения, центральной нервной системы и анализаторов. Пониженное атмосферное давление усиливает воздействие таких ядов, как бензол, алкоголь, оксиды азота, ослабляется токсическое действие озона.

Шум и вибрация всегда усиливают токсический эффект промышленных ядов. Причиной этого является изменение функционального состояния центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы. Шум усиливает токсический эффект оксида углерода, стирола, крекинг-газа и др. Вибрация, изменяя реактивность организма, повышает его чувствительность к другим факторам, например, кобальту, кремниевым пылям, дихлорэтану; оксид углерода более токсичен в сочетании с вибрацией.

Одновременное воздействие этанола и ультразвука приводит к более выраженному неблагоприятному воздействию на функциональное состояние центральной нервной системы.

Ультрафиолетовое излучение, оказывая влияние на взаимодействие газов в атмосферном воздухе, способствует образованию смога. При ультрафиолетовом облучении возможна сенсибилизация организма к действию некоторых ядов, например, развитие фотодерматита при загрязнении кожи пековой пылью. Вместе с тем ультрафиолетовое облучение может понижать чувствительность организма к некоторым вредным веществам вследствие усиления окислительных процессов в организме и более быстрого обезвреживания яда. Так, токсичность оксида углерода при ультрафиолетовом облучении снижается благодаря ускоренной диссоциации карбоксигемоглобина и более быстрого выведения яда из организма.

Большое практическое значение имеет проблема сочетанного действия ионизирующего излучения и химического фактора. Особенно актуальны два аспекта этой проблемы.

1.Уменьшение разрушающего действия радиации путем одновременного воздействия вредного вещества. Например, установлено, что острое воздействие ядов, вызывающее в организме гипоксию (снижение кислорода в тканях), и одновременное и последовательное действие ионизирующей радиации сопровождается ослаблением тяжести радиационного поражения, т.е. способствует большей радиоустойчивости организма. Такой эффект замечен для оксида углерода, анилина, цианидов, а также веществ, относящихся к классу индолилалкиламинов, производных триптофана (серотонин, мексамин). К другой группе веществ, снижающих радиочувствительность биологических тканей, относятся меркаптоалкиламины. Защитное действие гипоксии и некоторых веществ наиболее выражено при действии гамма- и рентгеновского излучения, нейтронном облучении, облучении тяжелыми ядрами.

2. Усиление эффекта действия вследствие синергизма радиационного воздействия и теплоты, радиации и кислорода. К числу радиосенсибилизирующих веществ относятся ртуть и ее соединения, формальдегид, вещества, относящиеся к сульфгидрильным ядам.