2.2.2. Действие на организм человека опасных химических веществ

Почти все химические вещества, встречающиеся в процессе трудовой деятельности человека в промышленности и оказывающие, в случае несоблюдения правил техники безопасности и гигиены труда, вредное действие на работающих людей, являются промышленными ядами.

Яд – это химический компонент среды обитания, поступающий в количестве (реже - качестве), не соответствующем врожденным приобретенным свойствам организма, и поэтому несовместимый с его жизнью.

Важнейшей характеристикой химического вещества является степень его токсичности (или ядовитости). Токсичность - это мера несовместимости вещества с жизнью.

Токсическое действие на организм человека опасных химических веществ

Токсичность (от греч. toxikon - яд) или ядовитость, есть свойство определенных химических соединений и веществ биологической природы при попадании в определенных количествах в живой организм (человека, животного и растения) вызывать нарушения его физиологических функций, в результате чего возникают симптомы (интоксикации, заболевания), а при тяжелых отравлениях - гибель.

Токсичность - это обобщенный показатель реакции организма на действие яда, который определяется особенностями характера его токсического действия.

Под характером токсического действия яда на организм обычно подразумевается:

- механизм токсического действия яда и динамика его развития во времени;

- характер патофизиологических процессов и основных симптомов поражения, возникающих после поражения биомишеней;

- другие стороны токсического действия яда на организм.

Основным фактором, который определяет токсичность яда, является механизм их токсического действия.

Механизм токсического действия есть взаимодействие яда с молекулярными биохимическими мишенями, характеризующий последующие процессы интоксикации.

Взаимодействие между токсичными веществами и живым организмом имеют две фазы. Первая или токсикодинамическая фаза характеризует действие токсических веществ на организм. Вторая или токсикокинетическая фаза характеризует действие организма на токсические вещества и состоит из двух процессов: процесс распределения: поглощение, транспорт, накопление и выделение токсических веществ; процесс метаболического превращения токсических веществ или биотрансформация.

Действие ядов и токсинов проявляется в том, что они оказывают токсический эффект даже в малых дозах.

В целом в действии ядов на организм принято выделять следующие основные стадии.

1. Стадия контакта с ядом и проникновения его в кровь.

2. Токсико-кинетическая стадия, сущность которой заключается в транспортировке яда кровью к тканям-мишеням, распределения его по организму и метаболизма яда в тканях внутренних органов -

3. Стадия проникновения яда через стенки капилляров и другие тканевые барьеры и накопления его в области молекулярных биомишеней.

4. Токсико-динамическая стадия, сущность которой заключается во взаимодействии яда с биомишенями и в нарушении биохимических и биофизических процессов на молекулярном и клеточном уровнях.

5. Стадия функциональных расстройств организма после «поражения» биомишеней и возникновение симптомов поражения.

6. Стадия купирования симптомов интоксикации с использованием средств медицинской защиты, или стадия исходов (гибель пораженных людей).

Показателем токсичности яда является доза. Доза яда, вызывающая определенный токсический эффект, называется токсической дозой (токсодозой) и определяется количеством яда, вызывающим этот эффект. Чем меньше токсодоза, тем выше токсичность яда.

Отравления, вызванные поступлением яда из окружающей человека среды, называются экзогенными интоксикациями. Эндогенные интоксикации характеризуются токсическими метаболитами, образованные или накопленные в организме при различных заболеваниях внутренних органов (почки, печень и др.). В токсикогенной фазе отравления выделяют два ведущих периода: период резорбции, до момента достижения максимальной концентрации яда в крови, и период элиминации, который заканчивается полным очищением крови от яда. Токсический эффект может возникнуть до или после всасывания (резорбции) яда в кровь. В первом случае он называется местным, а во втором - резорбтивным. Различают также косвенный рефлекторный эффект.

Основными путями поступления яда в организм являются: пероральный - через рот, ингаляционный – через органы дыхания, перкутанный (накожный, в военном деле - кожно-резорбтивный) - через незащищенные кожные покровы, инъекционный - при парентеральном введении яда, например, при укусах змей и насекомых, полостной - при попадании яда в различные полости организма (прямую кишку, слуховой проход и т.п.).

Токсическая доза, вызывающая равные по тяжести поражения, зависит от свойств яда, пути его проникновения в организм, от вида организма и условий применения яда.

Для яда, проникающего в организм в жидком или аэрозольном состоянии через кожу, желудочно-кишечный тракт или через раны, поражающий эффект зависит только от количества проникшего яда, которое выражается в миллиграммах.

Токсические свойства ядов определяют экспериментальным путем на различных лабораторных животных, поэтому чаше пользуются понятием удельной токсодозы - дозы, отнесенной к единице живой массы животного и выражаемой в миллиграммах на килограмм.

Если человек массой G (кг) вдыхает воздух с концентрацией С (мг/л) в нем аварийно химических опасных веществ (АХОВ) в течение времени τ (мин) при интенсивности дыхания V (л/мин), то удельная поглощенная доза АХОВ (количество АХОВ, попавшее в организм) D(мг/кг) будет равна:

Dуд= СτV/G

Токсодозы и концентрации токсических веществ классифицируют в зависимости от степени выраженности вызываемого ими биологического эффекта.

Основными показателями токсичности в токсикометрии промышленных ядов и в чрезвычайных ситуациях являются:

Lim_ir - порог раздражающего действия на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз. Выражается количеством яда, которое содержится в одном объеме воздуха (например, мг/м³).

Смертельная, или летальная, доза - это количество яда, вызывающее при попадании в организм смертельный исход с определенной вероятностью. Обычно пользуются понятиями абсолютно смертельных токсодоз, вызывающих гибель организма с вероятностью 100% (или гибель 100% пораженных), и среднесмертельных или условно смертельных токсодоз, летальный исход наступает у 50% пораженных. Например,

LD₅₀ (LD₁₀₀) - (L от лат. letalis - смертельный) среднесмертельная (смертельная) доза, вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при введении яда в желудок, в брюшную полость, на кожу (кроме ингаляции) при определенных условиях введения и конкретном сроке последующего наблюдения (обычно 2 недели). Выражается количеством яда, отнесенным к единице массы тела животного (обычно, мг/кг);

LC₅₀ (LС₁₀₀) - среднесмертельная (смертельная) концентрация в воздухе, вызывающая гибель 50% (100%) подопытных животных при ингаляционном воздействии яда при определенной экспозиции (стандартная 2-4 часа) и определенном сроке последующего наблюдения. Как правило, время экспозиции указывается дополнительно. Размерность как для Lim_ir.

Выводящая из строя доза - это количество яда, вызывающее при попадании в организм выход из строя определенного процента пораженных как временно, так и со смертельным исходом. Ее обозначают ID₁₀₀ или ID₅₀ (от англ. incapacitate - вывести из строя).

Пороговая доза — это количество яда, вызывающее начальные признаки поражения организма с определенной вероятностью или начальные признаки поражения у определенного процента людей или животных. Пороговые токсодозы обозначают PD₁₀₀ или PD₅₀ (от англ. primary - начальный).

КВИО (коэффициент возможности ингаляционного отравления), представляющий собой отношение максимально достижимой концентрации токсичного вещества (С_mах, мг/м³) в воздухе при 20°С к средней смертельной концентрации токсичного вещества для мышей (КВИО = C_max/LC₅₀). Величина безразмерная;

Основным критерием токсичности вещества является его предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК яда - это максимальное количество яда в единице объема воздуха, воды и др., которое при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызывает в нем патологических изменений, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе жизни или отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Различают: ПДК рабочей зоны (ПДК_р.з, мг/м³), ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе населенных мест (ПДК_м.р, мг/м³), ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе населенных мест (ПДК_с.с, мг/м³), ПДК в воде водоемов различного водопользования (мг/л), ПДК в продуктах питания (мг/кг) и др.;

ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия) максимального допустимого содержания токсичного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, в воздухе рабочей зоны и в воде водоемов рыбохозяйственного водопользования. Различают дополнительно ОДУ - ориентировочный допустимый уровень вещества в воде водоемов хозяйственно-бытового водопользования.

В военной токсикометрии наиболее употребительны показатели относительных осредненных значений среднесмертельной (LCτ₅₀), средневыводящей (IСτ₅₀), средней эффективно действующей (EСτ₅₀), средней пороговой (РСτ₅₀) токсичности при ингаляции, выражающихся обычно в мг мин/л, а также медианных значений аналогичных по токсическому эффекту кожно-резорбтивных токсодоз LD₅₀, LD₅₀, ED₅₀, PD₅₀ (мг/кг). Показатели токсичности при ингаляции используются также и для прогноза (оценки) потерь населения и производственного персонала при авариях на химически опасных объектах с выбросом АХОВ.

Для растительных организмов применяют термин активность вещества, где в качестве меры его токсичности используют величину CK₅₀- концентрация (например, мг/л) вещества в растворе, вызывающая гибель 50% растительных организмов. На практике пользуются нормой расхода, действующего (активного) вещества на единицу площади (массы, объема), обычно кг/га, при которой достигается необходимый эффект.

По своему происхождению токсические вещества могут быть синтетическими и природными.

Из токсичных веществ природного происхождения дополнительно выделяют токсины. К ним относят высокомолекулярные соединения (белки, полипептиды и др.), при попадании которых в организм происходит выработка антител.

В системе стандартов безопасности труда (ГОСТ 12.1.007-76) по степени воздействия на организм все вредные вещества, содержащиеся в сырье, продуктах, полупродуктах и отходах производства, подразделены на четыре класса опасности: 1-й - вещества чрезвычайно опасные, 2-й - вещества высокоопасные; 3-й - вещества умеренно опасные; 4-й - вещества малоопасные (табл. 4.5). Основой такого деления являются численные значения приведенных выше показателей токсичности веществ.

Таблица 4.5

Классы опасности вредных веществ

Наименование показателей	Нормы для класса опасности
	1-го	2-го	3-го	4-го
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Менее 0,1	0,1-1,0	1,1-10,0	Более 10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг	Менее 15	15-150	151-5000	Более 5000
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг	Менее 100	100-500	501-2500	Более 2500
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3	Менее 500	500-5000	5001-50000	Более 50000
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)	Более 300	300-30	29-3,0	Менее 3,0

Примечание. Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности

Особенности токсического действия на организм лежат в основе токсикологической классификации вредных веществ (ядов и токсинов).

По токсическому действию вредные вещества делятся на группы:

1) вещества с преимущественно удушающим действием (хлор, фосген, хлорпикрин);

2) вещества преимущественно общеядовитого действия (оксид углерода, цианистый водород);

3) вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием (амил, азотная кислота и ее оксиды, сернистый ангидрид, фтористый водород);

4) вещества, действующие на генерацию, проведение и передачу первичных импульсов - нейротропные яды (сероуглерод, тетраэтилсвинец, фосфорорганические соединения);

5) вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием (аммиак, гептил, гидразин);

6) метаболические (нарушающие обмен веществ в живых организмах) яды (оксид этилена, дихлорэтан, диоксин).

В зависимости от скорости поступления вредных веществ в организм различают острые и хронические отравления.

Острые отравления возникают при одновременном поступлении в организм вредных веществ.

Хронические отравления развиваются при длительном поступлении вредных веществ в малых дозах, когда заболевание начинается с неспецифических симптомов.

Выделяют также подострые формы интоксикации, занимающие промежуточное положение по длительности воздействия вещества на организм между острыми и хроническими поражениями. Они возникают при воздействии веществ в течение часов, десятков часов и суток.

При хронических и подострых формах отравления имеет место кумуляция, т.е. накопление в организме либо токсичного вещества, либо вызываемых им эффектов. Исходя из данного положения, различают материальную, функциональную и смешанную кумуляции.

В основе материальной кумуляции лежит суммирование самого яда, а при функциональной кумуляции - суммирование токсических эффектов, а не самого яда. При сочетании материальной и функциональной кумуляции возникает смешанный тип кумуляции, например, поражение фосфорорганическими веществами при подострых формах интоксикации.

Таким образом, важную роль в динамике развития интоксикации играют:

1. Пути проникновения яда в организм и скорости поступления в кровь.

2. Пути и скорости метаболизма веществ на токсико-кинетической стадии. Яд, подвергающиеся детоксикации, не обладает скрытым периодом действия, в отличие от ядов, устойчивых к детоксикации.

3. Скорости проникновения яда через гистогематические барьеры, являющиеся ограничителями в токсическом действии высокомолекулярных ядов (белков) объясняют большой скрытый период их действия.

4. Большие скорости взаимодействия ядов с биомишенями. Ограничителями являются скорости накопления веществ в области биомишеней.

5. Функциональная значимость поражаемых биомишеней и динамика развития патологических процессов после «поражения» биомишеней.

6. Условия воздействия вещества. Более быстрое развитие симптомов поражения наблюдается, при получении нескольких смертельных токсодоз.

Таким образом, степень и характер вызываемых веществом нарушений нормальной работы организма зависит от пути попадания в организм, дозы, времени воздействия, концентрации вещества, его растворимости, состояния воспринимающей ткани и организма в целом, атмосферного давления, температуры и других характеристик окружающей среды.

Следствием действия вредных веществ на организм могут быть анатомические повреждения, постоянные или временные расстройства и комбинированные последствия. Многие сильнодействующе вредные вещества вызывают в организме расстройство нормальной физиологической деятельности без заметных анатомических повреждений, воздействий на работу нервной и сердечно-сосудистой систем, на общий обмен веществ и т.п.

Вредные вещества попадают в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и через кожный покров. Наиболее вероятно проникновение в организм веществ в виде газа, пара и пыли через органы дыхания.

Выделение вредных веществ в воздушную среду возможно при проведении технологических процессов и производстве работ, связанный с применением, хранением, транспортированием химических веществ и материалов, их добычей и изготовлением.