Профессиональные отравления

Факторы, определяющие действие промышленных ядов

Химическая структура вещества

 

На степень токсичности промышленных ядов и характер вызываемых ими патологических изменений влияет ряд факторов, в частности их химическая структура. К сожалению, создать определенные схемы, устанавливающие связь химической структуры вещества с его токсическим действием по одному какому-либо признаку до сих пор не удавалось, так как все многообразие типов действия ядов невозможно объяснить какой - либо одной системой.

В настоящее время этот вопрос приходится решать применительно к отдельным группам ядов. Так, для определенных групп органических соединений можно предсказать характер действия некоторых ядов, так как изменения химической структуры в них весьма закономерно связаны с изменениями токсического действия. Однако возможны и обратные явления, т. е. большие различия в действии очень близких соединений.

 

Наиболее существенной закономерностью для большой группы неэлектролитов, оказывающих наркотическое действие, является правило Ричардсона, согласно которому в гомологических рядах сила наркотического действия возрастает с увеличением числа атомов углерода - от низших членов ряда к высшим. Правило Ричардсона остается в силе и для гемолитического действия наркотиков (оно возрастает с усилением наркотического действия). Есть также основание считать, что это правило применимо и к раздражающему действию наркотиков.

 

Вторая, весьма общая, закономерность зависимости токсичности вещества от химической структуры называется «правилом разветвленных цепей». По этому правилу разветвление цепи углеродных атомов ослабляет наркотическое действие. Так, например, установлено, что действие изогептана, изооктана, изопропилбензола слабее действия соответственно гептана, октана и пропилбензола.

 

Усиление действия углеводородов отмечается при замыкании цепи углеродных атомов; так, пары циклопентана, циклогексана и их гомологов действуют сильнее, чем пары соответствующих метановых углеводородов.

 

Усиление наркотического действия возникает также при введении в молекулу углеводорода одной из следующих содержащих кислород или серу «полярных» групп: ОН, О или S. Так, метиловый спирт (СН3ОН) и этиловый спирт (С2Н5ОН) оказывают выраженное наркотическое действие, а метан (СН4) или этан (С2Н6) в обычных условиях этим свойством не обладают.

 

На токсические свойства веществ оказывает большое влияние введение кратных связей, т. е. увеличение непредельности соединения. Например, наркотическое действие этана (СН3-СН3) слабее, чем этилена (СН2=СН2), а наркотическое действие последнего слабее, чем ацетилена (СН=СН). С увеличением непредельности не только усиливается наркотическое действие яда, но и резко возрастает местное раздражающее действие. Так, насыщенные спирты (пропиловый и бутиловый) оказывают слабое раздражающее действие, а непредельные спирты и альдегиды (аллиловый спирт СН =СН2 ОН, акролеин СН2=СН-СНО) вызывают резкое раздражение.

 

Влияние ненасыщенности соединений на их токсические свойства можно наблюдать и на примерах окиси углерода и углекислого газа, низших и высших окислов мышьяка, фосфора, марганца: СО более ядовит, чем С02, низшие окислы токсичнее, чем высшие.

 

На действие органических соединений весьма разносторонне влияет введение в их молекулу галоида, в частности хлора. При этом резко усиливается наркотическое действие углеводородов жирного ряда (при их вдыхании). Это усиление идет параллельно увеличению числа атомов хлора в следующем ряду: СН4-метан, СН3СL -хлористый метил, СН2СL2 -хлористый метилен, СНСL3 - хлороформ. Однако четыреххлористый углерод - ССL4 - в этом ряду является исключением, так как оказалось, что его пары действуют слабее, чем пары хлороформа.

 

Введение хлора в молекулу углеводородов не только усиливает наркотическое действие их паров, но и своеобразно изменяет их токсические свойства. После однократного отравления хлорзамещенными углеводородами жирного ряда животные часто погибают некоторое время спустя, причем на вскрытии обнаруживается значительная жировая инфильтрация внутренних органов: миокарда, печени, почек и т. д. Аналогичные патологические изменения возникают при хроническом воздействии малых концентраций паров тех же веществ.

 

Дегенеративные изменения паренхиматозных органов и значительные изменения в нервной системе могут развиться и после интоксикаций хлорзамещенными спиртами (хлоргидринами) и хлорзамещенными простыми эфирами (дихлорэтиловый, дихлоризопропиловый и др.). Введение атома хлора может также способствовать усилению раздражающего действия ядов. Резко выраженные изменения токсических свойств возникают при замещении водородных атомов в ароматических соединениях (бензол и его гомологи) нитро- и аминогруппой (N0, и NH2). Так, введение в молекулу бензола, толуола группы NH2 или N02 сопровождается исчезновением наркотического действия, но зато приводит к усилению действия на кровь (метгемоглобинообразование), центральную нервную систему и на паренхиматозные органы (появление дегенеративных изменений). Введение группы N02 больше усиливает токсические свойства вещества, чем введение группы NH2, но последняя группа способствует возникновению таких специфических изменений, как, например, рак мочевого пузыря.

 

Как видно из всего изложенного, в отношении различных групп органических соединений намечены некоторые закономерности связи химической структуры вещества с его токсическим действием. Что касается неорганических веществ, то пока для них не создана обобщенная характеристика связи их химической структуры и биологического действия. Поэтому при определении токсических свойств неорганических ядов приходится базироваться на изучении отдельных химических веществ.

 

Физические свойства ядов

Если токсические свойства вещества в значительной степени определяются его химической структурой, то возникновение отравления находится в тесной зависимости от физических свойств вещества: агрегатного состояния, дисперсности, летучести, растворимости.

 

От этих свойств в значительной степени зависит способность яда проникать в организм, быстрота этого проникновения, дальнейшее распределение яда в организме, скорость его выделения.

 

Агрегатное состояние

Промышленные яды могут находиться в различных агрегатных состояниях: в твердом, жидком, газо- и парообразном виде, а также в состоянии тумана, пыли или дыма (аэрозольное состояние). Как правило, чем выше дисперсность вещества, тем оно ядовитее, причем может измениться характер его действия. Многие вещества, которые в грубодисперсном состоянии (пыли) не ядовиты, становятся таковыми при тонкой их дисперсности, так как чем меньше эти пылинки, тем глубже они проникают в дыхательные пути и тем относительно больше поверхность всасывания. Наиболее опасны яды, находящиеся в паро,- газо,- дымо- и туманообразном состоянии.

Поучительным примером в этом отношении может служить цинк. Как известно, этот металл в твердом или пылевидном состоянии нетоксичен. Когда же в дыхательные пути попадают пары цинка (обычно при плавке медных сплавов с большим содержанием цинка), возникает характерная клиническая картина «литейной лихорадки». Заболевания типа «литейной лихорадки» могут возникать и при действии других металлов (или их окислов) в состоянии высокой дисперсности - «пары» меди, железа, никеля, кобальта, кадмия.

Твердые яды, не дающие паров, опасны лишь при непосредственном соприкосновении с ними кожи или при попадании в пищеварительные органы. Из неэлектролитов, растворяющихся в жиролипоидах, наиболее быстро проникают через кожу те, которые имеют маслянистую или кашицеобразную консистенцию.

 

Летучесть

Большое значение имеет и летучесть яда. Так, если наркотическое действие углеводородов в гомологичных рядах нарастает с увеличением числа углеродных атомов, то одновременно увеличивается молекула и повышается точка кипения. В результате снижается летучесть вещества и уменьшается опасность отравления через органы дыхания. Если жирорастворимые вещества, могущие проникать в организм через кожу, весьма токсичны, но и очень летучи, то они могут и не вызвать отравления, так как быстро улетучиваются с поверхности кожи.

 

Растворимость

Очень важным фактором, определяющим токсичность яда, является также его растворимость в жидкостях организма. Чем выше растворимость в них яда, тем он токсичнее. Особенно большое значение имеет растворимость яда в липоидах, так как благодаря этому свойству он может быстро проникать в нервные клетки, богатые липоидами. Хорошо растворимые твердые ядовитые вещества более опасны в отношении возможности отравления, чем плохо растворимые или совсем не растворимые. Так, например, хорошо растворимый мышьяковистый ангидрид - As203 (так называемый белый мышьяк) весьма ядовит, а очень мало растворимые трехсернистый мышьяк (аурипигмент) -AsS3 и двухсернистый мышьяк (реальгар)-As2Sa почти не токсичны.

 

Растворимость ядов имеет большое значение и для абсорбции некоторых газов и паров в дыхательных путях. Так, при одинаковых концентрациях различных «нереагирующих» газов и паров в воздухе концентрация их в крови может быть неодинаковой. Например, при одинаковых концентрациях в воздухе бензола и бензина за один и тот же период времени насыщение крови первым веществом значительно выше, чем вторым. Это объясняется большей растворимостью бензола в крови, чем бензина.

 

Абсорбция

При вдыхании «реагирующих» газов, обладающих большой активностью и быстро вступающих в организме в реакции, имеются различные места абсорбции этих газов. Некоторые из них - хлористоводородный газ, фтористый водород, аммиак, сернистый ангидрид - в основном абсорбируются слизистой верхних дыхательных путей, а другие, например окислы азота, хлор, фосген, проникают глубоко вдыхательные пути и там абсорбируются. Это различие в месте абсорбции в основном зависит от степени растворимости «реагирующих» газов в воде: легко растворимые газы абсорбируются слизистой оболочкой верхних дыхательных путей, менее растворимые - проникают в легкие.

 

Роль концентрации (дозы) ядовитых веществ

В производственных условиях опасность отравления зависит не только от токсичности промышленных ядов, но и от их концентрации во вдыхаемом воздухе.

Возможность и степень интоксикации находятся в определенной зависимости от дозы ядовитого вещества, поступающего в организм через желудочно-кишечный тракт или через кожу. Однако зависимость эффекта действия ядовитых веществ от их концентрации, дозы и длительности действия является одним из наиболее сложных вопросов токсикологии.

Как уже указывалось выше, действие химических веществ может быть различным в зависимости от их химической структуры. Одни вещества, проникая в организм, прочно и надолго связываются с тканями и вызывают в них глубокие изменения. В этом случае говорят о материальной кумуляции. Другая группа веществ, попадая в организм, не приводит к развитию выраженных патоморфологических изменений в тканях, а обусловливает функциональные изменения. Таким образом, развивается функциональная кумуляция, т. е. накопление вызванных ядами этой группы физиологических изменений.

Для первой группы веществ концентрация (доза) не имеет безусловного значения: минимальные их дозы, поступая в организм, накапливаются в тканях, надолго и прочно связываются с ними. По прошествии определенного времени накопление яда достигает такой степени, что возникает клиническая картина интоксикации. Эта группа веществ может быть отнесена к хроноконцентрационным, действие которых зависит от концентрации (дозы) и длительности действия яда.

Для второй группы веществ основное значение имеет концентрация, или доза. Если она будет ниже некоторого «порога», то при самом длительном воздействии яда физиологические изменения в организме не наступают, так как при слабых концентрациях в тканях не может накопиться доза яда, необходимая для получения интоксикационного эффекта. Вещества подобного типа действия относятся к концентрационным, так как их действие зависит только от концентрации.

 

Комбинированное действие промышленных ядов

В производственных условиях работающие обычно подвергаются воздействию комбинации различных ядовитых веществ. Комбинированное действие ядов может носить различный характер. В одних случаях получается синергизм, когда одно вещество усиливает (потенцирует) действие другого. Например, алкоголь усиливает токсическое действие анилина, нитропроизводных бензола, цианамида.

 

Токсическое действие смеси окислов азота и окиси углерода больше, чем простая сумма действия обоих ядов в тех же условиях. В других случаях возникает антагонизм, когда действие одного яда ослабляется другим. Например, действие кислот может быть уменьшено осредняющими их щелочами. Действие ядов при их комбинации может суммироваться - так называемое аддитивное действие. Такое действие наблюдается при многочисленных комбинациях промышленных ядов (раздражающих, удушающих, углеводородов ароматического и жирного ряда и т. д.). Поскольку при одновременном воздействии на организм нескольких ядов могут возникнуть различные типы комбинированного их действия, при оценке воздушной среды производственного помещения необходимо учитывать токсические свойства всех находящихся в воздухе веществ, а не одного из них, хотя бы и наиболее токсичного.

 

Влияние факторов внешней среды и особенностей организма на действие ядов

Действие промышленных ядов может значительно изменяться под влиянием ряда факторов внешней среды: температуры, влажности, барометрического давления и т. д.

 

Под влиянием высокой температуры воздушной среды повышается летучесть химических веществ, что приводит к нарастанию концентрации паров и увеличению опасности отравления.

 

При высокой температуре воздуха кожные сосуды расширяются, увеличивается потоотделение, учащается дыхание, усиливается кровообращение, чем облегчаются условия для проникновения в организм некоторых ядов. Учащение дыхания, увеличение его минутного объема и усиление кровообращения создают определенные условия для повышения абсорбции ядов через дыхательные пути. Увеличение потливости и расширение сосудов кожи летом облегчает всасываемость амидо- и нитросоединений бензола, поэтому летом отравления этими ядами возникают чаще и бывают более интенсивны, чем зимой.

 

Различная степень влажности производственной среды может также оказывать влияние на токсическое действие некоторых ядов, например фтористого водорода, соляной кислоты.

Определенное влияние на силу действия ядов оказывает, по-видимому, значительное понижение атмосферного давления, например на высотах. К сожалению, этот вопрос пока изучен явно недостаточно.

 

Токсический эффект яда в значительной степени зависит и от особенностей организма. Так, женщины в период беременности более чувствительны к действию некоторых промышленных ядов, например свинца, ртути, бензола и т. д., причем не исключена опасность действия ядов и на потомство.

 

Необходимо также учитывать различную возрастную чувствительность к ядам. Установлено, что в молодом возрасте (у детей и подростков) может иметь место повышенная чувствительность к некоторым группам ядов, например к действию даже небольших концентраций так называемых нервных ядов, в частности паров органических растворителей (наркотиков).

 

Возникновению интоксикации может способствовать выполнение физической работы при наличии в воздухе производственных помещений токсических веществ. Физическое напряжение сопровождается значительным увеличением вентиляционного объема вдыхаемого воздуха и усилением кровообращения. В результате увеличивается возможность проникновения ядовитых веществ в организм и, следовательно, опасность интоксикации.

Этому способствуют также и изменения обмена веществ, вызванные физической работой: повышение потребности в кислороде, накопление недоокисленных продуктов обмена и т. д.

 

Характер действия ядов может зависеть также от состояния здоровья лиц, подвергающихся их действию. Так, при наличии заболеваний центральной нервной системы действие ядов, преимущественно ее поражающих, оказывается значительно более резким, чем у здоровых лиц. У страдающих заболеваниями органов дыхания яды, действующие в основном на эти органы, могут вызвать значительно более сильное поражение.

 

Под влиянием перенесенного ранее действия некоторых промышленных ядов может возникнуть повышенная чувствительность к ним. Так, у лиц, подвергшихся воздействию урсола, в дальнейшем при повторном контакте с этим ядом легко вспыхивают стойкие астматические приступы. После перенесенного под влиянием некоторых раздражителей (динитрохлорбензол, никель) кожных заболеваний (дерматит, экзема) развивается настолько высокая сенсибилизация к этим веществам, что дальнейшая работа в контакте с ними становится невозможной.