Раздел этой науки, касающийся токсических веществ промышленного происхождения, называется промышленной токсикологией.

Ядами называются вещества, которые при поступлении в организм различными путями (через дыхательные органы, кожные покровы, пищеварительный тракт) в незначительных количествах способны вступать во взаимодействие с жизненно важными структурами организма и вызывать нарушение его жизнедеятельности, переходящее при определенных условиях в болезненное состояние, т.е в отравление.

Действие вещества на организм зависит от многих условий: дозы, поступившей в организм, времени воздействия (экспозиции), содержания в окружающей среде и др. Так, мышьяк в малых дозах используется в качестве лекарственного средства, а поваренная соль в больших количествах может вызвать отравление.

Задачи промышленной токсикологии.

1. Важнейшей задачей промышленной токсикологии является токсикологическая оценка вредных веществ промышленного происхождения с целью их гигиенической регламентации. В условиях, когда избежать присутствия вредных веществ в окружающей среде нельзя, необходимо устанавливать предельные (максимальные) значения их содержания, при которых эти вещества не оказывают негативного воздействия на организм человека, т.е. проводится нормирование загрязняющих веществ: установление так называемых предельно допустимых концентраций или других ограничительных нормативов.

2. Изучение и регламентация совместного воздействия на организм различных неблагоприятных факторов окружающей (в том числе и производственной) среды.

В задачи токсикологии входят также исследования механизмов воздействия ядов на организм их поведения в живых системах.

Токсикология изучает проявление различных эффектов действия ядов в организме: гонадотропных (влияние на половые железы), эмбриотропных (воздействие на зародыши), мутагенных (вызывание мутаций в генно-хромосомном аппарате), канцерогенных (вызывание злокачественных новообразований).

роизводственные яды и профессиональные отравления.

Производственные яды в виде паров, газов, пыли встречаются во многих отраслях промышленности. Например, в угольных шахтах имеются вредные газы.

К производственным ядам можно отнести две большие группы: неорганические и органические вещества.

К наиболее часто встречающимся неорганическим ядовитым веществам относятся: галоиды (хлор, бром и др.), соединения серы, соединения азота, фосфор и его соединения, мышьяк и его соединения, соединения углерода и многие другие.

К наиболее часто встречающимся органическим ядовитым веществам относятся: углеводороды ароматического ряда (бензол, толуол, ксилол), углеводороды жирного ряда (бензины и др.), спирты жирного ряда (метиловый, этиловый….), простые эфиры, альдегиды, кетоны.

Яды могут поступать в организм тремя путями: через легкие, ЖКТ и неповрежденную кожу. Через дыхательные пути яды проникают в организм в виде паров, газов и пыли; через ЖКТ – чаще всего с загрязненных рук, но так же вследствие заглатывания пыли, паров, газов; через кожу проникают органические химические вещества преимущественно жидкой, маслянистой и тестообразной консистенции.

Поступление ядов через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. Поверхность легочных альвеол при среднем их растяжении равна 90 – 100 м2 , в легких создаются благоприятные условия для проникания газов, паров и пыли в кровь.

Газы и пары поступают в кровь через легкие на основе закона диффузии, т.е. вследствие разницы парциального давления газов или паров в альвеолярном воздухе и крови.

С увеличением объема легочного дыхания и скорости кровотока сорбция происходит быстрее, поэтому при выполнении физической работы или пребывания в условиях высокой температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление может наступать быстрее.

В ЖКТ по сравнению с легкими условия всасывания ядов затруднены. Это объясняется тем, что ЖКТ имеет относительно небольшую поверхность; кроме того, при этом проявляется избирательный характер всасывания – легко всасываются вещества, хорошо растворимые в липоидах. Кислая среда желудочного сока может изменить химические вещества в неблагоприятную сторону для организма. Так, соединения свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке и поэтому легко всасываются.

Всасывание ядов происходит главным образом в тонких кишках и лишь в незначительной степени - в желудке. Большая часть ядовитых веществ, всосавшихся через желудочно-кишечную стенку, поступает через систему воротной вены в печень, где они задерживаются и обезвреживаются.

Через неповрежденную кожу (эпидермис, потовые и сальные железы, волосяные мешочки) могут проникать химические вещества, которые хорошо растворяются в жирах.

Количество ядовитых веществ, которое может проникнуть через кожу, находится в прямой зависимости от их растворимости в воде, величины поверхности соприкосновения с кожей и скорости кровотока в ней. При работе и высоких температурах кровообращение в коже значительно усиливается, количество через кожу нитропродуктами бензола увеличивается.

Большое значение для поступления ядов через кожу имеет консистенция и летучесть вещества. Жидкие органические вещества с большой летучестью быстро испаряются с поверхности кожи и в организм не попадают. При известных условиях летучие вещества могут вызвать отравление через кожу, например, если они входят в состав мазей, паст, клеев, задерживающихся длительное время на коже.

Твердые и кристаллические органические вещества всасываются через кожу медленно и могут вызвать отравление. Наибольшую опасность в этом отношении представляют малолетучие вещества маслянистой консистенции, например, анилин, нитробензол и др. Они хорошо проникают через кожу и длительно задерживаются в ней.

По распределению в тканях и прониканию в клетке химические вещества можно разделить на две основные группы: неэлектролиты и электролиты. Неэлектролиты, растворяющиеся в жирах и липоидах.

Мозг, содержащий много липоидов и имеющий богатую кровеносную систему, насыщается этиловым эфиром очень быстро, в то время как другие ткани, содержащие много жира, но с плохим кровоснабжением насыщаются эфиром очень медленно.

Распределение электролитов в тканях очень неравномерно. Наибольшее количество свинца, например, накапливается в костях, затем в печени, почках, мышцах, а через 16 дней после прекращения его поступления в организм весь свинец переходит в кости. Фтор накапливается в костях, зубах и в небольшом количестве в печени и коже. Ртуть в основном откладывается в выделительных органах – почках и толстом кишечнике.

Неорганические химические вещества также подвергаются в организме изменениям. Характерной особенностью этих веществ являются, способность откладываются в каком-либо органе.

Обезвреживание ядов может происходить в разных органах, но основную роль играет печень. Существенное значение в обезвреживании ядов имеет нервная регуляция. Вегетативной нервной системе отводится активная роль в обезвреживании ядов.

Яды выделяются через легкие, почки, ЖКТ, кожу. Через легкие выделяются летучие вещества, не изменяющиеся или медленно изменяющиеся в организме. Например, через легкие быстро выделяются бензин, бензол, хлороформ, этиловый эфир, медленно- спирты, ацетон, сложные эфиры.

Через почки выделяются хорошо растворимые в воде вещества. Через ЖКТ выделяются плохо растворимые вещества: свинец, ртуть, марганец и др. Некоторые вещества (свинец, ртуть) выделяются вместе со слюной в полости рта.

Через кожу сальными железами выделяются все растворимые в жирах вещества. Потовыми железами выделяются ртуть, медь, мышьяк, сероводород и др.

Существенное значение имеет соотношение между поступлением яда в организм и его выделением или превращением. Если выделение яда или превращение происходит медленнее, чем его поступление, то яд способен накапливаться в организме, т.е. кумулироваться, и длительно действовать на организм. Типичными этом отношении ядами являются тяжелые металлы – свинец, ртуть, фтор и др.

Влияние возраста организм подростков в 2-3 раза более чувствителен к воздействию вредных веществ, чем организм взрослых. Именно поэтому законодательно запрещает прием лиц моложе 18 лет в некоторые прфессии химического производства. Надо отметить, что одни вещества более токсичны для молодых, другие - для старых.

Индивидуальная чувствительность. В обезвреживании вредных веществ непосредственное участие принимает большая группа ферментов, так называемых ферментов детоксикации, влияющих на их превращение. Активность этих ферментных систем различна у разных лиц. Зависит от индивидуальных особенностей течения биохимических процессов, функциональной активности различных физиологических систем отдельного человека.

Метеорологические условия среды. Оказывают влияние на терморегуляцию организма, что в свою очередь влечет за собой изменение восприимчивости организма к вредным веществам. Учащение дыхания, усиление кровообращения – поступление через дыхательные пути. Расширение сосудов кожи.

Влажность воздуха также может увеличивать опасность отравления, в особенности раздражающими глазами. Это объясняется усилением процессов гидролиза.

Оценка вредных веществ.

Способность химических веществ вызывать нарушение жизнедеятельности организма (отравление) называется токсичностью. Токсичность (вредность, ядовитость) характеризуется как мера несовместимости вещества с жизнью или здоровьем, а опасность – как вероятность отравления этим веществом в реальных условиях его применения или присутствия.

Оценки токсичности должны иметь четкую количественную интерпретацию, т.е. быть основанными на измерениях.

В основу токсикометрических исследований положено изучение зависимости между количеством ядовитого вещества, содержащимся в конкретной среде или поступившем в организм, и реакцией последнего в виде острого, подострого, хронического или смертельного отравления, а также в форме того или иного отдаленного эффекта. При этом имеют значение не только собственно дозы, но и пути поступления вещества в организм, продолжительность его воздействия, состояние самого организма, условия окружающей среды. Количества яда оценивается в единицах его массы, отнесенных к единице массы или объема субстрата (мг/м3 воздуха, мг/л воды, мг или г/кг воздушно-сухой почвы). Эти характеристики называются концентрациями и обозначаются либо латинской буквой С, либо русской К.

Количество яда, поступающего в организм, соотносится с массой его тела (мг/кг) и называется дозой вещества (Д или D). Кроме того, концентрации вредных веществ могут выражаться в процентах или частях на миллион (ppm).

Устанавливаются три количественных характеристики вещества:

1. Пороговая доза (или концентрация), иначе называемая порогом однократного воздействия; это наименьшее количества, вызывающее при однократном воздействии такие изменения в организме, которые обнаруживаются при помощи специальных биохимических или физиологических тестов при отсутствии внешних признаков отравления у подопытного животного; обозначаются символом К мин, (Смин) или Д мин (D мин) (минимальная концентрация или доза);
2. Токсическая несмертельная доза (концентрация), которая вызывает видимые проявления отравления без смертельного исхода и обозначается ЕД или ЕК;
3. Токсическая смертельная доза (концентрация), которая вызывает отравление, заканчивающееся смертью подопытного животного; обозначается символами ЛК и ЛД, где Л – первая буква латинского слова леталис, что означает смертельный.

Чем выше степень токсичности того или иного вещества, тем более жесткие требования предъявляются при работе с ними или к его присутствию в окружающей среде.

Воздействие вредных веществ на организм может вызвать два вида отравлений: острое и хроническое. При авариях, возможно резкое скачкообразное возрастание содержание вредных веществ. При это могут наступить острые отравления, которые возникают после однократного воздействия и могут приводить к смертельному исходу, хотя и не сразу после отравления (например, оксиды азота могут привести к такому исходу через неделю или более после острого отравление).

Хронического отравления – это заболевание, развивающееся в результате систематического воздействия таких доз вредного вещества, которые при однократном поступлении в организм не вызывают отравления. Действие многих промышленных ядов связанно именно с хроническим отравлением - это относится, например, к соединениям свинца, марганца, парам ртути. Но некоторые вещества (например, синильная кислота) вызывают только острые отравления.

Для обоснования нормирования загрязняющих веществ в окружающей среде необходимо устанавливать не одно, а два значения пороговых концентраций: для однократного Кмин.остр и хронического К мин.хрон воздействия.

Вероятность угрозы отравления (опасность) оценивается другими показателями. Это, в частности, так называемая зона однократного острого и хронического действия и зона (коэффициент) возможного ингаляционного отравления (КВИО).

Величина Zостр характеризует диапазон концентраций между среднесмертельной концентрацией ЛК50 и порогом однократного воздействия Кмин.остр и определяются по формуле:

Zостр=ЛК50/ Кмин.остр

Величина Zхрон характеризует опасность хронического поступления (интоксикации):чем шире данная зона, тем выше опасность, поскольку при этом возрастает угроза накопления (т.е кумуляция) вещества в организме. Эта величина определяется как отношение Кмин.остр /К мин.хрон.

КВИО характеризует эффективную токсичность вещества и определяется как отношение его насыщающей концентрации в воздухе при температуре 200С (К20) к среднесмертельной ЛК 50: КВИО=К20/ЛК50

Кумуляция

Кумуляция-это суммирование действия повторных доз вредных веществ, когда последующая доза поступает в организм раньше, чем заканчивается действие предыдущей. При кумуляции поступление вещества в организм превышает выведение его из организма. Происходит накопление радиоактивного стронция в костях, йода в щитовидной железе, тяжелых металлов в почках.

Хроническое отравление происходит в результате длительного воздействия яда на организм и связано с его постепенным накоплением в органах и тканях, т.е. кумуляцией. Одновременно накапливаются и физиологические изменения в организме. При накоплении яда говорят о материальной, а при накоплении изменений – о функциональной кумуляции. Количественная оценка функционального кумуляционного эффекта вредного вещества называется коэффициентом кумуляции (Кк) и определяется как соотношение суммарной дозы, полученной организмом при неоднократном экспериментальном введении вещества в количестве, равной среднесмертельной дозе (концентрации), т.е. ЛД50, к той же величине, но при одноразовой введении:

Кк=(∑ ЛД50)/ ЛД50

Обратное отношение этих величин (S) называется степенью кумуляции обычно выражается в процентах. По кумулятивному воздействию все токсичные вещества также делят на четыре группы:

• сверхкумулятивные (Кк<1,S>100);
• С выраженной кумулятивностью (Кк=1 - 3, S=100∑34);
• среднекумулятивные (Кк=3 - 5, S=33∑20);
• слабокумулятивные (Кк>5,S<20);

Все рассмотренные характеристики ядовитых веществ необходимы для обоснованного гигиенического нормирования их содержания в природных средах, т.е. для установления ПДК.

Классификация промышленных ядов

К промышленным ядам относится большая группа химических веществ и соединений, которые в виде сырья, промежуточных или готовых продуктов встречаются на производстве.

Наиболее частое применение находят классификации промышленных ядов по классам химических соединений, по характеру воздействия на организм, по пути проникновения в организм, по степени воздействия на организм.

По характеру воздействия на организм согласно ГОСТ 12.0.003-74 вещества подразделяются на:

1. общетоксические – вызывающие отравление всего организма или поражающие отдельные системы (центральную нервную систему, систему кроветворения), а также вызывающие патологические изменения печени и почек (угарный газ, свинец, ртуть, бензол);
2. раздражающие – вызывающие раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, глаз, легких, кожных покровов (хлор, аммиак, оксиды серы и азота, озон);
3. сенсибилизирующие – действующие как аллергены (формальдегид, растворители, нитролаки);
4. мутагенные – приводящие к нарушению генетического кода, изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные изотопы);
5. канцерогенные - вызывающие злокачественные новообразования (ароматические углеводороды, хром, никель, асбест);
6. влияющие на репродуктивную функцию (ртуть, свинец, стирол).

Три последних вида воздействия вредных веществ – мутагенное, канцерогенное, влияние на репродуктивную функцию, а также ускорение старения, относят к отдаленным последствиям влияния химических соединений на организм. Это специфическое действие, которое проявляется спустя годы, и даже десятилетия.

Эта классификация не учитывает агрегатного состояния веществ, тогда как для большой группы аэрозолей, не обладающих выраженной токсичностью, следует выделить фиброгенный эффект действия на организм (аэрозоли кокса, алмазов, пыли животного и растительного происхождения, силикатосодержащие пыли и др.).

Вещества этой группы вызывают атрофию или гипертрофию слизистой верхних дыхательных путей, а задерживаясь в легких, приводят к развитию соединительной ткани в воздухообменной зоне и рубцеванию (фиброзу) легких.

По пути проникновения в организм различают вещества, проникающие через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, неповрежденную кожу. По степени воздействия на организм вредные вещества делятся на четыре класса:

• 1-й класс – чрезвычайно опасные вещества;
• 2-й класс – высокоопасные вещества;
• 3-й класс – умеренно опасные вещества;
• 4-й класс – малоопасные вещества.

Методы декомпенсации.

Детоксикация – это процесс обезвреживания ядов и ускорение их выделения из организма.

Освобождение организма от ядов производится усилением определенных естественных физиологических процессов (вызывание рвоты, промывание желудка, очищение кишок, форсированный диурез, гипервентиляция),искусственной детоксикацией (гемодиализ, гемосорбция, обменное переливание крови…..) или методом антидотной терапии. Указанные методы производятся врачами.

Проникающие в организм яды, как и другие чужеродные соединения, могут подвергаться разнообразным биохимическим превращениям (биотрансформации), в результате которых чаще всего образуются менее токсичные вещества (обезвреживание, или детоксикация). Но известно немало случаев усиления токсичности ядов при изменении их структуры в организме. Есть и такие соединения, характерные свойства которых начинают проявляться только вследствие биотрансформации. В то же время определенная часть молекул яда выделяется из организма без каких-либо изменений или вообще остается в нем на более или менее длительный период, фиксируясь белками плазмы крови и тканей. В зависимости от прочности образующегося комплекса "яд-белок" действие яда при этом замедляется или же утрачивается совсем. Кроме того, белковая структура может быть лишь переносчиком ядовитого вещества, доставляющим его к соответствующим рецепторам.[24]

Рис. 4.1. Общая схема поступления, биотрансформации и выведения чужеродных веществ из организма

Изучение процессов биотрансформации позволяет решить ряд практических вопросов токсикологии. Во-первых, познание молекулярной сущности детоксикации ядов дает возможность оцепить защитные механизмы организма и на этой основе наметить пути направленного воздействия на токсический процесс. Во-вторых, о величине поступившей в организм дозы яда (лекарства) можно судить по количеству выделяющихся через почки, кишечник и легкие продуктов их превращения - метаболитов, что дает возможность контролировать состояние здоровья людей, занятых производством и применением токсичных веществ; к тому же при различных заболеваниях образование и выделение из организма многих продуктов биотрансформации чужеродных веществ существенно нарушается. В-третьих, появление ядов в организме часто сопровождается индукцией ферментов, катализирующих (ускоряющих) их превращения. Поэтому, влияя с помощью определенных веществ на активность индуцированных ферментов, можно ускорить или затормозить биохимические процессы превращений чужеродных соединений.

В настоящее время установлено, что процессы биотрансформации чужеродных веществ протекают в печени, желудочно-кишечном тракте, легких, почках (рис. 1). Кроме того, согласно результатам исследований профессора И. Д. Гадаскиной, немалое число токсичных соединений подвергается необратимым превращениям и в жировой ткани. Однако главное значение здесь имеет печень, точнее - микросомальная фракция ее клеток. Именно в клетках печени, в их эндоплазматическом ретикулуме, локализуется большинство ферментов, катализирующих превращения чужеродных веществ. Сам ретикулум представляет собой сплетение линопротеидных канальцев, пронизывающих цитоплазму. Наивысшая ферментативная активность связывается с так называемым гладким ретикулумом, который в отличие от шероховатого не имеет на своей поверхности рибосом. Неудивительно поэтому, что при заболеваниях печени резко повышается чувствительность организма ко многим чужеродным веществам. Надо отметить, что, хотя число микросомальных ферментов невелико, они обладают очень важным свойством - высоким сродством к различным чужеродным веществам при относительной химической неспецифичности. Это создает им возможность вступать в реакции обезвреживания практически с любым химическим соединением, попавшим во внутренние среды организма. В последнее время доказано присутствие ряда таких ферментов в других органоидах клетки (например, в митохондриях), а также в плазме крови и в микроорганизмах кишечника.