Действие на организм - токсических веществ, классы опасности
В производственных условиях токсические вещества поступают в организм человека через дыхательные пути, кожу, а также через желудочно- кишечный тракт. Пути поступления веществ в организм зависят от их агрегатного состояния (газообразные и парообразные вещества, жидкие и твердые аэрозоли) и от характера технологического процесса (нагрев вещества, измельчение и другие).
Токсическое действие веществ, их судьба в организме зависят от физических характеристик и химической активности, так как биологическое действие является результатом химического взаимодействия между данным веществом и биологическими рецепторами. Это взаимодействие определяет степень задержки вещества в организме, процессы его биотрансформации, депонирования и выведения из организма.
Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от следующих норм и показателей
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Предельно допустимая концентрация |
|
|
|
|
вредных веществ в воздухе рабочей зоны, |
<0,1 |
0,1-1,0 |
1,1-10,0 |
>10,0 |
Средняя смертельная доза при введении в |
<15 |
15-150 |
151-5000 |
>5000 |
Средняя смертельная доза при нанесении |
<100 |
100-500 |
501-2500 |
>2500 |
Ср едняя смертельная концентрация в |
<500 |
500-5000 |
5001-50000 |
>50000 |
Коэффициент возможности |
|
|
|
|
отравления (КВИО) |
>300 |
300-30 |
29-3 |
<3 |
Зона острого действия |
<6,0 |
6,0-18,0 |
18,1-54,0 |
>54,0 |
Зона хронического действия |
>10,0 |
10,0-5,0 |
4,9-2,5 |
<2,5 |
Классы опасности вредных веществ по типу действия на низких уровнях воздействия
Класс опасности |
Вид действия |
I |
Вещества, оказывающие избирательное действие в отдаленный период: бластомогены, мутагены, атеросклеротические вещества, вызывающие склероз органов (пневмосклероз, нейросклероз и другие), гонадотропные, эмбриотропные вещества. |
II |
Вещества, действующие на нервную систему: судорожные и нервно-паралитические, наркотики, вызывающие поражение паренхиматозных органов, наркотики, оказывающие чисто наркотический эффект. |
III |
Вещества, оказывающие действие на кровь — вызывающие угнетение костного мозга, изменяющие гемоглобин, гемолитики. |
IV |
Раздражающие и едкие вещества: раздражающие слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, раздражающие кожу. |
При поступлении в легкие газы, пары и аэрозоли резорбируются в кровь. Степень резорбции для различных веществ не одинакова и зависит прежде всего от растворимости в биологических жидкостях и способности проникать через альвеолярные, сосудистые и клеточные мембраны. После резозоции в кровь и распределения по органам яды подвергаются превращениям (биотрансформации) и депонированию. Почти все неорганические, а также многие органические вещества длительно задерживаются в организме, накапливаясь в различных органах и тканях.
Циркуляция металлов в организме осуществляется путем образования биокомплексов с жирными кислотами и аминокислотами (глутаминовой и аспарагиновой кислотами, цистеином, метионином и другие).
Комплексы с аминокислотами образуют:
- ртуть,
- свинец,
- медь,
- цинк,
- кадмий,
- кобальт,
- марганец и некоторые другие металлы.
Однако наиболее устойчивы комплексы металлов с белками, что обусловливает их длительную циркуляцию и депонирование в мягких тканях и паренхиматозных органах. Металлы накапливаются в основном в тех же тканях, в которых они содержатся как микроэлементы, а также в органах с интенсивным обменом веществ (печень, почки, эндокринные железы). Преимущественное депонирование свинца, бериллия и урана в костной ткани связано с их способностью образовывать устойчивые, малорастворимые соединения с фосфором и отложением в костной ткани в виде фосфатов. Ртуть и кадмий накапливаются в паренхиматозных органах (печень, почки), что обусловлено образованием устойчивых комплексов этих металлов с белками. Хром, достигая клетки, фиксируется на клеточных мембранах, в значительных количествах накапливаясь, например, на мембране эритроцитов.
Распределение в организме элементорганических и органических соединений связано с их взаимодействием с липидными компонентами тканей и прежде всего с липидными компонентами клеточных мембран, что определяет их проникновение в клетку и дальнейшую биотрансформацию. Биотрансформация чужеродных соединений — это цепь последовательных ферментативных реакций. Она подразделяется, как правило, на две фазы. Основную нагрузку в реакциях первой фазы несет семейство микросомальных ферментов цитохрома Р-450, локализованных в гладком эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов. Кроме того, превращение ксенобиотиков катализирует и ферменты, содержащиеся в плазме крови, цитозоле и митохондриях паренхиматозных органов.
В первой фазе в результате реакций окисления, восстановления, гидролиза, гидратации, дегалогенирования и другие. Молекула яда получает функциональные группы, необходимые для протекания второй фазы — конъюгации. Следует иметь в виду, что образование промежуточных продуктов метаболизма (интермедиатов) ксенобиотиков не всегда сопровождается снижением токсичности. Так, некоторые фосфорорганические инсектициды (например, октаметил и тиофос) образуют в организме более токсичные (фосфамидоксид и параоксон, соответственно).
Вторая фаза включает реакции синтеза (конъюгации) интермедиатов или поступивших ядов с эндогенными соединениями (глюкуроновой, серной, уксусной киспотами, аминокислотами, глутатионом), а также реакции метилирования
В результате биотрансформации ксенобиотики превращаются в более полярные (более растворимые) и, как правило, менее токсичные вещества. Молекулярная масса и размеры полученных соединений возрастают, облегчается их экскреция и выведение из организма. К настоящему времени накоплен материал о том, что конъюгаты определенных веществ могут подвергаться дальнейшим превращениям в организме, что иногда называют третьей фазой биотрансформации. Образующиеся в результате этих реакций соединения могут быть более токсичными, чем исходные. Так, конъюгаты с глюкуроновой кислотой, выделяясь в желчь и попадая затем в кишечник, могут катаболизироваться Р -глюкуронидазой (ферментом микрофлоры кишечника с последующим выделением) либо повторной реабсорбцией и дальнейшим метаболизмом. Глутатионовые конъюгаты под влиянием кишечной микрофолоры могут превращаться в тиоловые с повышением токсичности. Сульфирование и ацетилирование приводит к метаболической активации N-гидроксиароматических аминов. Конъюгаты глутатиона могут играть важную роль при объяснении нефротоксических свойств веществ, а реакции метилирования — в токсичности металлов, глюкуронидная конъюгация — в процессах канцерогенеза при воздействии Р -нафтиламина или 3,2'-диметил-4-ами-нобифенила. Преобладание процессов детоксикации или токсификации зависит от многих факторов: прежде всего активности соответствующих ферментов и кинетических параметров реакций, доступности эндогенных субстратов и кофакторов, дозы поступившего вещества и степени насыщения метаболических путей, генетической вариабельности метаболических путей, биологического вида организма, пола, возраста, диеты, сопутствующих заболеваний.
Выделение поступивших в организм токсических веществ происходит различными путями:
- через легкие,
- желудочно-кишечный тракт,
- почки,
- кожу.
С выдыхаемым воздухом через легкие выделяются летучие вещества (бензол, толуол, ацетон, хлороформ и многие другие) или летучие метаболиты, образовавшиеся при биотрансформации ядов. Например, одним из конечных продуктов биотрансформации хлороформа, четыреххлористого углерода, этиленгликоля и многих других веществ является углекислота, которая выводится через легкие. Резорбированные и циркулирующие в крови яды и их метаболиты выводятся почками путем пассивной фильтрации в почечных клубочках, пассивной канальцевой диффузии и активным транспортом. Многие токсические вещества (ртуть, сероуглерод) выделяются потовыми железами кожи, а также слюнными железами. Многие яды и их метаболиты, образующиеся в печени, выделяются с желчью в кишечник. Такой путь выведения характерен для металлов (ртуть, свинец, марганец и другие). Обратная резорбция металлов из кишечника в кровь и из крови в печень обуславливает кишечно-почечную циркуляцию металлов, которая и определяет в итоге долю металла, выводимого кишечником.
Циркуляция
Циркуляция, превращение и выведение токсических веществ отражают совокупность явлений, происходящих с ядом в организме, и определяют токсикокинетику процессов детоксикации, то есть кинетику (динамику) прохождения токсических веществ через организм. В основе токсикокинетики лежат, как правило, экспериментальные данные о содержании веществ и их метаболитов в различных биосредах подопытных животных в определенные интервалы времени. Математический анализ указанных данных позволяет выявить закономерности токсикодинамики любого химического вещества и экстраполировать их на человека с учетом особенностей обменных и других процессов.
Промышленные яды в зависимости от их свойств и условий воздействия (концентрация/доза, время) могут вызывать развитие острых и хронических интоксикаций. Как правило, острые отравления возникают при авариях, грубых нарушениях технологического процесса. Острые отравления развиваются непосредственно после контакта с ядом (например, окисью углерода) или после скрытого периода — от 6 - 8 часов до нескольких суток (например, двуокисью азота). В результате модернизации технологии и проведения широких гигиенических мероприятий в настоящее время происходит загрязнение воздуха рабочей зоны низкими концентрациями промышленных ядов, которые приводят к развитию хронических интоксикаций при длительном, многолетнем воздействии.
Проявления действия промышленных ядов на человека весьма разнообразны, так как патологические процессы, возникающие при воздействии химического вещества, обусловлены не только его свойствами, но и ответной реакцией организма, которая варьирует в широких пределах. При воздействии промышленных веществ может развиться любой из известных патологических процессов:
- воспаление,
- дистрофия,
- сенсибилизация,
- фиброз,
- повреждение хромосомного аппарата клетки,
- канцерогенный эффект и другие
При этом в силу физико-химических особенностей каждое вещество обладает собственным, характерным для него действием на организм, а также несет свойства, присущие химическому классу (группе), к которой оно относится.
Среди промышленных веществ выделяют
Среди промышленных веществ выделяют:
- раздражающие,
- нейротропные,
- гепатотропные,
- почечные яды,
- яды крови,
- аллергены,
- мутагены,
- канцерогены,
- тератогены и некоторые другие группы.
Подобное разделение указывает на преимущественный (избирательный) характер действия яда, который проявляется при его воздействии в минимальных количествах. При экспозиции в более высоких дозах (концентрациях) и или в течение длительного времени развиваются и политропные (общетоксические) проявления интоксикации.
Раздражающими веществами, вызывающими развитие воспаления на месте контакта с тканями организма, являются:
- хлор,
- сернистый ангидрид,
- двуокись азота,
- кислоты,
- щелочи и другие.
Преимущественное поражение нервной системы характерно для:
- органических растворителей,
- некоторых тяжелых металлов.
К гепатотропным промышленным ядам относятся:
- четыреххлористый углерод,
- аллиловый спирт и другие.
Выраженными аллергенными свойствами обладают:
- хром,
- бериллий,
- формальдегид и многие другие вещества.
Среди веществ, оказывающих действие в основном на почки, следует назвать:
- мышьяковистый водород,
- этиленгликоль.
К веществам, обладающим мутагенным, тератогенным, канцерогенным и гонадотропным свойствами, относятся:
- бенз(а)пирен,
- никель,
- шестивалентный хром,
- этиленимин,
- гидразин и его производные,
- органические перекиси.