3.1.2. Факторы, определяющие токсическое действие химических веществ

Основными факторами, которые определяют токсический эффект химических веществ, являются:

- химическое строение;

- физико-химические свойства;

- условия воздействия на организм;

- концентрация.

Различия в действии разнообразных химических веществ

объясняются, главным образом, особенностями их химического

строения. Именно химическое строение веществ предопределяет их токсические свойства.

Практически важное значение имеют выявленные закономерности между строением веществ и их действием на организм. Одной из таких закономерностей является правило Ричардсона, согласно которому сила наркотического действия углеводородов в гомологических рядах углеводородов возрастает с увеличением числа атомов углерода от низших членов ряда к высшим. Если принять силу наркотического действия этилового спирта за единицу, то сила наркотического действия остальных спиртов такова: метиловый спирт (СН₃ОН) – 0,8; этиловый спирт – (С₂Н₅ОН) – 1, пропиловый спирт (С₃Н₇ОН) – 2, бутиловый спирт (С ₅ Н ₉ ОН) – 3, аллиловый спирт (С ₅Н₁₁Н) – 4.

Другая известная закономерность выражается правилом разветвления цепей: наркотическое действие веществ ослабляется при разветвлении цепи углеродных атомов. Например, действие изопропилового спирта слабее, чем нормального пропилового спирта.

Следующая закономерность – это правило кратных связей: биологическая активность вещества возрастает с увеличени-

ем кратных связей, то есть с увеличением непредельности соединения. Например, действие этана СН₃ – СН₃ слабее, чем этилена СН₂ = СН₂ , а действие этилена слабее, чем ацетилена СН СН.

Замыкание цепи углеродных атомов усиливает действие углеводородов при их ингаляционном поступлении. Установлено, что пары циклопропана действуют сильнее паров пропана.

При переходе от полиметиленового кольца к ароматическому сила действия веществ также возрастает. Например, пары бензола действуют сильнее паров циклопропана, пары толуола – сильнее паров метилциклогексана.

Введение в молекулу вещества гидроксильной группы, как правило, ослабляет силу действия. Известно, что спирты менее токсичны, чем соответствующие им углеводороды.

При введении галоидов в молекулу органического соединения резко меняются его свойства и усиливается токсическое действие. Среди галоидпроизводных следует различать два типа соединений: первый – когда галоид находится в открытой цепи, второй – когда он связан с углеродом циклической или ароматической молекулы. Первый тип более активен и потому значительно токсичнее второго типа соединений. Например, хлортолуол С₆Н₅СН₃Сl токсичнее хлорбензола С₆Н₅Сl.

Резко меняются токсические свойства веществ при введении нитро- и нитрозогрупп. Для алкилэфиров азотистой и азотной кислот, где группы NО₂ и NО связаны с кислородом, характерно сосудорасширяющее и гипотензивное действие (этилнитрит, этилнитрат, нитроглицерин).

Для нитро- и нитрозосоединений жирного и ароматического рядов, где нитро- и нитрозогруппы связаны с углеродом, характерно действие на центральную нервную систему и образование метгемоглобина в крови.

Существенной является еще одна закономерность, харак- терная для многих гомологических рядов: первые члены гомологических рядов обладают большим токсическим действием, чем последующие. Например, метанол токсичнее этанола, муравьиная кислота – уксусной, формальдегид – ацетальдегида.

Определенное значение имеет и молекулярная симметрия. Известно, что симметрично построенные соединения более токсичны, чем несимметричные. К примеру, симметричный дихлорэтан примерно в два раза токсичнее несимметричного.

Значительно меньше закономерных связей выявлено среди неорганических веществ. Установлено, что токсичность щелочноземельных металлов возрастает с увеличением их атомной массы.

При оценке токсичности неорганических соединений важно учитывать валентность химических элементов. Так, например, шестивалентные соединения хрома токсичнее двухвалентных, окисные соединения марганца более токсичны, чем двухвалентные, то есть с увеличением валентности элемента токсичность соединения, содержащего этот элемент, возрастает. Но есть и обратные соотношения, когда с увеличением валентности токсичность его соединений падает. Примером могут служить соли железа: закисные соли железа токсичнее окисных.

Биологическое действие химических веществ зависит не только от химического строения, но и от их физико-химических свойств, которые, в свою очередь, обусловлены также химическим строением.

Опасность отравления химическими веществами зависит от таких физико-химических свойств, как летучесть, растворимость, агрегатное состояние, дисперсность, сорбционная способность.

Под летучестью понимают максимально достижимое содержание паров вещества, отнесенное к единице объема воздуха. Летучесть при 20 ⁰С может быть определена по формуле

, (3.4)

где С – летучесть вещества, мг/л; М – молекулярная масса; p –

давление насыщенного пара, мм .рт.ст.

Расчет летучести при любой температуре производится

по формуле

, (3.5)

где T – температура кипения вещества, К:

T = 273+ t_кип. . (3.6)

Чем выше летучесть вещества, тем значительнее опасность отравления им, поэтому в производственных условиях стремятся использовать менее летучие соединения. Так, например, стараются бензол заменить толуолом, а лучше – ксилолом, так как он обладает меньшей летучестью в сравнении с бензолом и толуолом.

С летучестью веществ связана и опасность образования взрывоопасных паровоздушных смесей. Легколетучие вещества очень быстро образуют в воздухе взрывоопасные паровоздушные смеси, например при аварийных разливах веществ.

Токсичность веществ в значительной мере зависит также от растворимости в воде, жирах, различных средах организма (крови, желудочном соке, лимфатической жидкости). Хорошая растворимость вещества в жирах в сочетании с высокой растворимостью в воде обусловливает опасность всасывания яда в организм через кожу при контакте с ним.

С растворимостью ядов связаны скорость всасывания, превращения в организме и выделения из него.

Знание растворимости химических веществ необходимо при разработке и выборе защитных мазей и паст. Например, нельзя применять гидрофильные мази и пасты при работе с водными растворами кислот и щелочей.

Для оценки опасности отравления промышленными ядами имеет значение и агрегатное состояние вещества. Наибольшую опасность представляют вещества, используемые в жидком, паро- и газообразном состояниях. Твердые вещества могут проникать через кожу и желудочно-кишечный тракт, и всасывание их происходит медленнее, чем паро- и газообразных веществ. Важной характеристикой твердых веществ является их дисперсность. Чем выше дисперсность вещества, тем ниже скорость оседания и выше концентрация в воздухе, следовательно, тем значительнее количество веществ, поступающих в организм человека. Не случайно поэтому при использовании в производстве твердых веществ стремятся к гранулированному или крупнокристаллическому состоянию, если это не противоречит технологии. В таком состоянии вещества мало пылят, не задерживаются на одежде и не загрязняют ее.

Другим свойством химических веществ, определяющим опасность отравлений, является способность сорбироваться различными материалами. Известно, что некоторые вещества (ртуть, тетраэтилсвинец, нитро- и аминосоединения бензола) хорошо сорбируются материалом внутренней поверхности стен, пола, потолка производственных помещений. В порах этих поверхностей происходит депонирование ядовитых веществ, и при последующей десорбции они вновь выделяются в воздух производственных помещений. Например, ртуть хорошо сорбируется штукатуркой, нитро- и аминосоединения поглощаются асфальтовыми и битумными полами. Знание сорбционной способности веществ необходимо при выборе не только строительных материалов, но и материалов для спецодежды.

Токсический эффект вредных веществ зависит также от реальных условий воздействия на организм. Условия воздействия могут быть связаны как с факторами внешней среды, так и с особенностями организма человека. К факторам внешней среды следует отнести метеорологические условия производственной среды, различного рода физические факторы (шум, вибрация, излучения).

Наблюдениями установлено, что количество отравлений многими химическими веществами резко возрастает в жаркое время года. Влияние высокой температуры объясняется, с одной стороны, изменением агрегатного состояния, увеличением летучести веществ, и, с другой стороны, изменениями в физиологическом состоянии организма. При повышенной температуре окружающего воздуха ускоряется процесс кровообращения в организме и увеличивается объем легочной вентиляции, все это ускоряет сорбцию веществ, и признаки отравления наступают скорее.

Влияние таких факторов, как повышенная влажность, шум, вибрация, излучения, аналогичны влиянию высокой температуры.

Токсическое действие веществ зависит также и от индивидуальных особенностей организма человека. Одни и те же яды у одних людей могут вызвать кожные заболевания, удушье, в то время как другие совершенно невосприимчивы к ним.

Молодые и больные люди более подвержены действию вредных веществ.

Существуют специальные противопоказания, исключающие допуск людей с рядом заболеваний к работе с вредными веществами.

Женщины более подвержены действию ряда химических веществ; есть перечень веществ, к работе с которыми не допускаются женщины.

Имеет значение и злоупотребление алкоголем. Значительное число химических веществ усиливают свое действие в присутствии алкоголя. Незначительные дозы малотоксичных веществ оказываются весьма опасными даже в состоянии легкого опьянения.

Следующим фактором, определяющим токсический эффект химических веществ, является их концентрация в воздухе производственных помещений. Чем выше концентрация газов и паров в воздухе, тем сильнее токсическое действие их. Для наиболее распространенных промышленных ядов установлена зависимость между концентрацией, продолжительностью и характером действия. Так, сильное токсическое действие окиси углерода сказывается, когда произведение продолжительности воздействия (в ч) на концентрацию (в мг/м³) равно 1700.

С целью предупреждения вредного воздействия на организм химических веществ и производится регламентирование их содержания в различных средах (в воздухе производственных помещений, в атмосферном воздухе, воде водоемов).