Виды вредных веществ и их влияние на организм человека

Выполнение различных видов работ в промышленности сопровождается выделением в воздушную среду вредных веществ.

Вредное вещество — это вещество, которое в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящих и последующих поколений.

Проникновение вредных веществ в организм человека происходит через дыхательные пути (основной путь), а также через кожу и с пищей, если человек принимает ее, находясь на рабочем месте.

Действие этих веществ следует рассматривать как воздействие опасных или вредных производственных факторов, так как они оказывают негативное (токсическое) действие на организм человека.

В результате воздействия этих веществ у человека возникает отравление — болезненное состояние, тяжесть которого зависит от продолжительности воздействия, концентрации и вида вредного вещества.

В современном производстве находит применение более 60 тысяч химических соединений, большинство из которых синтезировано человеком и не встречается в природе.

Существуют различные классификации вредных веществ, в основу которых положено их действие на человеческий организм.

В соответствии с наиболее распространенной (по Е.Я. Юдину и СВ. Белову) классификацией вредные вещества делятся на шесть групп:

- Общетоксические химические вещества (углеводороды, спирты, анилин, сероводород, синильная кислота и ее соли, соли ртути, хлорированные углеводороды, оксид углерода) вызывают отравление всего организма, приводящее красстройствам нервной системы, мышечным судорогам, нарушениям структуры ферментов, влияют на кроветворные органы, взаимодействуют с гемоглобином.

- Раздражающие вещества (хлор, аммиак, диоксид серы, туманы кислот, оксиды азота и др.) воздействуют на слизистые оболочки, верхние и глубокие дыхательные пути.

- Сенсибилизирующие вещества (органические азокрасители, диметиламиноазобензол и другие антибиотики) повышают чувствительность организма к химическим веществам, а в производственных условиях приводят к аллергическим заболеваниям.

- Канцерогенные вещества (бенз(а)пирен, асбест, нитроазосоединения. ароматические амины и др.) вызывают развитие всех видов раковых заболеваний. Этот процесс может быть отдален от момента воздействия вещества на годы, и даже десятилетия.

- Мутагенные вещества (этиленамин, окись этилена, хлорированные углеводороды, соединения свинца и ртути и др.) оказывают воздействие на неполовые (соматические) клетки, входящие в состав всех органов и тканей человека, а также на половые клетки (гаметы). Воздействие мутагенных веществ на соматические клетки вызывают изменения в генотипе человека, контактирующего с этими веществами. Они обнаруживаются в отдаленном периоде жизни и проявляются в преждевременном старении, повышении общей заболеваемости, злокачественных новообразований. При воздействии на половые клетки мутагенное влияние сказывается на последующее поколение, иногда в очень отдаленные сроки.

- Химические вещества, влияющие на репродуктивную функцию человека (борная кислота, аммиак, многие химические вещества в больших количествах), вызывают возникновение врожденных пороков развития и отклонений от нормальной структуры у потомства, влияют на развитие плода в матке и послеродовое развитие и здоровье потомства.

 

Наиболее благоприятен для дыхания атмосферный воздух, содержащий (% по объему): азота — 78,08, кислорода — 20,95, инертных газов — 0,93, углекислого газа — 0,03, прочих газов — 0,01. Необходимо обращать внимание и на содержание в воздухе заряженных частиц — ионов. Так, например, известно благотворное влияние на организм человека отрицательно заряженных ионов кислорода воздуха.

Вредные вещества, выделяющиеся в воздух рабочей зоны, изменяют его состав, в результате чего он существенно может отличаться от состава атмосферного воздуха.

При проведении различных технологических процессов в воздух выделяются твердые и жидкие частицы, а также пары и газы.

Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы — аэродисперсные системы — аэрозоли.

Аэрозолями называют воздух или газ, содержащие в себе взвешенные твердые или жидкие частицы. Аэрозоли принято делить на пыль, дым, туман.

Пыли или дымы — это системы, состоящие из воздуха или газа и распределенных в них частиц твердого вещества.

Туманы — системы, образованные воздухом или газом и частицами жидкости.

Размеры твердые частиц пылей превышают 1 мкм (1 микрометр = 10^-6 м – микрон), а размеры твердых частиц дыма меньше этого значения.

Различают крупнодисперсную (размер твердых частиц более 50 мкм), среднедисперсную (от 10 до 50 мкм) и мелкодисперсную (размер частиц менее 10 мкм) пыль. Размер жидких частиц, образующих туманы, обычно лежит в пределах от 0,3 до 5 мкм.

Пыль, попадая в организм человека, оказывает фиброгенное воздействие, заключающееся в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей.

Оседая в легких, пыль задерживается в них. При длительном вдыхании пыли возникают профессиональные заболевания легких — пневмокониозы.

Примеры:

При вдыхании пыли, содержащей свободный диоксид кремния (SiO₂), развивается наиболее известная форма пневмокониоза — силикоз.

Если диоксид кремния находится в связанном с другими соединениями состоянии, возникает профессиональное заболевание — силикатоз.

Среди силикатозов наиболее распространены асбестоз, цементоз, талькоз.

При вдыхании пыли, содержащей «живые» микроорганизмы – кандидоз.

 

Изучение потенциальной опасности вредного воздействия химических веществ на живые организмы является предметом химико-биологической науки — токсикологии.

Токсикология изучает механизмы токсического действия химических веществ, диагностику, профилактику и лечение отравлений.

Вредное вещество, т.е. химический элемент или соединение, вызывающее заболевание организма, является центральным понятием токсикологии.

Область токсикологии, изучающая действие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, называется промышленной токсикологией.

Изучение биологического действия химических веществ на человека показывает, что вредное их воздействие всегда начинается с определенной пороговой концентрации.

Для количественной оценки вредного воздействия на человека химического вещества в промышленной токсикологии используются показатели, характеризующие степень его токсичности.

Средняя смертельная концентрация в воздухе ЛК₅₀ — концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % животных при двух-, четырехчасовом ингаляционном воздействии на мышей или крыс.

Средняя смертельная доза ЛД₅₀ — доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу ЛК₅₀ — доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Порог хронического действия Lim_cr — минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающего вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не менее 4 месяцев.

Порог острого действия Lim_ac — минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающая изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций.

Зона острого действия Z_ас — отношение средне смертельной концентрации (ЛК₅₀к порогу острого действия Lim_ac)

Z_ас =ЛК₅₀/ Lim_ac.

Это соотношение показывает размах концентраций, оказывающих действие на организм при однократном поступлении, от начальных до крайних, влияющих наиболее неблагоприятно.

Зона хронического действия Z_cr — отношение порога острого действия Lim_ac к порогу хронического действия Lim_cr

Z_cr = Lim_ac / Lim_cr.

Это соотношение показывает, насколько велик разрыв между концентрациями, вызывающими начальные явления интоксикации при однократном и длительном поступлении в организм.

Чем меньше зона острого действия, тем опаснее вещество, поскольку даже небольшое превышение пороговой концентрации может вызвать смертельный исход. Чем шире зона хронического действия, тем опаснее вещество, так как концентрации, оказывающие хроническое действие, значительно меньше вызывающих острое отравление.

Коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО) — отношение максимально достигаемой концентрации вредного вещества в воздухе при 20° С к средней смертельной концентрации вещества для мышей.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны ПДК_р.з — такая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

ПДК_р.з. устанавливается на уровне в 2—3 раза ниже, чем порог хронического действия Lim_cr. Такое снижение называется коэффициентом запаса (К_з).

Взаимосвязь токсикологических параметров химического вещества представлена на следующем рисунке.

 

 

Рис. Токсикологические показатели Д(К)

Зависимость биологического действия химических веществ от токсикологических показателей

 

Для воздуха рабочей зоны производственных помещений в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» устанавливают предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ. ПДК выражаются в миллиграммах (мг) вредного вещества, приходящегося на 1 кубический метр воздуха, т. е. мг/м³.

В соответствии с этим ГОСТом установлены ПДК для более чем 1300 вредных веществ. Еще приблизительно для 500 вредных веществ установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ).

По ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» все вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на следующие классы:

1 — чрезвычайно опасные,

2 — высоко опасные,

3 — умеренно опасные,

4 — малоопасные.

Опасность устанавливается в зависимости от величины ПДК, средней смертельной дозы и зоны острого или хронического действия.

Если в воздухе содержится вредное вещество, то его концентрация не должна превышать величины ПДК.

Например, ПДК для свинца 0,01 мг/м³ , паров бензпирена – 0,00015 мг/м³ (1 класс опасности), а для паров топливного бензина – 100 мг/м³, ацетона – 200 мг/м³ (4 класс опасности).

Для санитарно-химического анализа воздуха применяют различные методы контроля, основанные на химических, физических, физико-химических и биохимических процессах улавливания и анализа вредных веществ воздуха.

Лабораторные методы (фотометрические, хроматографические, спектроскопические и другие) не всегда достаточно оперативны и их применяют в основном при научно-исследовательских работах.

Экспресс-методы, выполняемые при помощи газоанализаторов с индикаторными трубками, достаточно просты. Автоматические методы (механические, акустические, магнитные, тепловые, оптические) позволяют быстро и точно получить информацию, а приборы, настроенные на определенный уровень загазованности воздуха (газосигнализаторы), при превышении этого уровня через систему автоматики подают сигнал на пульт управления.

Методы контроля запыленности воздуха разделяют на две группы: а) с выделением дисперсной фазы из аэрозоля - весовой (гравиметрический), счетный (кониметрический), радиоизотопный, фотометрический; б) без выделения дисперсной фазы из аэрозоля - фотоэлектрические, оптические, акустические, электрические.

Весьма перспективны новые методы измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны с использованием лазерной техники.

В нашей стране наи­более распространен прямой весовой (гравиметрический) метод измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны. Он за­ключается в отборе всей находящейся в зоне дыхания пыли на специальные аэрозольные фильтры типа АФА ВП. Отбор проб осуществляется с помощью различных аспираторов.

Для воздуха рабочей зоны производственных помещений в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 "Воздух рабочей зоны. Общие требования безопасности", ГН 2.2.5.686 - 98 "Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны" в настоящее время действуют ПДК вред­ных газов, паров и аэрозолей в воздухе рабочей зоны для 445 химических веществ.

ПДК вредных веществ в атмо­сферном воздухе населенных мест, включающие 109 на­именований, установлены согласно СанПиН 2.1.6.983-00 "Гигиенические требования к обеспечению качества атмо­сферного воздуха населенных мест". Для того чтобы обеспечить ПДК для атмосферного воздуха населенных мест установлена еще одна нормативная величина - предельно до­пустимый выброс (ПДВ), характеризующая объем вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу отдельными источни­ками загрязнения, при котором в приземном слое обеспечи­вается соблюдение ПДК. ПДВ рассчитывают по методам, изложенным в ГОСТ 17.2.3.002-78 и ОВД- 86(90).

 

Основные индивидуальные средства защиты, предназначенные для защиты органов дыхания человека от вредных веществ, находящихся в воздухе рабочей зоны. Указанные средства защиты делятся на фильтрующие и изолирующие. В фильтрующих устройствах вдыхаемый человеком загрязненный воздух предварительно фильтруется, а в изолирующих — чистый воздух подается по специальным шлангам к органам дыхания человека от автономных источников.

Фильтрующими приборами (респираторами и противогазами) пользуются при невысоком содержании вредных веществ в воздухе рабочей зоны (не более 0,5% по объему) и при содержании кислорода в воздухе не менее 18%.

Респираторы предназначены для защиты человека от пыли и делятся на фильтр-маски, в которых закрывающая лицо человека маска является одновременно фильтром, и патронные, в которых лицевая маска и фильтрующий элемент разделены.

Один из наиболее распространенных отечественных респираторов — бесклапанный респиратор ШБ-1 «Лепесток» — предназначен для защиты от воздействия мелкодисперсной и среднедисперсной пыли. Различные модификации «Лепестка» применяются для защиты от пыли, если ее концентрация в воздухе рабочей зоны в 5—200 раз превышает величину ПДК.

Промышленные фильтрующие противогазы предназначены для защиты органов дыхания от различных газов и паров. Они состоят из полумаски, к которой подведен шланг с загубником, присоединенный к фильтрующим коробкам, наполненным поглотителями вредных газов или паров.

Каждая коробка в зависимости от поглощаемого вещества окрашена в определенный цвет, например: коричневый (марка А) – органические вещества, желтый (марка В) – кислотные газы, белая (марка СО) – оксид углерода, а красная (марка М) – все газы, включая оксид углерода.

Изолирующие противогазы применяются в тех случаях, когда содержание кислорода в воздухе менее18%, а содержание вредных веществ более 2 %.

Различают автономные и шланговые противогазы. Автономный противогаз состоит из ранца, наполненного воздухом или кислородом, шланг от которого соединен с лицевой маской. В шланговых изолирующих противогазах чистый воздух подается по шлангу в лицевую маску от вентилятора, причем длина шланга может достигать нескольких десятков метров.