Теоретические положения

Потенциальную опасность химических веществ (ПОХВ) мож­но оценить на основании знания их физико-химических свойств, а также параметров токсикометрии.

1. Оценка ПОХВ на основании информации о физико-химических свойствах химических веществ. Важнейшими гигиеническими по­казателями химических веществ являются абсолютная летучесть, температура вспышки, пределы взрываемости, коэффициент рас­пределения масло/вода, коэффициент растворимости.

Абсолютная летучесть — максимально достижимая кон­центрация вещества, мг/л, в воздухе при данной температуре. Обычно абсолютную летучесть определяют при температуре 20° С по уравнению:

 

С₂₀ = М Р/ 18,3,

 

где М — молекулярная масса вещества; Р — давление насыщенно­го пара, мм рт. ст.

При других температурах абсолютная летучесть, мг/л, рассчи­тывается по формуле:

 

С= 16 Р М / Т,

 

где Т— абсолютная температура, К.

В случае отсутствия данных об упругости пара можно использо­вать формулу Э.Н.Левиной:

 

lg Р = 3,5-0,0202(t _кип+3).

 

При оценке ряда близких по токсичности веществ предпочте­ние в гигиеническом отношении должно быть отдано менее лету­чему. Например, среди органических растворителей, таких как стирол, бензол, толуол, ксилол, последний наименее летуч и поэтому при его испарении в воздухе помещения создаются мень­шие концентрации.

Химические вещества могут не только вызвать интоксикацию, но и будучи легковоспламеняющимися, стать причиной пожара.

Определяют следующие показатели.

Температура вспышки при 760 мм рт. ст. — наимень­шая, при которой пары жидкости достигают в воздухе над ее по­верхностью концентраций, достаточных для воспламенения при приближении открытого пламени.

Температура самовоспламенения при 760 мм рт. ст. — наименьшая, при которой пары вещества могут загораться даже без приближения открытого огня.

Коэффициент растворимости паров химических ве­ществ или газов в жидкостях — важнейший физико-химический показатель — отношение концентраций пара или газа в равных объемах воздуха и жидкости при их равновесии.

Большинство паров и газов растворяется в крови примерно так же, как и в воде, или несколько хуже. Поэтому часто для сужде­ния о накоплении паров и газов в организме используют коэф­фициент растворимости вода/воздух:

λ =

 

где S— растворимость в воде, г/л; Т— абсолютная температу­ра, К; Р— упругость пара, мм рт. ст.; М— молекулярная масса вещества.

С увеличением λ большее количество вещества диффундирует из альвеолярного воздуха в кровь, возрастает сорбционная ем­кость организма, уменьшаются скорость насыщения артериаль­ной крови до действующих концентраций, а также выведение ве­щества из организма через дыхательные пути.

Вещества с меньшим коэффициентом растворимости имеют большую фармакологическую активность. Причиной этому слу­жит их лучшая растворимость в жирах и липоидах.

Коэффициент распределения масло/вода Овертона—Мейра является показателем растворимости вещества в жирах и липидах. Приближенное значение этого коэффициен­та К можно рассчитать по эмпирической формуле Е. И. Люблиной и А.А. Голубева:

 

lg K = 0,053 V _мол - 3,68,

 

где V_мол — молекулярный объем вещества (отношение молекуляр­ной массы вещества к его плотности).

Коэффициент распределения «масло/вода» положен в основу классификации неэлектролитов Н.В.Лазарева, позволяющей ори­ентировочно предсказать опасность вредного воздействия хими­ческого соединения. Неэлектролиты расположены в девяти груп­пах в порядке возрастания этого коэффициента:

Группа	К	Группа	К	Группа	К
1-я	10-3-10-2	4-я	10°-101	7-я	103-104
2-я	10-2-10-1	5-я	lO1-102	8-я	104- 105
3-я	10-1—10°	6-я	102-103	9-я	105

 

Вещества первых четырех групп характеризуются плохой растворимостью в жирах и липидах, хорошей растворимостью в воде, большой сорбционной емкостью организма, медленно проникают в клетки и медленно выводятся из них; последних пяти групп — плохой растворимостью в воде, хорошей растворимостью в жирах и липидах, малой сорбционной емкостью организма, быстрым проникновением в клетки и быстрым вы­ведением.

Пример. Оценить риск от воздействия на человека монохлордибромтрифторэтана (CF₂BrCFBrCl), если известно, что молекулярная масса данного соединения 276, плотность 2,24 г/см³, тем­пература кипения 93 °С, растворимость при 20 °С — 0,5 г/л.

Определив упругость пара, можно рассчитать летучесть веще­ства, которая составит 548,9 мг/л. По летучести монохлордибромтрифторэтана можно предположить, что исследуемое соединение склонно к испарению, и в производственных условиях максималь­ная концентрация его в воздухе может составить (при 20 °С) 548,9 мг/л. Однако окончательную гигиеническую оценку летуче­сти вещества можно получить только при сопоставлении ее со среднесмертельной концентрацией.

Рассчитаем коэффициент растворимости λ;=0,09. Получим λ = 0,09. Малое значение λ свидетельствует о быстром насыщении артери­альной крови до действующих концентраций при ингаляционном поступлении и быстром выведении вещества через дыхательные пути. Потенциальная опасность острых отравлений велика.

Коэффициент распределения «масло/вода» составит 700, а это значит, что изучаемое вещество будет находиться в 6-й группе системы неэлектролитов и, следовательно, характеризоваться быстрым проникновением через клеточные мембраны, кожу и слизистые оболочки.

2. Оценка ПОХВ на основании знания параметров токсикометрии Зона острого действия (S_ca) характеризует потенциаль­ную опасность возникновения острых отравлений и является от­ношением среднесмертельной концентрации к пороговой или ми­нимально действующей, вызывающей при однократном воздей­ствии статистически достоверные изменения интегральных пока­зателей животного организма:

S_ca = CL₅₀/Lim _ca.

Зона острого действия характеризует способность организмаприспосабливаться к воздействию яда и свидетельствует об интенсивности процессов детоксикации. Чем шире данная зона, тем сильнее выражены компенсаторные свойства организма по отношению к яду, узость зоны указывает на большую возможность острых отравлений.

Пример. Сравним токсичность метилэтилкетона (CI.₅₀ = 40мг/л, Lim _ca = 1,5 мг/л) и стирола (CL₅₀ = 35 мг/л, Lim _ca = 0,5 мг/л).

Проведя расчеты, нетрудно убедиться в более широкой зоне острого действия у стирола (S = 70) по сравнению с метилэтилкетоном (S = 26,6), следгтатрпкнп, в меньшей его опасности. |

Зона хронического действия (S_ch) характеризует сте­пень опасности хронической интоксикации:

S_ch = Lim _ca /Lim _ch,

где Lim _ca — пороговая концентрация по интегральному показате­лю, полученная при однократном воздействии; Lim _ch — порого­вая концентрация по интегральным, или по специфическим по­казателям интоксикации, полученная в хроническом эксперименте.

Интервал между Lim _ca и Lim _ch характеризует опасность возникновения хронического отравления. Если он велик, т. е. величина Lim _ch слишком мала по сравнению с Lim _ca, значит в организме издаются хорошие условия для суммирования эффекта малых кон­центраций и, следовательно, для развития интоксикации. Иными словами, чем шире зона хронического действия, тем опаснее химическое вещество, так как кумулятивные свойства, отражающиеся в накоплении эффекта в хроническом эксперименте, будут выражены сильнее.

Пример. Сравним возможности развития хронических интоксикаций фураном (Lim _ca = 0,1 мг/л, Lim _ch = 0,01 мг/л) и этиленамином (Lim _ca = 0,01 мг/л, Lim _ch = 0,004 мг/л).

Широкая зона хронического действия этиленамина (S = 25) характеризует его как вещество, обладающее большей способносностью приводить к развитию интоксикации при длительном воздействии, чем фуран (S = 10).

3. Термодинамическая активность (термодинамическая концентрация) — отношение максимальной действительной упругости пара вещества к упругости его пара, вызывающей токсический эффект.

Установление термодинамических концентраций помогает ориентировочно определить, оказывает ли химическое вещество на организм неэлектролитное или специфическое действие.

Вместо упругости пара можно взять соответствующие концентрации, тогда речь пойдет о термодинамической концентрации:

А = Р_Т /Р_max = С / С_max

Р_Т — упругость пара, вызывающая токсический эффект; Р_max — максимальная упругость паров вещества для определенной температуры; С_т — концентрация вещества, вызывающая токсический эффект; С_max — максимальная достижимая концентрация для определенной температуры (или летучесть).

Использование термодинамических концентраций оказывается полезным при сравнительной токсикологической оценке не­скольких химических веществ по опасности острого отравления.

Пример. Определить потенциальную опасность острого отравления для бензола и толуола по их термодинамическим концентрациям:

CL₅₀(C) и С₂₀(С) для бензола — 60 и 360,6 мг/л соответствен­но, для толуола — 40 и 105,3 мг/л.

Термодинамическая концентрация составит: толуола А = 40/105,3 =

= 0,38; бензола А = 60/360,6 = 0,17.

Полученные термодинамические концентрации показывают, что смертельная концентрация толуола составляет 38/100 от максималь­но достижимой, а для бензола только 16/100. Поэтому следует вы­вод о значительно более быстром образовании токсических кон­центраций бензола при равных условиях применения этих веществ.

Таким образом, чем больше термодинамическая концентра­ция, тем меньшую опасность представляет вещество. Вещества с А ≥ 1 практически не смогут вызывать острого отравления. Ввиду их относительно малой летучести в воздухе не произойдет накоп­ления опасных концентраций, близких к CL₅₀.

По опасности возникновения острых отравлений С. Д. Заугольников с сотр. разделили все летучие органические вещества на 6 разрядов (табл. 1) в зависимости от их летучести и CL₅₀. Ве­щества, относящиеся к первым трем разрядам, являются особо опасными в отношении возникновения острых отравлений.

Пример. К какому разряду относится монохлордибромтрифторэтан, CL₅₀ которого 22,5 мг/л.

А = CL₅₀/ CL₂₀ = 22,5/548 = 0,04

 

Таблица 1