534

Размерность сопоставляемых величин: lgCL50, lgCmin – ммоль/л, ммоль/кг; lgПДК – ммоль/м3, ммоль/кг, мг/м3, мг/л.

Как и ранее, при сужении групп рассматриваемых соединений можно добиться большей точности расчета. Так, например, расчет ПДК фосфорорганических пестицидов по приведенному

втабл. 14 уравнению для фосфорорганики предпочтителен по сравнению с расчетом по любой другой формуле. В указанной книге имеются уравнения для расчетов ПДК по CL50 и DL50

впределах отдельных классов химических соединений.

11.8. Связь токсичности неорганических соединений с их строением и физико-химическими свойствами

Для неорганических веществ установить столь высокие корреляции, которые были продемонстрированы в случае органических соединений, не удалось. Да и вряд ли они когда-нибудь

301

будут найдены, учитывая огромное разнообразие веществ, относящихся к неорганической химии, хотя бы в чисто химическом отношении, т.е. в отношении их способности к различным фи- зико-химическим взаимодействиям. Разнообразные неорганические атомы и молекулы не удалось объединить единой теорией химического строения, как это имеет место в органической химии. А именно на основе теории строения и были достигнуты успехи при отыскании связей биологического действия веществ

сих структурой и свойствами.

Внастоящее время постепенно раскрывают свои тайны механизмы взаимодействия различных химических веществ. Ведущую роль в этом процессе играют квантово-химические представления. Можно с уверенностью сказать, что по мере накопления материала о механизмах взаимодействия неорганических веществ будут открываться перспективы для отыскания связей между строением, свойствами и биологическим действием этих веществ. Такие связи, хотя и будут уступать

подобным связям для органических веществ, можно будет с успехом использовать для дальнейшего познания механизмов биологического действия неорганических веществ, а также и в практических целях для произведения различных расчетов. Начало указанным исследованиям положено и первые результаты достигнуты. Они не всегда совершенны и зачастую не могут быть выражены в количественной форме.

Неорганические вещества, попадая в организм, распадаются на ионы и в таком виде взаимодействуют с компонентами клеток и тканей. Чаще всего токсичность неорганических соединений определяется токсичностью образующихся ионов, еще чаще – одного иона, являющегося наиболее токсичным. В связи с этим наиболее вероятна корреляция токсичности с характеристиками именно таких ионов. Для проявления токсичности металлов большое значение может иметь их способность к комплексообразованию. Само содержание элементов в организме коррелирует с их токсичностью. Здесь очевидно, что чем боль-

302

ше элемента в норме содержит организм, тем этот элемент менее токсичен. Действительно, в самой общей форме такая закономерность доказана. Вместе с тем, чем ниже нормальное содержание элемента в организме, тем большие колебания его как

всторону увеличения, так и в сторону уменьшения могут быть безвредными для человека. Например, концентрация таких микроэлементов, как кобальт или никель, для достижения смертельного эффекта должна быть увеличена в организме в 1000 и более раз против нормы. В то же время для достижения смертельного эффекта под влиянием таких широко представленных

ворганизме элементов, как фосфор или калий, оказывается достаточно небольшого повышения их концентрации.

Анализ соотношения токсичности с электронной структурой элементов привел хотя и к общему, но твердо установленному результату о повышении токсичности элемента с уменьшением его электронной стабильности. Иначе говоря, чем химически более активен элемент, тем он более токсичен.

Периодическая система элементов, с необычайной логикой классифицирующая элементы и позволяющая предугадывать свойства многих химических соединений, несомненно, должна быть полезна и для оценки их биологического действия. Во всяком случае, если это действие связано с физико-химическими свойствами, Периодическая система должна быть каким-то ключом к настоящей связи. Этот ключ еще не найден. Однако его модели, пока возможно далекие от оригинала, в настоящее время создаются. Остановимся на некоторых из них.

Известно, что в пределах Периодической системы можно выделить несколько типов кристаллической решетки элементов и их простых соединений. Строение кристаллической решетки обусловлено электронным строением атомов, входящих в состав решетки; по существу, решетка является производным энергетического состояния электронной структуры. Установлена корреляция между ПДК, как интегральным показателем токсичности неорганических соединений, и типом кристаллической решетки.

303

При этом тип кристаллической решетки отражает электронное состояние вещества – понижение степени симметрии решетки характерно для повышения токсичности. Вещества, обладающие объемно-центрированной кубической решеткой, оказываются наименее токсичными. Их биологическое действие характеризуется преимущественно слабо выраженным пневмокониотическим эффектом. Для них можно рекомендовать ориентировочное значение ПДК в пределах 6–10 мг/м, как это принято для титана, ниобия и вольфрама. В случае гранецентрированной кубической решетки (представители – медь, серебро, золото) можно рекомендовать ПДК на уровне 3–5 мг/м3. Веществам этой группы характерно хроническое общетоксическое действие с поражением паренхиматозных органов. Гексагональная плотнейшая упаковка типа магния характерна для веществ с выраженным токсическим эффектом, вызывающим и острые, и хронические отравления. В этом случае рекомендуется ПДК на уровне 1–2 мг/м3. Вещества с другими малосимметричными решетками (ромбическая, ромбоэдрическая, моноклинная и др.) обладают еще более высокой токсичностью, и ориентировочная ПДК для них не должна превышать 0,5 мг/м3.

Теперь рассмотрим некоторые уже обоснованные на сегодняшний день корреляционные уравнения, пригодные для количественных предсказаний подобно тому, как это было сделано для органических соединений. Однако в данном случае уравнения основаны на сравнительно небольшом количестве материала, что отражает факт общей малочисленности сведений по токсикологии неорганических веществ. Эта малочисленность делает приводимые уравнения сугубо ориентировочными. Имеются в виду газы и пары неорганических соединений. К данным уравнениям относятся:

lgCL50 (мг/л) = lgM – 0,017М – 0,9; lgПДК (мл/м3) = lgМ – 0,0075tкип – 2,0; lgПДК (мг/м3) = lgM – 0,0077М – 1,4.

304

Из сопоставления токсичности ионов металлов, при внутрибрюшинном введении мышам их растворимых соединений, с различными физико-химическими свойствами получены, в частности, следующие уравнения:

lgDL50= – 0,006М + 0,9; lgDL50 = – 0,67 н.п. – 1,0; lgDL50 = 0,21 lgS + 0,75.

здесьн.п. – нормальныйпотенциал; S – растворимостьсульфидов. Так как в соединениях металлов в конечном счете действуют ионы металла, расчеты даны в миллиатомах на 1 кг

(ма/кг), а не в миллимолях или миллиграммах на 1 кг.

11.9. Значение расчетных методов определения параметров токсичности

В предыдущих разделах были рассмотрены способы расчета токсичности соединений, составляющих гомологические ряды, иные генетические ряды родственных соединений, химические классы соединений и, наконец, большие группы веществ, объединяемых, например, только способностью к испарению, при этом в весьма широком диапазоне. Неоднократно подчеркивалось, что чем более разнородная группа берется в рассмотрение, тем менее значимыми оказываются найденные корреляции; иначе говоря, тем менее точным является производимый расчет. Наибольшей достоверностью обладает расчет, основанный на функциональной, в противоположность коррелятивной, зависимости. Такой расчет реализуется в гомологических рядах, если рассчитываемый гомолог не обладает особыми, резко отличными от других членов ряда, свойствами. Чем более общие корреляции положены в основу расчета показателей токсичности, тем этот расчет менее точен. Вместе с тем он может быть использован для расчетного анализа токсичности широкого круга

305

органических соединений, ограниченного только, например, летучестью. При сужении групп органических веществ точность расчета повышается. Вместе с этим ухудшаются предсказательные возможности расчетного метода, поскольку вводится все больше ограничений для круга веществ, к которым возможно применение этого метода. Максимальная точность достигается при расчетах в гомологических рядах, но расчеты при этом могут производиться только для гомологов.

Не следует забывать, что предсказания при использовании расчетного метода основаны на корреляциях и носят ориентировочный характер. Возможность ошибочных заключений здесь достаточно велика, что особенно наглядно можно продемонстрировать в случае гомологических рядов: заключение о токсичности гомолога с особой биологической судьбой (как правило, первого члена ряда) или гомолога, обладающего иным агрегатным состоянием или выходящего за рамки прямолинейного нарастания токсичности, будет неверным.

Всвязи со сказанным не следует переоценивать возможностей и значения предсказаний параметров токсичности веществ на основе корреляционного расчетного метода по их физикохимическим свойствам. Вместе с тем, не следует и преуменьшать их. Можно назвать несколько случаев, где расчетные методы оказываются весьма полезными.

При экспериментальном определении показателей токсичности новых химических соединений предварительный расчет позволяет произвести оптимальный выбор доз или концентраций веществ, с которых следует начинать опыты. Это экономит время исследования и снижает его стоимость.

Расчет показателей токсичности оказывается самым простым и быстрым способом получения информации о токсичности соединений при гигиеническом обследовании некоторых производств, где могут встретиться новые соединения.

Всвязи с последним важную роль играет возможность ориентировочного расчета такого токсиколого-гигиенического

306

показателя, как ПДК в воздухе рабочих помещений. Примерный расчет ПДК важен во многих отношениях, в частности для веществ, которые находят ограниченную сферу использования и устанавливать для которых ПДК опытным путем, что весьма трудоемко, не имеет смысла.

Расчетный метод позволяет производить предварительное регламентирование содержания вещества в воздухе рабочих помещений еще до завершения длительных хронических опытов.

Следует отметить также, что расчетные методы входят составной частью в так называемый «ускоренный метод» оценки токсичности новых химических соединений, позволяющий ограниченному количеству токсикологических лабораторий справиться со все увеличивающимся потоком новых химических соединений, внедряемых во все сферы жизни.

Актуальность расчетного определения ПДК возросла, когда была показана коррелятивная связь этого показателя с ПДК для атмосферы населенных мест.

Практика показала выгодность применения расчетных методов и значение их уточнения, поэтому дальнейшая разработка таких методов и является одной из задач промышленной токсикологии. За последнее время в различных медицинских учреждениях России разрабатываются расчеты для узких групп соединений на основании таких показателей, как энергия разрыва химических связей, потенциалы ионизации, константы реакционной способности и др. Эти константы тесно связаны со строением молекулы, в частности с электронным строением, а потому позволяют определять показатели токсичности (или безвредности) с достаточной для промышленной токсикологии точностью. Широкий охват веществ, токсичность которых довольно точно рассчитывается исходя из их констант (разных для различных рядов), в конечном счете может обнаружить некоторые закономерности, которые облегчат создание системы уравнений для предсказания токсичности разнообразных веществ. Вместе с тем идет процесс уточнения предсказаний

307

и путем уточнения поправок к уравнениям, найденным на сотнях веществ. В настоящее время расчетные методы разрабатываются применительно к нормированию разнообразных загрязнителей в различных объектах внешней среды и в первую очередь – в атмосферном воздухе и воде водоемов. Созданы расчетные формулы для оценки ориентировочных допустимых остаточных количеств пестицидов в продуктах питания.

Расчетные методы используются для управления уровнем загрязнения пестицидами продуктов сельского хозяйства в зависимости от условий применения их, от климатических и других факторов.

Возникшие в рамках промышленной токсикологии по инициативе Н.В. Лазарева и разработанные коллективом его учеников расчетные методы оценки параметров токсичности в настоящее время переросли эти рамки и заняли прочное место при всех основных профилактических дисциплинах, в частности в гигиене: промышленной, коммунальной, пестицидов, водных бассейнов общего пользования и др.

308

12. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ РЕГЛАМЕНТАЦИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ

12.1. История возникновения гигиенической регламентации и ее задачи

Гигиеническое регламентирование неблагоприятных производственных факторов появилось в связи с увеличивающейся опасностью их вредного действия, обусловленной развитием промышленности и расширением химического производства.

Регламентация содержания вредных веществ в воздушной среде рабочей зоны составляет в наше время лишь часть нормативов, обеспечивающих санитарную охрану всей окружающей человека среды: рабочей зоны, бытовых помещений, атмосферы населенных мест, воды водоемов, пищевых продуктов и почвы. Охрана окружающей среды в нашей стране является общегосударственной задачей.

Достижения в деле гигиенического регламентирования связаны с именами гигиенистов разных школ и, в первую очередь, московской, ленинградской, киевской. Достижения эти имеют свою историю. Первые предложения о пределах содержания вредных веществ в рабочей зоне относятся еще к прошлому веку. Например, Hirt в 1886 г. предлагал в качестве предельно допустимой концентрации хлористого водорода содержание его в воздухе, равное 1 % (или 1600 мг/м3). Если учесть, что при первом гигиеническом нормировании в СССР в 1922 г. была установлена ПДК хлористого водорода, равная 7 мг/м3, а действующая в настоящее время равна 5 мг/м3, то становится очевидной несообразность предложенной Hirt величины. Она может только характеризовать степень вредности условий труда в XIX в.

В 1940 г. Н.В. Лазарев писал: «...идея гигиенического нормирования содержания вредных примесей в воздухе производственных предприятий по сути дела может считаться специфически отечественной, так как только в России имеются налицо

309

предпосылки для того, чтобы эта идея из добрых пожеланий отдельных гигиенистов могла превратиться в реальную действительность: государственная власть, кровно заинтересованная в законодательной охране здоровья трудящихся; научные учреждения, занимающиеся разработкой гигиенических норм для многочисленных, могущих выделяться в воздух при различных производственных процессах газов, паров и пылей; достаточно мощная контрольная организация (санитарно-промышленная инспекция), могущая обеспечить надзор за выполнением обязательных постановлений по предельно допустимым концентрациям; надзор, необходимым условием действенности которого является большая сеть лабораторий, производящих анализы воздуха в рабочих помещениях, и развитие (в качестве особой ветви аналитической химии) промышленно-санитарной химии, разрабатывающей методы для выполнения этих часто чрезвычайно трудных исследований»1.

Начало гигиенической регламентации профессиональных ядов в нашей стране в воздушной среде производственных помещений относится к 10 апреля 1922 г. В этот день были утверждены первые «Правила о мерах безопасности работ в производстве хромовых солей». В первых «Правилах» было определено содержание сернистого газа в 1 л воздуха, не превышающее 0,06 мг.

30 августа 1922 г. появились «Правила о мерах безопасности в производстве серной, азотной и соляной кислот» с нормами для окислов азота 0,1 мг/л, соляной кислоты 0,007 мг/л и сернистого газа 0,06 мг/л. С развитием народного хозяйства,

втом числе и химического производства, для защиты здоровья

1Применительно к проблеме гигиенической регламентации до последнего времени чаще употреблялся термин «гигиеническое нормирование», а ПДК – именовались «нормами». ПДК – это не «норма» (т.е. не такая величина, которая должна быть достигнута и «снизу» и «сверху»), а такая, кото-

рая не должна быть превышена (т.е. она, в отличие от «нормы», в биологическом смысле, ограничена только «сверху»).

310