Практикум по токсикологии. Кудров

УДК 615.9+543.1 В26

Рецензент:

Кудров А.Н. МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ для студентов к лабораторным и практическим занятиям по курсу «ОСНОВЫ ТОКСИКОЛОГИИ»

Подготовлено к печати на кафедре экологической и промышленной биотехнологии

Редактор Компьютерная верстка Подписано в печать Сдано в производство

Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ.

Электронный набор, Москва © Московский государственный университет инженерной экологии, 2007 г.

Принятые сокращения

– средняя смертельная концентрация. DL 50 – средняя смертельная доза.

Кcum – коэффициент кумуляции. Zac – зона острого действия

Zch – зона хронического действия. ЖКТ – желудочно–кишечный тракт.

КВИО – коэффициент возможности ингаляционного отравления ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация вредного ве-

щества в воздухе рабочей зоны (максимально разовая) ПДКс.с. – средняя суточная допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны.

ПДКа.в. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенной местности . ПДКм.р. – максимальная разовая допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенной местности.

ПДКв – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воде водных объектов хозяйственно–питьевого и культурно–бытового водопользования.

Dmin50 – пороговая доза (вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов).

РАБОТА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТОКСИКОЛОГИИ

1. Общие сведения

Контакт человека с промышленными ядами в условиях производства может приводить к возникновению профессиональных отравлений, а, в общем случае, вызывать самые разнообразные заболевания. Ниже представлены примеры наиболее распространенных токсических веществ.

Анилин – производство красителей, красильные предприятия.

Бензол – синтез пластмасс, производство красок, лаков. Бериллий – производство керамики, производство радиоламп, порошковая металлургия, производство люминофоров. Кадмий – производство щелочных аккумуляторов, изготовление кадмиевых ламп.

Марганец – производство стекол, электросварка.

Мышьяк – производство инсектицидов, в фармацевтической промышленности, в электронике.

Нитрогазы – производство удобрений, взрывные работы, испытание высоковольтной аппаратуры.

Ртуть – производство пестицидов, производство взрывчатых веществ, в термометрах, манометрах, рентгеновских трубках, электролампах, амальгамы в стоматологии.

Свинец – производство свинцовых красок, производство аккумуляторов, полиграфическое производство.

Сернистый газ – производство серной кислоты, процесс отбеливания в текстильной промышленности, дезинфекция фруктов.

Сероводород – процесс осаждения металлов из растворов в текстильной и кожевенной промышленности.

Угарный газ (оксид углерода)– процесс неполного сгорания материалов, содержащих углерод.

Фтор – производство суперфосфата, синтез полимеров. Следует различать понятия «отравление острое» и «от-

равление хроническое». Острое отравление наблюдается

4

редко, возникает внезапно, в основном, при аварийных ситуациях с выделением или выбросом значительного количества вредных веществ. Хроническое отравление возникает медленно при длительной работе в условиях воздействия относительно невысоких концентраций вредных веществ. Хронические отравления возникают при действии ядов, обладающих свойством вызывать материальную или функциональную кумуляцию в организме.

Задачами промышленной токсикологии являются всесторонняя токсикологическая характеристика промышленных ядов в условиях острого и хронического воздействия и обоснование предельно допустимых концентраций (ПДК) токсических веществ. В основе установления последних лежит представление о пороговости действия токсических веществ.

Во многих случаях токсические эффекты наступают, если достигается определенная интенсивность воздействия – порог острого или хронического действия. Пороговость действия позволяет устанавливать предельно допустимые концентрации токсических веществ для различных объектов окружающей среды и в том числе для воздуха рабочей зоны промышленных предприятий. Наличие этого норматива, в свою очередь, позволяет ограничивать загрязнение воздуха промышленными предприятиями, что является важной мерой профилактики острых и хронических отравлений.

В соответствии со стандартами по гигиене труда ГОСТ

12.1.005, ГОСТ 12.1.007 и ГОСТ 12.4.034 действует следую-

щее определение ПДК:

―концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности (но не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений‖.

5

Схема исследования химических веществ, внедряемых в производство, включает следующие основные этапы:

1. Получение информации о физико–химических свойствах и условиях применения изучаемого вещества.

2. Оценка токсичности в условиях острого воздействия (определение средних смертельных доз и концентраций, порога острого действия, коэффициента кумуляции, изучение местного и кожно–резорбтивного действия). Эти данные позволяют составить представление об опасности острых отравлении при воздействии данного яда.

3. Изучение воздействия яда в условиях хронического эксперимента, позволяющее определить пороговые концентрации при длительной экспозиции.

Основные токсикологические показатели устанавливаются на основе пороговых концентраций, определяемых на лабораторных животных в острых и хронических экспериментах. Затравка животных проводится в специальных затравочных камерах. Задачей хронического эксперимента является выявление пороговых (минимально действующих) и недействующих концентраций при длительной экспозиции в течение 4 мес. при ежедневном 4–часовом воздействии токсического вещества. Как правило, опыты проводятся на белых крысах, а при выраженных различиях видовой чувствительности и на более чувствительном виде животных.

Для оценки токсического действия применяются следующие показатели:

6

1. Интегральные показатели, отражающие общее состояние организма: оценка функционального состояния центральной нервной системы (метод условных рефлексов, электроэнцефалография, хронаксиметрия, способность к суммации подпороговых импульсов), изучение работоспособности, функции внешнего дыхания и др.

2. Показатели, выявляющие функциональное отдельных органов и систем, например, показатели функционального состояния печени (определение белков сыворотки крови, осадочные пробы, проба Квика, исследование углеводного обмена и др.).

3.Изучение состояния биохимических систем (определение активности различных ферментов).

4.Морфологические методы (патогистологическое и гистохимическос исследование органов и тканей, определение весовых коэффициентов органов, определение картины крови).

2.Ориентировочная оценка токсичности веществ по некоторым химическим и физико–химическим

свойствам

Биологическое действие веществ зависит от их химического строения и физико–химических свойств. Наличие связи между химическим строением вещества и его токсикологическим действием важно для промышленной токсикологии, так как, зная химическую структуру вещества, возможно в некоторой степени предвидеть характер его токсического действия. В связи с этим для оценки новых соединений используют сведения о токсичности веществ, сходных по химическому строению и физико–химическим свойствам.

7

Характеристику вещества начинают с получения сведений о его структурной формуле, физических и физико– химических свойствах (молекулярная масса, температура кипения, упругость пара, растворимость в воде и др.). Из физи- ко–химических свойств в первую очередь принимают во внимание абсолютную летучесть, коэффициенты распределения вода/воздух и масло/вода.

Абсолютная летучесть – максимально достижимая концентрация вещества в воздухе при данной температуре. Абсолютная летучесть при температуре 20°С определяется по формуле:

Вещества, имеющие высокую летучесть, легко испаряются и создают в воздухе рабочих помещений большие концентрации токсических веществ. Поэтому при возможности выбора предпочтение отдается менее летучим веществам. Для суждения о непосредственной опасности возникающих концентрации для развития острых отравлений сопоставляют летучесть с величиной средних смертельных концентраций.

Для суждения о накоплении в организме паров и газов, поступающих в кровь через легкие на основе закона диффузии (так называемых нереагирующих паров и газов), в промышленной токсикологии используется коэффициент распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воздух. Коэффициент распределения в системе артериальная кровь/альвеолярный воздух. без большой погрешности может быть заменен коэффициентом растворимости вода/воздух и вычислен по формуле:

8

22.4 760 S T / 273 P M ,

где S– растворимость в воде, г/л;

Т – абсолютная температура в градусах Кельвина, К (273+t °С);

М– молекулярная масса, г;

P– упругость пара, мм рт.ст.

Вещества, хорошо растворяющиеся в воде, имеют

большие значения коэффициента . Эти вещества легко диффундируют из альвеолярного воздуха в кровь, но скорость насыщения артериальной крови до концентраций, максимально возможных при данном содержании вещества в воздухе, для них незначительна. Наоборот, вещества, имеющие малое значение коэффициента , быстро насыщают артериальную кровь и опасны в отношении развития острых отравлений.

Показателем растворимости веществ в жирах и липоидах служит коэффициент распределения масло/вода (Овертон

– Мейера). Неэлектролиты, имеющие высокие значения этого коэффициента (10…105 и более), проникают через неповрежденную кожу и слизистые оболочки, легко проходят через клеточные мембраны, быстро проникают в клетки и быстро из них выводятся. Их распределение в организме определяется условиями кровоснабжения органов и тканей. Особенно быстро насыщается мозг, содержащий много липидов и имеющий развитую систему кровоснабжения.

3. Оценка токсичности веществ в условиях острого воздействия

Оценка токсичности в условиях острого воздействия проводится путем определения следующих показателей:

1.средние смертельные дозы и концентрации;

2.коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО);

3.порог и зона острого действия;

9

4. раздражающее, местное и кожно–резорбтивное действие.

1. Средние смертельные дозы и концентрации

Определение средних смертельных концентраций целесообразно производить не менее чем на двух видах лабораторных животных. Обычно используются белые мыши (масса 18–24 г) и крысы (масса 180–240 г). Картина отравления регистрируется в течение 2 недель. После двухнедельного срока наблюдения отмечают количество погибших животных.

Расчет средней смертельной концентрации и дозы может производиться по методу Першина, позволяющему вычислить CL 50 или DL 50 при разном числе животных в груп-

10

пах и разных интервалах между выбранными дозами:

смертельных исходов в процентах.

При расчете по формуле Першина составляется специальная таблица, облегчающая проведение расчетов (см. рабо-

ту 2).

2. Коэффициент вероятности ингаляционного отравления (КВИО)

КВИО – коэффициент вероятности ингаляционного отравления – отношение максимально допустимой концентрации вредного вещества в воздухе при температуре 20оС к средней смертельной концентрации для мышей: КВИО =

C 20 / CL 50 , где C 20 – абсолютная летучесть при температуре 20°С, мг/м3; CL 50 –средняя смертельная концентрация, мг/м3.

Вещества, имеющие большое значение КВИО, опасны в отношении развития ингаляционных отравлений.

3. Порог и зона острого действия Минимальная разовая концентрация, вызывающая из-

менения биологических показателей на уровне целостного организма при однократном поступлении вещества в организм, называется порогом острого действия (Limac , мг/м3). Пороговая доза, вызывающая минимальный токсический эффект у 50% объектов, обозначается Dmin50 (мг/г массы тела).

Limac и зона острого действия (Zac) характеризуют опасность вещества и вероятность острого отравления. При определении порога острого действия используют не менее двух видов животных. Время воздействия для мышей составляет 2 ч, для крыс – 4ч.

11