...
Небезпечні хімічні речовини оточуючого середовища PDF Печать E-mail


Для організму людини різноманітність хімічних речовин має неоднозначне значення. Одні з них індиферентні, тобто не впли-вають на організм, другі — шкідливо діють на нього, треті мають виражену біологічну активність, наприклад, будівельні матеріали чи компоненти живого організму, або складова частина хімічних регуляторів фізіологічних функцій: ферменти, пігменти, вітаміни. Останні отримали назву біологічно активних, або біогенних еле-ментів. Усі біогенні елементи залежно від їх відсоткового вмісту в організмі людини поділяються на три групи:
- макроелементи — кисень, вуглець, водень, азот, хлор, сір-ка, фосфор, кальцій, натрій, магній, вміст яких в організмі люди-ни становить 10-3 % і більше;
- мікроелементи — йод, мідь, кобальт, цинк, платина, мо¬лібден, марганець та інші, вміст яких в організмі — 10-3—10-12 %;
- слідові елементи, які знаходяться в організмі людини в кі-лькості, що не перевищує 10-12 %.
Якісний і кількісний вміст хімічних елементів визначається природою організму, при цьому внутрішнє й зовнішнє середови-ще є єдиною, цілісною системою, що перебуває в динамічній рів-новазі з оточуючим середовищем.
Слід зазначити, що фізіологічні можливості процесів урівно-важування внутрішнього середовища організму з постійно мін-ливим зовнішнім середовищем обмежені. Втрата рівноваги, що виявляється у порушенні процесів життєдіяльності чи розвитку хвороби, може наставати у разі впливу надзвичайного за величи-ною або характером фактора зовнішнього середовища. Такі ситу-ації можуть мати місце на певних територіях унаслідок природ-ного нерівномірного розподілу хімічних елементів у біосфері: атмосфері, гідросфері та літосфері.
Тут надлишок або брак певних хімічних елементів спостеріга-ється в місцевій флорі й фауні. Такі території отримали назву «біогеохімічні провінції», а специфічні захворювання населення, що спостерігаються там, назвали геохімічними. Наприклад, якщо виявляється, що в ґрунті недостатньо такого хімічного елемента, як йод, то зниження його вмісту спостерігається в рослинах, які ростуть на цих ґрунтах, а також в організмах тварин, що харчу-ються цими рослинами. У результаті у харчових продуктах як ро-слинного, так і тваринного походження бракує йоду.
Хімічний склад ґрунтових і підземних вод відбиває хімічний склад ґрунту. У разі недостатньої кількості йоду в ґрунті його бракує й у питній воді. Йод відрізняється високою леткістю. У разі зниженого його вмісту в ґрунті, його концентрація в атмос-ферному повітрі також знижена. Таким чином, у біогеохімічній провінції, бідній на йод, організм людини постійно недоотримує його з їжею, водою й повітрям. Наслідком цього є поширення се-ред населення геохімічного захворювання — ендемічного зоба.
У біогеохімічній провінції, що є бідною на фтор, за його вміс-ту у воді джерел водопостачання 0,4 мг/л і менше, спостерігаєть-ся підвищена захворюваність на карієс зубів.
Існують й інші біогеохімічні провінції, наприклад ті, де бракує міді, кальцію, марганцю, кобальту, але є надлишок свинцю, ура-ну, молібдену, марганцю та інших елементів.
Неоднорідна на різних територіях природна геохімічна об-становка, що визначає надходження в організм людини хімічних речовин з їжею, повітрям, водою за рахунок резорбції через шкіру, значною мірою може змінюватися в результаті діяльності людини. З’явилося таке поняття, як «антропогенні хімічні фак¬тори середовища існування». Вони виникають як у результаті цілеспрямованої діяльності людини, так і внаслідок зростання народонаселення, концентрації його у великих містах, хімізації всіх галузей промисловості, сільського господарства, транспор-ту й побуту.
Безмежні можливості хімії зумовили застосування замість при¬родних синтетичних і штучних матеріалів. У зв’язку з цим пос¬тійно зростає рівень забруднення довкілля:
- атмосфери — унаслідок промислових викидів, вихлопних газів автотранспорту, продуктів спалювання палива й пального;
- повітря робочої зони — через недостатню герметизацію, вентиляцію, механізацію та автоматизацію виробничих процесів;
- повітря житлових приміщень — унаслідок деструкції полі-мерів, лаків, фарб, мастик та інших засобів;
- питної води — у результаті скидання стічних вод і вими-вання опадами шкідливих домішок з атмосфери;
- продуктів харчування — через нераціональне застосування гербіцидів, пестицидів і добрив у результаті використання нових видів упаковки й тари, неправильної годівлі худоби новими ви-дами синтетичних кормів;
- одягу — у зв’язку з виготовленням його із синтетичних во-локон;
- іграшок, побутових предметів — у зв’язку з їх виготовлен-ням з використанням синтетичних матеріалів і фарб.
Усе це призводить до виникнення неадекватної процесам жит-тєдіяльності хімічної обстановки, шкідливої для здоров’я, а іноді й життя людей. За таких умов проблема охорони довкілля й за-хист населення від небезпечного впливу шкідливих хімічних фак¬торів стає вкрай актуальною.
Важко протистояти надходженню різноманітних хімічних ре-човин до навколишнього середовища й організму людини. Але його можна кількісно обмежити дозами, за яких шкідливі речо-вини стають індиферентними як для організму людини, так і біо-сфери в цілому.
Широкий розвиток хімізації зумовив застосування в промис-ловості й сільському господарстві величезної кількості хімічних речовин у вигляді сировини, допоміжних, проміжних, побічних продуктів і відходів виробництва. Ті хімічні речовини, що, про-никаючи в організм навіть у невеликих кількостях, викликають у ньому порушення нормальної життєдіяльності, називають шкід-ливими. Шкідливі речовини, чи промислові отрути, у вигляді па-ри, газів, пилу є в багатьох галузях промисловості. Наприклад, у повітрі шахт є шкідливі гази (оксиди азоту та вуглецю), їх джере-ло — підривні роботи. У металургійній промисловості, крім здав¬на відомих оксиду вуглецю й сірчистого газу з’являються нові токсичні речовини — рідкісні метали, які застосовують у ливар-ному виробництві для одержання різних сплавів (вольфрам, мо-лібден, хром, берилій, літій тощо). У металообробній промисло-вості поширені процеси травлення металів кислотами, гальваніч¬не покриття, ціанування, кадміювання, азотування, покриття фарбами, за яких можливе виділення в повітря шкідливих газів і пари органічних розчинників. Значним джерелом шкідливих речо-вин у навколишньому середовищі є хімічна промисловість — ос-новна хімія, коксохімія, промисловість, що призначена для вироб-ництва синтетичних смол, фарб, пластмас, каучуку, синтетичних волокон. У сільському господарстві головним джерелом шкідли-вих речовин є застосування отрутохімікатів.
За ступенем небезпечного впливу на організм людини шкід-ливі речовини поділяють на чотири класи: 1 — надзвичайно не-безпечні; 2 — сильно небезпечні; 3 — помірно небезпечні; 4 — сла-бо небезпечні. Під час визначення класу небезпеки критеріями є ГДК, середня смертельна токсодоза, середня смертельна концен-трація. Визначення здійснюються за показником, значення якого відповідає найвищому класу небезпеки.
Токсична дія отруйних речовин різноманітна, однак встанов-лено низку загальних закономірностей щодо шляхів надходження їх в організм, сорбції, розподілу й перетворення в організмі, ви-ділення з нього, а також характеру дії згідно з їх хімічною струк-турою й фізичними властивостями.
Шкідливі речовини можуть надходити до організму чотирма шляхами: через легені під час дихання, через шлунково-кишко¬вий тракт з їжею та водою, через неушкоджену шкіру шляхом ре-зорбції, а також через ін’єкції та рани.
Надходження шкідливих речовин через органи дихання є ос-новним і найнебезпечнішим. Поверхня легеневих альвеол за се-реднього їх розширення (тобто за спокійного, рівного дихання) становить 90—100 м2, товщина ж альвеолярної стінки коливаєть-ся від 0,001 до 0,004 мм. Завдяки цьому у легенях створюються найсприятливіші умови для проникнення газів, пари, пилу безпо-середньо у кров. Надходять хімічні речовини в кров шляхом ди-фузії унаслідок різниці парціального тиску газів або пари у повіт¬рі та крові.
Розподіл і перетворення шкідливої речовини в організмі зале-жить від її хімічної активності. Розрізняють групу так званих не-реагуючих газів, які через свою низьку хімічну активність в орга-нізмі не розподіляються на складові елементи або розподіляють¬ся дуже повільно, внаслідок чого вони досить швидко накопичуються у крові. До них належать пара всіх вуглеводнів ароматичного й жирного рядів та їх похідні.
Іншу групу становлять реагуючі речовини. Вони легко розчи-няються в рідинах організму й беруть участь у хімічних процесах. До них належать, наприклад, аміак, сірчистий газ, оксиди азоту.
Спершу насичення крові шкідливими речовинами відбува¬ється швидко унаслідок великої різниці парціального тиску, по-тім воно сповільнюється й за рівноваги парціального тиску газів або парів в альвеолярному повітрі й крові насичення припиняєть-ся. Після вивезення потерпілого із забрудненої зони починається десорбція газів і пари та видалення їх через легені. Десорбція відбувається на основі законів дифузії.
Небезпека отруєння пилоподібними речовинами не менша, ніж паро- та газоподібними. Ступінь отруєння при цьому залежить від розчинності твердої хімічної речовини. Якщо вона добре розчиня-ється у воді та жирах, то всмоктується вже в верхніх дихальних шляхах, наприклад, у порожнині носа (речовини наркотичної дії). Зі збільшенням обсягу легеневого подиху й швидкості кровообігу хімічні речовини сорбуються швидше. Таким чином, під час вико-нання фізичної роботи або перебування в умовах підвищеної тем-ператури повітря отруєння настає значно швидше.
Надходження шкідливих речовин через шлунково-кишковий тракт можливе з їжею та водою, а також через забруднені руки. Класичним прикладом інкорпорації в організм отрути може бути свинець. Це м’який метал, який легко стирається, забруднює ру-ки, погано змивається водою й під час вживання їжі чи паління безперешкодно проникає в організм. Через шлунково-кишковий тракт хімічним речовинам потрапити в кров складніше, бо він має меншу, порівняно з легенями, поверхню, й тут виявляється особливість усмоктування: найкраще всмоктуються речовини, добре розчинні в жирах. Однак у шлунково-кишковому тракті токсичні речовини під впливом ферментів можуть перетворитися на ще більш несприятливі для організму форми. Наприклад, з’єднання свинцю, що погано розчиняються у воді, добре розчи-няються в шлунковому соку й тому легко всмоктуються. Шкід-ливі речовини усмоктуються в шлунку і значною мірою в тонко-му кишечнику. Переважна більшість хімічних речовин, що надійшли до організму через шлунково-кишковий тракт, потрап-ляє через систему ворітної вени в печінку, де затримується й пев-ною мірою знешкоджується.
Через неушкоджену шкіру (епідерміс, потові й сальні залози, волосяні мішечки) можуть проникати шкідливі речовини, добре розчинні в жирах і ліпоїдах, наприклад, значна частина лікарських препаратів, речовини нафталінового ряду тощо. Ступінь проник-нення хімічних речовин через шкіру залежить від їх розчинності у шарах, поверхні зіткнення зі шкірою, обсягу й швидкості кровото-ку в ній. Наприклад, під час роботи в умовах підвищеної темпера-тури повітря, коли кровообіг у шкірі підсилюється, кількість отру-єнь через шкіру збільшується. Велике значення при цьому мають консистенція та леткість речовини: рідкі леткі речовини швидко випаровуються з поверхні шкіри й не встигають усмоктуватися; найбільш небезпечні маслянисті мало леткі речовини. Вони трива-лий час затримуються на шкірі, що зумовлює їх резорбцію.
Знання шляхів проникнення шкідливих речовин в організм визначає заходи профілактики отруєнь.
Шкідливі хімічні речовини, що надійшли в організм, зазнають різноманітних перетворень. Майже всі органічні речовини всту-пають у різні хімічні реакції такі, як окислення, відновлення, гід-роліз, дезамінування, метилування, ацетилування, утворення па-рних з’єднань з деякими кислотами. Не перетворюються тільки хімічно інертні речовини, наприклад, бензин, що виділяється з організму в незмінному вигляді.
Неорганічні хімічні речовини також зазнають в організмі різ-номанітних змін. Для них характерна здатність відкладатися в якому-небудь органі, проте найчастіше вони накопичуються в кіст¬ках, утворюючи депо. До таких речовин належать свинець і фтор. Деякі неорганічні речовини окисляються, наприклад, нітрити — у нітрати, сульфіди — у сульфати.
Результатом перетворення отрут в організмі здебільшого є їх знешкодження. Однак існують винятки, й у результаті перетво-рення формуються ще більш токсичні речовини. Наприклад, ме-тиловий спирт окислюється до формальдегіду й мурашиної кис-лоти, які є дуже токсичними.
Знання процесів перетворення хімічних речовин в організмі дає можливість вручатися в ці процеси, щоб попередити пору-шенню процесів життєдіяльності.
Важливе значення для безпеки існування організму має спів-відношення між надходженням шкідливої речовини в організм й її виділенням. Якщо виділення речовини та її перетворення в ор-ганізмі відбувається повільніше, ніж надходження, то вона нако-пичується в організмі й може тривалий час діяти на органи й тка-нини. Такими типовими речовинами є свинець, ртуть, фтор. Речовини, добре розчинні у воді й крові, повільно накопичуються й також само повільно виділяються з організму; леткі органічні речовини (бензин, бензол) швидко поглинаються й швидко виді-ляються, не накопичуючись в організмі (рис. 2.1).
Нині у зв’язку з розвитком промисловості й наростанням про-цесів урбанізації створюються умови надходження в організм людини одночасно кількох шкідливих хімічних речовин. У зв’яз¬ку з цим з’явилося таке поняття, як комбінована дія хімічних ре-човин на організм.
Можливі три основних типи комбінованої дії хімічних речо-вин: синергізм, коли одна речовина посилює дію іншої, антаго-нізм, коли одна речовина послабляє дію іншої, та сумація, чи адитивна дія, коли дія речовин у комбінації сумується. Токсико-логічні дослідження свідчать, що переважно промислові отрути в комбінації діють за типом сумації, тобто дія їх інтегрується. Це важливо враховувати під час оцінювання якості повітряного се-редовища. Наприклад, якщо в повітрі є пара двох речовин, для яких встановлено ГДК 0,1 мг/л для кожного, то в комбінації вони справлятимуть такий самий вплив на організм, як 0,2 мг/л кожної з них окремо.
Для оцінювання повітряного середовища за умови комбінова¬ної дії хімічних речовин запропоновано формулу:

де А1, А2, А3 — виявлені в повітрі концентрації шкідливих речо-вин 1, 2, 3;
х1, х2, х3 — гранично допустимі концентрації речовин 1, 2, 3.
Якщо сума в лівій частині рівняння більша одиниці, то стан повітряного середовища оцінюють як незадовільний.
Можливість адитивної дії хімічних речовин у комбінації вра-ховують під час оцінювання повітряного середовища й проекту-вання промислових підприємств.
Яка ж межа вмісту хімічних речовин у довколишньому сере-довищі, які кількісні границі цієї межі для безпеки життєдіяльно-сті? Саме з огляду на це й виникло поняття гранично допустимих концентрацій (ГДК).
Згідно з визначенням, гранично допустимою концентрацією хімічної сполуки в навколишньому середовищі називають таку її максимальну концентрацію, за впливу якої на організм періодич-но чи впродовж усього життя прямо або опосередковано через екологічні системи, а також через можливий економічний збиток не виникає соматичних або психічних захворювань прихованих або тимчасово компенсованих, а також будь-яких змін у стані здоров’я, що виходять за межі пристосувальних фізіологічних коливань, які виявляють сучасні методи досліджень відразу чи у віддалений термін життя теперішнього й наступних поколінь.

Рис. 2.1. Динаміка насичення крові парами під час дихання:
бензолу — 1 і бензину — 2. Т — час, С — концентрація
Гранично допустимі концентрації у вигляді санітарних норма-тивів є юридичною основою для проектування, будівництва й експлуатації промислових підприємств, планування й забудови житла, створення та застосування індивідуальних засобів захисту.
Обґрунтуванню гранично допустимих концентрацій повинна приділятися велика увага, дослідження мають бути виконані ре-тельно, адже найменші помилки можуть призвести або до втрати здоров’я, або до значних економічних збитків.
Згадаємо відомий парадокс Гадамера: «Отрут як таких не іс-нує». Зазвичай причиною отруєння є кількість речовини, яка на-дає їй за певних умовах якісно нових властивостей. Тут доречно нагадати відомі слова Парацельса: «Усе є отрутою, ніщо не поз¬бавлене токсичності, одна лише доза робить отруту непомітною». На думку токсикологів, отрутою називають хімічний компонент середовища існування, який надходить в організм у кількості (зрідка — в якості), що не відповідає вродженим і набутим влас-тивостям організму, й тому є несумісним з життям. Отрути мо-жуть справляти на організм як загально токсичну, так і специфіч-ну дію: сенсибілізуючу (викликає надмірно підвищену чутли¬вість), бластомогенну (призводить до утворення пухлин), гонадот¬ропну (впливає на статеві залози), ембріотропну (діє на зародок і плід), тератогенну (викликає виродливість), мутагенну (дія на ге-нетичний апарат). Отрути можуть викликати як гострі, так і хро-нічні отруєння.
Гострі отруєння мають переважно побутовий, а хронічні — професійний характер. Гостре отруєння — це отруєння, за якого симптомокомплекс розвивається за одноразового надходження в організм великої кількості шкідливої речовини .
Хронічним називають отруєння, що виникає поступово за пов¬торного чи багаторазового надходження шкідливої речовини в організм у відносно невеликих кількостях.
Під час встановлення гранично допустимих концентрацій хі-мічних речовин у оточуючому середовищі вирішують такі зав¬дання:
- здійснюють розробку методик виявлення та кількісного виз¬начення шкідливого хімічного компонента й встановлюють його фізико-хімічні властивості;
- попередньо оцінюють токсичність й встановлюють орієн-товно безпечний рівень впливу токсичної речовини;
- здійснюють моделювання взаємодії організму з досліджу¬ваною хімічною речовиною й вивчення реакції організму на її вплив; якісне й кількісне оцінювання реакції організму; обґрун-тування щодо рекомендації ГДК, а також інших заходів, спрямо-ваних на попередження захворювань і підтримку оптимального самопочуття людини;
- організують впровадження ГДК у практику й перевірку її ефективності на підставі вивчення стану здоров’я й самопочуття осіб, які контактують з досліджуваною хімічною речовиною.
Виходячи з поставлених завдань, стає очевидним, що орга-нізація такого різнобічного дослідження вимагає великих ма-теріальних витрат і залучення широкого кола фахівців різного профілю: хіміків, токсикологів, біохіміків, гістологів, лікарів, економістів.
Важливе значення під час з’ясування токсичності будь-якого компонента навколишнього середовища має вивчення його фізи-ко-хімічних властивостей, що дає змогу за наявними у розпоряд¬женні хіміків і токсикологів формулами розрахувати параметри, що дають первісні уявлення про токсичність речовини й можуть бути використані на стадії розробки технологічного процесу до-слідної установки.
Наступним етапом дослідження є визначення токсичності ре-човини шляхом впливу на лабораторних тварин у одноразових дослідах для вивчення гострої дії речовини й під час повторного її введення різними шляхами для вивчення можливості хронічно-го отруєння.
У токсикологічних експериментах переважно використовують лабораторних тварин, реакція яких на вплив хімічних речовин найбільш близька до реакції організму людини. Зазвичай викори-стовують не менше двох видів таких тварин. Найчастіше це білі миші, білі пацюки, кішки, кролики, морські свинки та ін. Важли-ве значення має вартісний чинник: більші тварини коштують до-рожче. Якщо врахувати, що для повного обґрунтування ГДК хоча б в одному середовищі (наприклад, у повітрі робочої зони) потріб¬но близько 4000 тварин, стає зрозумілою вартість досліджень.
Під час моделювання на лабораторних тваринах взаємодії хі-мічної речовини з організмом мають на меті:
1) виявити можливості гострого отруєння;
2) якщо отруєння виникло, з’ясувати його симптоми й клініч-ну картину загибелі тварин;
3) шляхом дослідження трупів загиблих тварин визначити критичні органи ураження речовиною;
4) встановити параметри гострої токсичної дії речовини за різ¬них шляхів надходження в організм: середньо-смертельної ток-сичної дози (токсодози) (LD50), середньо-смертельної концентра-ції (LCt50), порога гострої дії (PCt50). При цьому досліджують усі можливі шляхи надходження речовини в організм. Отримані зна-чення параметрів необхідні для уточнення орієнтовного рівня впливу, що розраховується раніше аналітичними методами.
Одним з найважливіших етапів дослідження є визначення по-рога гострої дії речовини на організм. Величина цього показника токсичності дає можливість з’ясувати ймовірність гострого отруєн¬ня речовиною та ступінь її небезпеки за різних умов. Поріг гост-рої дії необхідно знати для вибору концентрацій під час моделю-вання хронічного отруєння.
Поріг гострої дії — це та найменша концентрація хімічної речо-вини, що викликає статистично достовірні зміни в організмі у разі одноразового впливу. Знаючи поріг гострої дії, можна визначити зону гострої дії та коефіцієнт можливості інгаляційного отруєння.
Важливим є встановлення здатності речовини акумулюватися в організмі у разі повторного впливу. Кумуляцію вивчають за та-кого шляху введення речовини в організм тварин, який є най-більш характерним в умовах контакту людини з певною отрутою.
Вивчають також здатність токсичної речовини проникати че-рез неушкоджену шкіру та наявність резорбтивної дії.
Головною характеристикою токсичної речовини є поріг її хронічної дії та характер впливу у разі повторного надходження в організм. Поріг хронічної дії — це та мінімальна концентрація, що за хронічного впливу викликає істотні (достовірні) зміни в організмі лабораторних тварин. Поріг хронічної дії є основним показником під час встановлення ГДК хімічної речовини.
Специфічним параметром небезпеки речовини є коефіцієнт запа¬су — це величина, на яку потрібно розділити поріг хронічної дії, щоб забезпечити повну безпеку речовини. Величина коефіцієнта запасу залежить від ступеня токсичності речовини, здатності до кумуляції, наявності специфічних видів дії й може коливатися від 2 до 20.
Рекомендовану ГДК, обґрунтовану експериментальним шляхом, корегують під час вивчення стану здоров’я персоналу та населення загалом і тільки після цього приймають як державний стандарт.
Таким чином, гранично допустима концентрація — це щонай-більша концентрація шкідливих речовин, що впливає на здоров’я людини. Визначають її лікарі-гігієністи на підставі даних експе-риментальних досліджень над тваринами, а також спостережень за станом здоров’я людей, які зазнають впливу шкідливих речовин.
ГДК шкідливих речовин, що забруднюють повітряне середо-вище, регламентують відповідними документами.
Для атмосферного повітря введено гранично допустиму мак-симальну разову концентрацію шкідливих речовин ГДРК. Разову концентрацію визначають за пробами, відібраними впродовж
20 хвилин.
Для деяких шкідливих речовин установлено норматив серед-ньо змінних ГДК, а для повітря населених пунктів — середньо-добових ГДКсд. Завдяки уведенню цих нормативів контролюють вміст у повітрі речовин, що накопичують свій шкідливий вплив на людину.

 

Яндекс.Метрика >