На организм человека, методы и средства защиты

Время, отведённое на проведение практического занятия, – 2 часа.

Цели практического занятия

1. Обобщение, систематизация, углубление и закрепление полу­ченных теоретических знаний по тематике влияния ядовитых химичес­ких веществ на организм человека и методов и средств защиты от них.

2. Ознакомление студентов с соответствующими нормативными актами Российской Федерации по данной тематике с использованием их самостоятельной работы и рекомендованных сайтов в Интернете.

Задачи практического занятия

1. Получение студентами теоретических знаний по тематике влияния ядовитых и вредных химичес­ких веществ на организм человека и выбора методов и средств защиты от них в реальных условиях.

2. Получение практических навыков выбора методов и средств защиты людей от влияния ядовитых и вредных химичес­ких веществ с использованием их самостоятельной работы и сайтов в Интернете.

Краткие теоретические сведения

Основные понятия и определения

В производстве и деятельности человека применяют более 60 тысяч химичес­ких соединений, большинство из которых синтезировано человеком и не встречается в природе. На мировом рынке ежегодно появляется 500-1000 новых химических соединений и смесей. Все вредные вещества бывают в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и могут проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварения или кожу. Вредное действие химических веществ определяется свойствами вещества (химическая структура, физико-химичес-кие свойства, количество попавшего в организм – доза или концентрация – сочетание вредных веществ, находящихся в организме) и особенностями организма человека (индивидуальная чувствительность к химическому веществу, состояние здоровья, возраст, условия труда).

Крупными запасами ядовитых веществ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатываю-щей и нефтехимической промышленности, чёрной и цветной металлургии, промышленности минеральных удобрений и сельского хозяйства. Значительные их количества сосредоточены на объектах пище-

вой, мясомолочной промышленности, холодильниках, торговых базах, в ряде акционерных обществ, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Вредным называется вещество,которое при контакте с организмом человека может вызвать травмы, заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе контакта с ним, так и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Токсическое действие вредных веществ характеризуется показателями токсикометрии, в соответствии с которыми вещества классифицируют на чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные. Эффект токсического действия различных веществ зависит от количества попавшего в организм вещества.

Вредные химические вещества(органические, неорганические, элементорганические) в зависимости от их использования делят на:

1) промышленные яды, используемые на производстве, – органические растворители и топливо, красители;

2) ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве, – пестициды, инсектициды и др.;

3) лекарственные средства;

4) бытовые химикаты, используемые в виде пищевых добавок, средства санитарии, личной гигиены, косметики и т. д.;

5) биологические растительные и животные яды, которые содержатся в растениях и грибах, у животных и насекомых;

6) отравляющие вещества – зарин, иприт, фосген и др.

К ядамотносят лишь те, которые своё вредное действие проявляют в обычных условиях и в относительно небольших количествах.

К промышленным ядамотносится большая группа промышленных веществ и соединений, которые в виде сырья, промежуточных или готовых продуктов встречаются в производстве.

Яды обладают избирательной токсичностью.Их разделяют на:

1) сердечные с преимущественным кардиотоксическим действием (лекарственные препараты, растительные яды, соли металлов);

2) нервные, вызывающие нарушение психической активности (алкоголь, угарный газ, наркотики, снотворные медицинские препараты);

3) печёночные (хлорированные углеводороды, ядовитые грибы, фенолы и альдегиды);

4) почечные – соединения тяжёлых металлов, этиленгликоль, щавелевая кислота;

5) кровяные – анилин и его производные, нитриты, мышьяковистый водород;

6) лёгочные – оксид азота, фосген и др.

В организм человека вредные химические вещества могут проникать через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожу, а выводиться – с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом (рис. 1).

Рис. 1. Попадание вредных веществ в организм человека и их удаление

По токсическому (вредному) эффекту воздействия на организм человека химические вещества разделяют на общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияю-щие на репродуктивную функцию.

Общетоксические химические вещества (углеводороды, спирты, анилин, сероводород, синильная кислота и её соли, соли ртути, хлори­рованные углеводороды, оксид углерода) вызывают расстройства нерв-ной системы, мышечные судороги, нарушают структуру 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, вызывают аллергические заболевания.

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 отдалённом периоде жизни и проявляются в преждевременном старении, повышении общей заболеваемости, злокачественных новообра­зованиях. При воздействии на половые клетки мутагенное влияние сказы­вается на последующее поколение, иногда в очень отдалённые сроки.

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

Общая токсикологическая классификация вредных веществ приведена в табл. 1.

Таблица 1.

Токсикологическая классификация вредных веществ

Изучение биологического действия химических веществ на человека показывает, что вредное их воздействие всегда начинается с определённой 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-, четырёхчасовом 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_ас – 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 среднесмертельной концентрации (ЛК₅₀ к порогу острого действия Lim_ас):

Z_ас= LK₅₀/Lim_aс. (1)

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

Зона хронического действия Z_сr – отношение порога острого действия Lim_аc к порогу хронического действия Lim_cr:

Z_cr = Lim_ac/Lim_cr. (2)

Это соотношение показывает 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 смерть. 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_рз – это 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) всего рабочего стажа не может вызывать заболевания или ухудшения здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования при работе или в отдалённые сроки жизни этого и последующих поколений. ПДК_рз устанавливается на уровне 2–3 раза и ниже, чем порог хронического действия Lim_cr. Такое снижение называют коэффициентом запаса (К_з).

Взаимосвязь токсикологических параметров химического вещества представлена на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость биологического действия химических веществ
от токсикологических показателей

ГОСТ 12.1.007–76* ССБТ «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» [4] подразделяет вредные вещества по степени воздействия на организм на 4 класса опасности: 1) чрез­вычайно опасные; 2) высокоопасные; 3) умеренно опасные; 4) малоопасные.

Количественные значения токсикологических параметров химических веществ в национальной системе стандартов безопасности труда (сокращённо - ССБТ) представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Классификация производственных вредных веществ
по степени опасности (ГОСТ 12.1.007–76* ССБТ) [4]

Отравления протекают в острой, подострой и хронической формах. Острые отравления чаще бывают групповыми и происходят в результате аварий, поломок оборудования и грубых нарушений требований безопасности труда. Они характеризуются кратковременностью действия токсичных веществ: не более чем в течение одной смены поступлением в организм вредного вещества в относительно больших количествах – при высоких концентрациях в воздухе, ошибочном приёме внутрь, сильном загрязнении кожных покровов.

Хронические отравления возникают постепенно, при длительном поступлении яда в организм в относительно небольших количествах. Отравления развиваются вследствие накопления массы вредного вещества в организме (материальной кумуляции) или вызываемых ими нарушений в организме (функциональная кумуляция). Хронические отравления органов дыхания могут быть следствием перенесённой однократной или нескольких повторных острых интоксикаций. К ядам, вызывающим хронические отравления в результате только функциональной кумуляции, относятся хлорированные углеводороды, бензол, бензины и другие. При повторном воздействии одного и того же яда в субтоксической дозе может измениться течение отравления и кроме явления кумуляции развиться сенсибилизация и привыкание.

Сенсибилизация – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. Эффект сенсибилизации связан с образованием в крови и других внутренних средах измененных и ставших чужеродными для организма белковых молекул, индуцирующих формирование антител. Повторное, даже более слабое токсическое воздействие с последующей реакцией яда с антителами вызывает извращённый ответ организма в виде явлений сенсибилизации. Более того, в случае предварительной сенсибилизации возможно развитие аллергических реакций, выраженность которых зависит не столько от дозы воздействующего вещества, сколько от состояния организма. Аллергизация значительно осложняет течение острых и хронических интоксикаций, нередко приводя к ограничению трудоспособности. К веществам, вызывающим сенсибилизацию, относятся бериллий и его соединения, карбонилы никеля, железа, кобальта, соединения ванадия и т. д.

При повторяющемся воздействии вредных веществ на организм можно наблюдать и ослабление эффектов вследствие привыкания. Для развития привыкания к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрация (доза) была достаточной для формирования ответной приспособительной реакции и не чрезмерной, приводящей к быстрому и серьёзному повреждению организма. При оценке развития привыкания к токсическому воздействию надо учитывать возможное развитие повышенной устойчивости к одним веществам после воздействия других. Это явление называют толерантностью.

Существуют адаптогены (витамины, женьшень, элеутерококк), способные уменьшить реакцию воздействия вредных веществ и увеличить устойчивость организма ко многим факторам окружающей среды, в том числе к химическим. Однако следует иметь в виду, что привыкание является лишь фазой приспособительного процесса, и уловить грань между физиологической нормой и напряжением регуляторных механизмов не всегда удаётся. Перенапряжение же систем регуляции приводит к срыву адаптации и развитию патологических процессов.

На производстве, как правило, в течение рабочего дня концентрации вредных веществ не постоянны. Они или нарастают к концу смены, снижаясь за обеденный перерыв, или резко колеблются, оказывая на человека интермиттирующее (непостоянное) действие, которое в многих случаях бывает более вредным, чем непрерывное, так как частые и резкие колебания раздражителя ведут к срыву формирования адаптации. Вредный интермиттирующий режим бывает при вдыхании оксида углерода СО.

Большинство случаев профессиональных заболеваний и отравлений связано с поступлением токсических газов, паров и аэрозолей в организм человека в основном через органы дыхания (рис. 1). Этот путь наиболее опасен, так как вредные вещества поступают через разветвлённую систему лёгочных альвеол (100–120 м²) непосредственно в кровь и разносятся по всему организму. Развитие общетоксического действия аэрозолей в большой степени связано с размером частиц пыли, так как пыль с частицами до 5 мкм (так называемая респирабельная фракция) проникает в глубокие дыхательные пути, в альвеолы, частично или полностью растворяется в лимфе и, поступая в кровь, вызывает картину интоксикации. Мелкодисперсную пыль трудно улавливать; она медленно оседает, витая в воздухе рабочей зоны.

Попадание ядов в желудочно-кишечный тракт бывает при несоб­людении правил личной гигиены: приёме пищи на рабочем месте и ку­рении без предварительного мытья рук. Ядовитые вещества могут вса­сываться уже из полости рта, поступая сразу в кровь. К таким вещест-вам относятся все жирорастворимые соединения, фенолы, циа­ниды. Кислая среда желудка и слабощелочная среда кишечника могут способствовать усилению токсичности некоторых соединений (напри­мер, сульфат свинца переходит в более растворимый хлорид свинца, который легко всасывается). Попадание яда (ртути, меди, церия, урана) в желудок может быть причиной поражения его слизистой оболочки.

Вредные вещества могут попадать в организм человека через неповреждённые кожные покровы (рис. 1), причём не только из жидкой среды при контакте с руками, но и в случае высоких концентраций токсических паров и газов в воздухе на рабочих местах. Растворяясь в секрете потовых желез и кожном жире, вещества могут легко поступать в кровь. К ним относятся легко растворимые в воде и жирах углеводороды, ароматические амины, бензол, анилин и др. Повреждение кожи способствует проникновению вредных веществ в организм.

Распределение ядовитых веществ в организме подчиняется определённым закономерностям. Первоначально происходит динамическое распределение вещества в соответствии с интенсивностью кровообращения. Затем основную роль играет сорбционная способность тканей. Существуют 3 главных «бассейна», связанных с распределением вредных веществ в теле человека: внеклеточная жидкость (14 л для человека массой 70 кг), внутриклеточная жидкость (28 л) и жировая ткань.

Поэтому распределение веществ зависит от таких физико-хими-ческих свойств, как водорастворимость, жирорастворимость и способность к диссоциации. Для ряда металлов (серебра, марганца, хрома, ванадия, кадмия и др.) характерно быстрое выведение из крови и накопление в печени и почках. Легко диссоциируемые соединения бария, бериллия, свинца образуют прочные соединения с кальцием и фосфором и накапливаются в костной ткани.

Очень важно отметить комбинированное действие вредных веществ на здоровье человека. На производстве редко встречается изолированное действие вредных веществ; обычно работающий на производстве подвергается сочетаемому действию неблагоприятных факторов разной природы (физических, химических) или комбинированному влиянию факторов одной природы, чаще ряду химических веществ.

Комбинированное действие – это одновременное или последова­тельное действие на организм нескольких ядов при одном и том же пути поступления. Различают несколько типов комбинированного действия ядов в зависимости от эффектов токсичности: аддитивного, потен-цированного, антагонистического и независимого действия (рис. 3).

Рис. 3. Виды комбинированного действия смеси двух вредных веществ А и В:
1 – аддитивное действие, 2 – синергизм (потенцирование), 3 – антагонизм

Аддитивное действие – это суммарный эффект смеси, равный сумме эффектов действующих компонентов. Аддитивность характерна для веществ однонаправленного действия, когда компоненты смеси оказывают влияние на одни и те же системы организма, причём при количественно одинаковой замене компонентов друг другом токсичность смеси не меняется. Для гигиенической оценки воздушной среды при условии аддитивного действия ядов используют уравнение (3) в следующем виде

(3)

где С₁, С₂, ..., С_n – концентрации каждого вещества в воздухе, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂, ..., ПДК_n – предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м³.

При потенцированном действии (синергизме) компоненты смеси действуют так, что одно вещество усиливает действие другого. Эффект комбинированного действия при синергизме выше аддитивного, что учитывается при анализе гигиенической ситуации в конкретных производственных условиях. Потенцирование отмечается при совместном действии диоксида серы и хлора; алкоголь повышает опасность отравления анилином, ртутью и некоторыми другими промышленными яда-ми. Явление потенцирования возможно лишь при остром отравлении.

Антагонистическое действие – эффект комбинированного действия менее ожидаемого. Компоненты смеси действуют так, что одно вещество ослабляет действие другого, эффект – менее аддитивного. Примером может служить антидотное (обезвреживающее) взаимодействие между эзерином и атропином.

При потенцировании и антагонизме оценку можно проводить с учётом коэффициента комбинированного действия К_кд по формуле (4):

(4)

где К_{кд n} > 1 – при потенцировании и К_{кд n} < 1 – при антагонизме.

При независимом действии комбинированный эффект не отличается от изолированного действия каждого яда в отдельности. Преобладает эффект наиболее токсичного вещества. Комбинации веществ с независимым действием встречаются достаточно часто, например бензол и раздражающие газы, смесь продуктов сгорания и пыли.

Наряду с комбинированным влиянием ядов возможно их комплексное действие при поступлении в организм одновременно, но разными путями (через желудочно-кишечный тракт, лёгкие, кожу и т.д.) (рис. 1).

Пути обезвреживания ядов различны. Первый и главный из них – изменение химической структуры ядов. Так, органические соединения в организме подвергаются чаще всего гидроксилированию, ацетилированию, окислению, восстановлению, расщеплению, метилированию, что в конечном итоге приводит большей частью к возникновению менее ядовитых и менее активных в организме веществ.

Не менее важный путь обезвреживания – выведение яда через орга­ны дыхания, пищеварения, почки, потовые и сальные железы, кожу. Тя­жёлые металлы, как правило, выделяются через желудочно-кишеч-ный тракт, органические соединения алифатического и ароматического ря­дов – в неизменном виде через лёгкие и частично после физико-химичес­ких превращений через почки и желудочно-кишечный тракт. Некоторую роль в относительном обезвреживании ядов играет депонирование (задержка в тех или иных органах), которое временно снижает количество яда, циркулируемого в крови. Так, тяжёлые металлы (свинец, кадмий) часто откладываются в депо: кос­тях, печени, почках, некоторые вещества – в нервной ткани. Но яды из депо могут снова поступать в кровь, вызывая обострение хронического отравления.

К профессиональным заболеваниям, вызываемым воздействием вредных веществ, относятся острые и хронические интоксикации, про­текающие с изолированным или сочетанным поражением органов и систем: токсическое поражение органов дыхания (ринофаринголарин­гит, эрозия, перфорация носовой перегородки, трахеит, бронхит, пнев­москлероз и др.), токсическая анемия, токсический гепатит, токсичес­кая нефропатия, токсическое поражение нервной системы (полиневро-патия, неврозоподобные состояния, энцефалопатия), токсическое поражение глаз (катаракта), конъюнктивит, кератоконъюнктивит, токсическое поражение костей: остеопороз, остеосклероз. В эту же группу входят болезни кожи, металлическая, фторопластовая (тефлоновая) лихорадка, аллергические заболевания, новообразования.

Следует иметь в виду возможность развития профессиональных опухолевых заболеваний, особенно органов дыхания, печени, желудка и мочевого пузыря, лейкозы при длительных контактах с продуктами перегонки каменного угля, нефти, сланцев, с соединениями никеля, хрома, мышьяка, винилхлоридом, радиоактивными веществами и т. д.

Профессиональные заболевания, вызываемые воздействием про­мышленных аэрозолей: пневмокониозы (силикоз, силикатозы, метал­локониозы, карбокониозы, пневмокониозы от смешанной пыли, пнев­мокониозы от пыли пластмасс), биссиноз, хронический бронхит.

Происходит постоянный рост частоты профессиональных забо­леваний аллергической природы: конъюнктивиты и риниты, бронхи­альная астма и астматический бронхит, токсикодермия и экзема, ток­сикоаллергический гепатит при воздействии химических веществ – аллергенов. Среди них существенное место занимают лекарственные препараты, например витамины и сульфаниламиды, вещества биоло­гической природы (гормональные и ферментные препараты и т. д.).

Факторы среды обитания, частые в условиях населён­ных мест, могут вызывать рост общих заболеваний, развитие и те­чение которых провоцирует неблагоприятное влияние окружаю­щей среды. К ним относят респираторно-аллергические заболевания органов дыхания, болезни сердечно-сосудистой системы, печени, по­чек, селезёнки, нарушение детородной функции у женщин и мужчин, рост числа детей, родившихся с пороками развития, и онкологических заболеваний.

Для ограничения негативного воздействия вредных веществ при-меняют гигиеническое нормирование их содержания в разных средах.

Рис. 4. Методы обеспечения безопасности работы с химическими веществами

Требовать полного отсутствия вредных веществ в зоне дыхания работающих часто нереально, поэтому гигиенически ограничивают содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны на основе требований Межгосударственного стандарта ГОСТ 12.1.005-88* ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [12] и Гигиенических нормативов ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» [2].

Для веществ кожно-резорбтивного действия обосновывают предельно допустимый уровень загрязнения кожи (мг/см²) с учётом Гигие-нических нормативов ГН 2.2.5.2893-11 «Предельно допустимые уровни (ПДУ) загрязнения кожных покровов вредными веществами» [3].

При работе с ядовитыми химическими веществами и радиоактивными веществами используются средства и методы индивидуальной защиты, описанные в [6-11, 13, 14, 16-18, 22-40, 46, 49, 84, 85].

Гигиенические и технические требования к источникам водоснабжения и правила их выбора регламентируются ГОСТ 2761–84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора» [5].

Гигиенические требования к качеству питьевой воды централизо­ванных систем питьевого водоснабжения указаны в Санитарно-эпиде­миологических правилах и нормативах СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения» [82] и Гигиенических нормативах ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допус­тимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» [1].

Ниже в качестве примера приводится информация о применении ядохимикатов в сельском хозяйстве и мерах безопасности, так как потребителями сельскохозяйственной продукции является всё население.