Возможность поступления вещества через легкие определяется прежде всего ее агрегатным состоянием (пар, газ, аэрозоль). Этот путь проникновения производственных ядов в организм является основным и наиболее опасным, поскольку поверхность легочных альвеол занимает значительную площадь (100-120 м2), а кровоток в легких довольно интенсивный.
Скорость всасывания химических веществ в кровь зависит от их агрегатного состояния, растворимости в воде и биосредах, парциального давления в альвеолярном воздухе, величины легочной вентиляции, кровопотоку в легких, состояния легочной ткани (наличие воспалительных очагов, транссудатов, экссудатов), характера химического взаимодействия с биосубстратами дыхательной системы.
Поступления в кровь летучих химических веществ (газов и паров) подчинено определенным закономерностям. По-разному всасываются никак реагирующие и реагирующие газ и парообразных вещества. Всасывания Нереагирующие газов и паров (углеводороды жирного и ароматического рядов и их производные) осуществляется в легких по принципу простой диффузии в направлении снижения градиента концентрации.
Для Нереагирующие газов (паров) коэффициент распределения является величиной постоянной. По его значению судить об опасности возникновения тяжелого отравления. Пары бензина (К - 2,1), например, при больших концентрациях способны вызвать мгновенное острое и даже смертельное отравление. Пары ацетона, которые имеют высокий коэффициент распределения (К = 400), не могут вызвать острого, тем более смертельного отравления, поскольку ацетон, в отличие от бензина, насыщает кровь медленнее, при возникновении симптомов интоксикации легко отвлечь.
При вдыхании реагирующих газов насыщения тканей организма не наступает из-за их быстрое химическое превращение; чем быстрее проходят процессы биотрансформации ядов, тем меньше они накапливаются в виде исходных продуктов. Сорбция реагирующих газов и паров происходит с постоянной скоростью. Процент сорбированного вещества находится в прямой зависимости от объема дыхания. В результате опасность острого отравления тем значительнее, чем дольше человек находится в загрязненной атмосфере; развития интоксикации может способствовать физическая работа, выполняемая в условиях нагревательного микроклимата.
Точка приложения действия реагирующих газов и паров может быть разной. Некоторые из них (хлороводород, аммиак, оксид серы (IV)), которые хорошо растворяются в воде, сорбируются преимущественно в верхних дыхательных путях. Вещества (хлор, оксид азота (IV)), которые хуже растворяются в воде, проникают в альвеолы и сорбируются в основном там.
Механизм всасывания химических веществ через кожу сложный. Возможно их прямое (трансэпидермальных) проникновение через эпидермис, волосяные фолликулы и сальные железы, протоки потовых желез. Различные участки кожи имеют неодинаковую способность к всасыванию производственных ядов; более пригодна для проникновения токсичных агентов кожа на медиальной поверхности бедер и рук, в паховой области, половых органов, груди и живота.
На первом этапе токсический агент проходит через эпидермис - липопротеиновый барьер, пропускающий только для газов и жирорастворимых органических веществ. На втором этапе вещество попадает из дермы в кровь. Этот барьер доступен для соединений, хорошо или частично растворимых в воде (крови). Так, через кожу проникают вещества, которые наряду с хорошей жиророзчиннистю водорастворимые. Опасность кожно-резорбтивного действия значительно возрастает, если указанные физико-химические свойства яда сочетаются с высокой токсичностью.
К производственным ядов, способных вызвать интоксикацию в случае проникновения через кожу, относят ароматические аминокислот и нитросоединения, фосфорорганические инсектициды, хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения, то есть соединения, которым не свойственна диссоциация на ионы (неэлектролиты). Электролиты через кожу не проникают; они задерживаются, как правило, в роговом или блестящем слое эпидермиса. Исключение составляют тяжелые металлы (свинец, олово, медь, мышьяк, висмут, ртуть, сурьма) и их соли. Соединяясь с жирными кислотами и кожным салом на поверхности или внутри рогового слоя эпидермиса, они образуют жирорастворимые соли, способные преодолевать эпидермальный барьер.
Через кожу проникают не только жидкие вещества, загрязняющие ее, но и летучие газ и парообразных неэлектролиты. В отношении них кожа является инертным мембраной, через которую они проникают с помощью диффузий. С увеличением жиророзчинности проникающая способность легких неэлектролитов растет.
Всасывания токсических веществ из пищеварительного канала в большинстве случаев носит избирательный характер, поскольку разные его отделы имеют свою личную строение, иннервацию, химическую среду и ферментный состав.
Некоторые токсичные вещества (все жирорастворимые соединения, фенолы, некоторые соли, особенно цианиды) всасываются уже в полости рта. При этом токсичность веществ увеличивается за счет того, что они не поддаются воздействию желудочного сока и, минуя печень, а не обезвреживаются в ней.
Из желудка всасываются все жирорастворимые вещества и неионизированные молекулы органических веществ с помощью простой диффузии. Через поры клеточной мембраны желудочного эпителия возможно проникновение веществ фильтрацией. Многие яды, в том числе соединения свинца, в желудочном содержимом растворяются лучше, чем в воде, поэтому лучше и всасываются. Некоторые химические вещества, попав в желудок, полностью теряют токсичность или она значительно уменьшается из-за инактивации желудочным содержимым. Так, яд кураре, тетануса, змей и насекомых, бактериальные токсины, попадая внутрь через пищеварительный канал, практически безвредны.
На характер и скорость всасывания существенно влияют степень наполнения желудка, растворимость в желудочном содержимом и его рН. Вещества, принятые натощак, всасываются, как правило, интенсивнее.
Всасывания токсических веществ из пищеварительного канала происходит в основном в тонкой кишке. Жирорастворимые вещества хорошо всасываются с помощью диффузии. Липофильные соединения быстро проникают в стенку кишечника, однако сравнительно медленно всасываются в кровь. Для быстрого всасывания вещество имеет хорошо растворяться в липоидов и воде. Растворимость в воде способствует всасыванию яда из стенки кишки в кровь. Скорость всасывания химических веществ зависит от степени ионизации молекулы. Кислые вещества всасываются при условии, что их негативное логарифм константы ионизации (рКа) превышает 3, щелочные - до 8, то есть плохо всасываются вещества, которые в слабокислой или слабощелочной среде находятся в ионизированном состоянии. Сильные кислоты и щелочи всасываются медленно из-за образования комплексов с кишечным слизью. Вещества, близкие по строению к природным соединениям, всасываются через слизистую оболочку активным транспортом, который обеспечивает поступление питательных веществ.
Ряд ядовитых жирорастворимых соединений - фенолы, некоторые соли, особенно цианиды, всасываются и поступают в кровь уже в полости рта.
На протяжении желудочно-кишечного тракта существуют значительные градиенты рН, определяющие различную скорость всасывания токсических веществ. Кислотность желудочного сока близка к единице, вследствие чего все кислоты здесь находятся в неионизированном состоянии и легко всасываются. Напротив, неионизированные основания (например, морфин, ноксирон) поступают из крови в желудок и отсюда в виде ионизированной формы движутся далее в кишечник (рис. 3). Токсические вещества в желудке могут сорбироваться пищевыми массами, разбавляться ими, в результате чего уменьшается контакт яда со слизистой оболочкой. Кроме того, на скорость всасывания влияют интенсивность кровообращения в слизистой оболочке желудка, перистальтика, количество слизи и пр.
Рис. 3. Направление пассивного транспорта веществ кислого (1) и щелочного (2) характера в зависимости от рН среды по сторонам мембраны на примере слизистой оболочки желудка (по А. Л. Мясникову).
В основном всасывание ядовитых веществ происходит в тонком кишечнике, секрет которого имеет рН 7,5-8,0. В общей форме барьер кишечная среда/кровь представляется следующим образом: эпителий, мембрана эпителия со стороны капилляра, базальная мембрана капилляра (рис. 4).
Рис. 4. Проникновение различных веществ через стенку капилляра. 1 - прямой путь через эндотелиальную клетку; 2 - через межэндотелиальные промежутки; 3 - комбинированный путь с помощью диффузии или фильтрации; 4 - везикулярный путь; 5-комбинированный путь через межэндотелиальные промежутки и с помощью везикулярных процессов
Колебания рН кишечной среды, наличие ферментов, большое количество соединений, образующихся в процессе пищеварения в химусе на крупных белковых молекулах и сорбция на них, - все это влияет на резорбцию ядовитых соединений и их депонирование в желудочно-кишечном тракте. Некоторые вещества, например тяжелые металлы, непосредственно повреждают кишечный эпителий и нарушают всасывание. В кишечнике, так же как и в желудке, липоидорастворимые вещества хорошо всасываются путем диффузии, а всасывание электролитов связано со степенью их ионизации. Это определяет быструю резорбцию оснований (атропин, хинин, анилин, амидопирин и пр.). Например, при отравлении беллоидом (белласпон) фазность в развитии клинической картины отравления объясняется тем, что одни ингредиенты этого препарата (барбитураты) всасываются в желудке, а другие (холинолитики, эрготамин) - в кишечнике, т. е. последние поступают в кровь несколько позже, чем первые.
Вещества, близкие по химическому строению к природным соединениям, всасываются путем пиноцитоза, проявляющегося наиболее активно в области микроворсинок щетьчной каемки тонкой кишки. Трудно всасываются прочные комплексы токсических веществ с белками, что свойственно, например, редкоземельным металлам.
Замедление регионарного кровотока и депонирование венозной крови в области кишечника при экзотоксиче-ском шоке приводят к уравниванию локальных концентраций ядов в крови и в содержимом кишечника, что составляет патогенетическую основу замедления всасывания и увеличения местного токсического эффекта. Например, при отравлении гемолитическими ядами (уксусная эссенция) это приводит к более интенсивному разрушению эритроцитов в капиллярах стенки желудка и быстрому проявлению в этой зоне тромбогеморрагиче-ского синдрома (тромбоз вен иодслизистого слоя желудка, множественные кровоизлияния и пр.).
Указанные явления депонирования токсических веществ в желудочно-кишечном тракте при пероральных отравлениях свидетельствуют о необходимости его тщательного очищения не только при раннем, но и при позднем поступлении больного.
Рис. 5. Схема строения легочных альвеол. 1-ядро и цитоплазма клетки эпителия; 2 - тканевое пространство; 3 - эндоплазматическая базальная мембрана; 4-альвеолярная клетка; 5 - эпителий базальной мембраны; б - цитоплазма капиллярного эндотелия; 7 - ядерная клетка эндотелия; 8 - ядро эндотелиальной клетки.
Ингаляционные отравления характеризуются наиболее быстрым поступлением яда в кровь. Это объясняется большой поверхностью всасывания легочных альвеол (100-150 м2), малой толщиной альвеолярных мембран, интенсивным током крови по легочным капиллярам и отсутствием условий для значительного депонирования ядов.
Структуру барьера между воздухом и кровью можно схематически представить в следующем виде: липидная пленка, мукоидная пленка, слой альвеолярных клеток, базальная мембрана эпителия, сливающаяся с базальной мембраной капилляров (рис. 5).
Всасывание летучих соединений начинается уже в верхних дыхательных путях, но наиболее полно осуществляется в легких. Происходит оно по закону диффузии в соответствии с градиентом концентрации. Подобным образом поступают в организм многие летучие неэлектролиты: углеводороды, галогеноуглеводороды, спирты, эфиры и пр. Скорость поступления определяется их физико-химическими свойствами и в меньшей степени состоянием организма (интенсивность дыхания и кровообращения в легких).
Большое значение имеет коэффициент растворимости паров ядовитого вещества в воде (коэффициент Оствальда). Чем больше его значение, тем больше вещества из воздуха поступает в кровь и тем длительнее процесс достижения конечной равновесной концентрации между кровью и воздухом.
Многие летучие неэлектролиты не только быстро растворяются в жидкой части крови, но и связываются с белками плазмы и эритроцитами, в результате чего коэффициенты их распределения между артериальной кровью и альвеолярным воздухом (К) несколько выше их коэффициентов растворимости в воде (л).
Некоторые реагирующие пары и газы (НС1, HF, S02, пары неорганических кислот и др.) подвергаются химическим превращениям непосредственно в дыхательных путях, поэтому их задержка в организме происходит с более постоянной скоростью. Кроме того, они обладают способностью разрушать саму альвеолярную мембрану, нарушать ее барьерную и транспортную функции, что ведет к развитию токсического отека легких.
При многих производственных операциях образуются аэрозоли (пыль, дым, туман). Они представляют собой смесь частиц в виде минеральной пыли (угольная, силикатная и др.), окислов металлов, органических соединений и пр.
В дыхательных путях происходит два процесса: задержка и выделение поступивших частиц. На процесс задержки влияет агрегатное состояние аэрозолей и их физико-химические свойства (размер частиц, форма, гигроскопичность, заряд и пр.). В верхних дыхательных путях задерживается 80-90% частиц величиной до 10 мкм, в альвеолярную область поступает 70-90% частиц размером 1-2 мкм.и менее.
Рис. 6. Схема путей поступления ядовитых веществ через кожу (по Ю. И. Кундиеву). Объяснение в тексте.
В процессе самоочищения дыхательных путей частицы вместе с мокротой удаляются из организма. В случае поступления водорастворимых и токсических аэрозолей их резорбция может происходить по всей поверхности дыхательных путей, причем заметная часть со слюной попадает в желудок.
Существенную роль в самоочищении альвеолярной области играют макрофаги и лимфатическая система. Тем не менее аэрозоли металлов быстро проникают в ток крови или лимфы путем диффузии или транспорта в форме коллоидов, белковых комплексов и пр. При этом обнаруживается их резорбтивное действие, часто в виде так называемой литейной лихорадки.
Проникновение токсических веществ через кожу также имеет большое значение, преимущественно в производственных условиях.
Существует по крайней мере три пути такого поступления (рис. 6):
- через эпидермис (1),
- волосяные фолликулы (2) и
- выводные протоки сальных желез (3).
Эпидермис рассматривается как липопротеиновый барьер, через который могут диффундировать разнообразные газы и органические вещества в количествах, пропорциональных кх коэффициентам распределения в системе липиды/вода. Это только первая фаза проникновения яда, второй фазой является транспорт этих соединений из дермы в кровь. Если предопределяющие эти процессы физико-химические свойства веществ сочетаются с их высокой токсичностью, то опасность тяжелых чрескож-ных отравлений значительно возрастает. На первом месте стоят ароматические нитроуглеводороды, хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения.
Следует учитывать, что соли многих металлов, соединяясь с жирными кислотами и кожным салом, могут превращаться в жирорастворимые соединения и проникать через барьерный слой эпидермиса (особенно ртуть и таллий).
Механические повреждения кожи (ссадины, царапины, раны и пр.), термические и химические ожоги способствуют проникновению токсических веществ в организм.
Лужников Е. А. Клиническая токсикология, 1982
1.4. Защита населения в районах химически опасных объектов
1.4.1.Общие сведения об аварийно - химически опасных веществах и химически опасных объектах
1.4.1.1. Аварийно химически опасные вещества
В современных условиях для решения задач по защите персонала и населения на химически опасных объектах (ХОО) необходимо знать какие основные аварийно химически опасные вещества находятся на данных объектах. Так по последней классификации применяются следующая терминология аварийно химически опасных веществ:
Опасное химическое вещество (ОХВ) - химическое вещество, прямое или опосредственное действие которого на человека может вызвать острые и хронические заболевания людей или их гибель.
Аварийно-химически опасное вещество (АХОВ) - ОХВ, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (выливе) которого может произойти заражение окружающей среды с поражающими живой организм концентрациями (токсодозами).
Аварийно-химически опасное вещество ингаляционного действия (АХОВИД) - АХОВ, при выбросе (выливе) которого могут произойти массовые поражения людей ингаляционным путем.
Из всех вредных веществ, используемых в настоящее время в промышленности (более 600 тысяч наименований), только немногим более 100 можно отнести к АХОВ, 34 из которых получили наибольшее распространение.
Способность любого вещества легко переходить в атмосферу и вызывать массовые поражения определяется его основными физико-химическими и токсическими свойствами. Наибольшее значение из физико-химических свойств имеют агрегатное состояние, растворимость, плотность, летучесть, температура кипения, гидролиз, давление насыщенных паров, коэффициент диффузии, теплота испарения, температура замерзания, вязкость, коррозионная активность, температура вспышки и температура воспламенения и др.
Основные физико-химические характеристики наиболее распространенных АХОВ приведены в табл.1.3.
Механизм токсического действия АХОВ заключается в следующем. Внутри человеческого организма, а также между ним и внешней средой, происходит интенсивный обмен веществ. Наиболее важная роль в этом обмене принадлежит ферментам (биологическим катализаторам). Ферменты - это химические (биохимические) вещества или соединения, способные в ничтожно малых количествах управлять химическими и биологическими реакциями в организме.
Токсичность тех или иных АХОВ заключается в химическом взаимодействии между ними и ферментами, которое приводит к торможению или прекращению ряда жизненных функций организма. Полное подавление тех или иных ферментных систем вызывает общее поражение организма, а в некоторых случаях его гибель.
Для оценки токсичности АХОВ используют ряд характеристик, основными из которых являются: концентрация, пороговая концентрация, предельнодопустимая концентрация (ПДК), средняя смертельная концентрация и токсическая доза.
Концентрация – количество вещества (АХОВ) в единице объема, массы (мг/л, г/кг, г/м 3 и т.д.).
Пороговая концентрация - это минимальная концентрация, которая может вызвать ощутимый физиологический эффект. При этом пораженные ощущают лишь первичные признаки поражения и сохраняют работоспособность.
Предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны - концентрация вредного вещества в воздухе, которая при ежедневной работе в течение 8 часов в день (41 часа в неделю) за время всего стажа работы не может вызвать заболеваний или отклонений состояния здоровья работающих, обнаруживаемых современными методами исследований, в
процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Средняя смертельная концентрация в воздухе - концентрация вещества в воздухе, вызывающая гибель 50% пораженных при 2-х, 4-х часовом ингаляционном воздействии.
Токсическая доза - это количество вещества, вызывающего определенный токсический эффект.
Токсическая доза принимается равной:
при ингаляционных поражениях – произведению средней по времени концентрации АХОВ в воздухе на время ингаляционного поступления в организм (измеряется в г×мин/ м 3 , г×с/ м 3 , мг×мин /л и т.д);
при кожно-резорбтивных поражениях - массе АХОВ, вызывающих определенный эффект поражения при попадании на кожу (единицы измерения - мг/см 2 , мг/м 3 , г/м 2 , кг/см 2 , мг/кг и т.д.).
Для характеристики токсичности веществ при их попадании в организм человека ингаляционным путем выделяют следующие токсодозы.
Средняя смертельная токсодоза (LC t 50 ) – приводит к смертельному исходу 50 % пораженных.
Средняя, выводящая токсодоза (IC t 50 ) - приводит к выходу из строя 50 % пораженных.
Средняя пороговая токсодоза (Р C t 50 ) - вызывает начальные симптомы поражения у 50 % пораженных.
Средняя смертельная доза при введении в желудок - приводит к гибели 50% пораженных при однократном введении в желудок (мг/кг).
Для оценки степени токсичности АХОВ кожно-резорбтивного действия используют значения средней смертельной токсодозы (LD 50 ), средней выводящей из строя токсодозы (ID 50 ) и средней пороговой токсодозы (Р D 50 ). Единицы измерения - г/чел, мг/чел, мл/кг, и т.д.
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу – приводит к гибели 50 % пораженных при однократном нанесении на кожу.
Существует большое число способов классификации АХОВ в зависимости от выбранного основания, например по способности к рассеиванию, биологическому воздействию на организм человека, способам хранения и т.д.
Наиболее важными являются классификации:
по степени воздействия на организм человека (см. табл. 1.4);
по преимущественному синдрому, складывающемуся при острой интоксикации (см. табл. 1.5);
Таблица 1.4
Классификация АХОВ по степени воздействия на организм человека
| Показатель | Нормы для класса опасности |
|||
| Предельно-допустимая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м 3 | ||||
| Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг | ||||
| Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг | ||||
| Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м 3 | более 50000 |
|||
| Коэффициент возможности ингаляционного отравления | ||||
| Зона острого действия | ||||
| Зона хронического действия | ||||
| Примечания: 1. Каждое конкретное АХОВ относится к классу опасности по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности. 2.Коэффициент возможности ингаляционного отравления равен отношению максимально допустимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20 о С к средней смертельной концентрации вещества для мышей при двухчасовом воздействии. 3. Зона острого действия - это отношение средней смертельной концентрации АХОВ к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций. 4.Зона хронического действия - это отношение минимальной пороговой концентрации, вызывающей изменения биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций, к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей вредное действие в хроническом эксперименте по 4 ч. 5 раз в неделю на протяжении не менее 4-х месяцев. По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности: 1 - вещества чрезвычайно опасные; 2 - вещества высоко опасные; 3 - вещества умеренно опасные; 4 - вещества малоопасные. Класс опасности устанавливается в зависимости от норм и показателей, приведенных в настоящей таблице. |
||||
Таблица 1.5
Классификация АХОВ по преимущественному синдрому, складывающемуся при острой интоксикации
| Наименование | Характер действия | Наименование |
| Вещества с преимущественно удушающим действием | Воздействуют на дыхательные пути человека | Хлор, фосген, хлорпикрин. |
| Вещества преимущественно общеядовитого действия | Нарушают энергетический обмен | Окись углерода, цианистый водород |
| Вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием | Вызывают отек легких при ингаляционном воздействии и нарушают энергетический обмен при резорбции. | Амил, акрилонитрил, азотная кислота, окислы азота, сернистый ангидрид, фтористый водород |
| Нейротропные яды | Действуют на генерацию, проведение и передачу нервного импульса | Сероуглерод, тетраэтил- свинец, фосфорорганические соединения. |
| Вещества, обладающие удушающим и нейтронным действием | Вызывают токсический отек легких, на фоне которого формируется тяжелое поражение нервной системы | Аммиак, гептил, гидразин и др. |
| Метаболические яды | Нарушают интимные процессы метаболизма вещества в организме | Окись этилена, дихлор-этан |
| Вещества нарушающие обмен веществ | Вызывают заболевания с чрезвычайно вялым течением и нарушают обмен веществ. | Диоксин, полихлорированные бензфураны, галогенизированные ароматические соединения и др. |
по основным физико-химическим свойствам и условиям хранения (см. табл. 1.6);
по тяжести воздействия на основании учета нескольких важнейших факторов (см. табл. 1.7);
по способности к горению.
Таблица 1.6
Классификация АХОВ по основным физико-химическим свойствам
и условиям хранения
| Характеристики | Типичные представители |
|
| Жидкие летучие, хранимые в емкостях под давлением (сжатые и сжиженные газы) | Хлор, аммиак, сероводород, фосген и др. |
|
| Жидкие летучие, хранимые в емкостях без давления | Синильная кислота, нитрил акриловой кислоты, тетраэтилсвинец, дифосген, хлорпикрин и др. |
|
| Дымящие кислоты | Серная (r³1,87), азотная (r³1,4), соляная (r³1,15) и др. |
|
| Сыпучие и твердые нелетучие при хранении до + 40 О С | Сулема, фосфор желтый, мышьяковый ангидрид и др. |
|
| Сыпучие и твердые летучие при хранении до + 40 О С | Соли синильной кислоты, меркураны и др. |
Значительная часть АХОВ является легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами, что часто приводит к возникновению пожаров в случае разрушений емкостей и образованию в результате горения новых токсических соединений.
По способности к горению все АХОВ делятся на группы:
негорючие (фосген, диоксин и др.); вещества данной группы не горят в условиях нагревания до 900 0 С и концентрации кислорода до 21 %;
негорючие пожароопасные вещества (хлор, азотная кислота, фтористый водород, окись углерода, сернистый ангидрид, хлорпикрин и др. термически нестойкие вещества, ряд сжиженных и сжатых газов); вещества данной группы не горят в условиях нагревания до 900 О С и концентрации кислорода до 21%, но разлагаются с выделением горючих паров;
Таблица 1.7
Классификация АХОВ по тяжести воздействия на основании
учета нескольких факторов
| Способность к рассеиванию | ||||
| Стойкость | ||||
| Промышленное значение | ||||
| Способ попадания в организм | ||||
| Степень токсичности | ||||
| Соотношение числа пострадавших к числу погибших | ||||
| Отложенные эффекты | ||||
большое число способов классификации АХОВ в зависимости от выбранного основания, например по способности к рассеиванию, биологическому воздействию на организм человека, способам хранения и т.д.
трудногорючие вещества (сжиженный аммиак, цианистый водород и др.); вещества данной группы способны возгораться только при действии источника огня;
горючие вещества (акрилонитрил, амил, газообразный аммиак, гептил, гидразин, дихлорэтан, сероуглерод, тертраэтилсвинец, окислы азота и т.д.); вещества данной группы способны к самовозгоранию и горению даже после удаления источника огня.
1.4.1.2. Химически опасные объекты
Химически опасный объект (ХОО) - это объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют ОХВ, при аварии или разрушении которого могут произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды.
Понятие ХОО объединяет большую группу производственных, транспортных и других объектов экономики, различных по предназначению и технико-экономическим показателям, но имеющим общее свойство - при авариях они становятся источниками токсических выбросов.
К химически опасным объектам относятся:
заводы и комбинаты химических отраслей промышленности, а также отдельные установки (агрегаты) и цеха, производящие и потребляющие АХОВ;
заводы (комплексы) по переработке нефтегазового сырья;
производства других отраслей промышленности, использующие АХОВ (целлюлозно-бумажной, текстильной, металлургической, пищевой и др.);
железнодорожные станции, порты, терминалы и склады на конечных (промежуточных) пунктах перемещения АХОВ;
транспортные средства (контейнеры и наливные поезда, автоцистерны, речные и морские танкеры, трубопроводы и т.д.).
При этом АХОВ могут быть как исходным сырьем, так промежуточными и конечными продуктами промышленного производства.
Аварийно-химически опасные вещества на предприятии могут находиться в технологических линиях, хранилищах и базисных складах.
Анализ структуры химически опасных объектов показывает, что основное количество АХОВ хранится в виде исходного сырья или продуктов производства.
Сжиженные АХОВ содержатся в стандартных емкостных элементах. Это могут быть алюминиевые, железобетонные, стальные или комбинированные резервуары, в которых поддерживаются условия, соответствующие заданному режиму хранения.
Обобщенные характеристики резервуаров и возможные варианты хранения АХОВ приведены в табл. 1.8.
Наземные резервуары на складах располагаются, как правило, группами с одним резервным резервуаром на группу. Вокруг каждой группы резервуаров по периметру предусматривается замкнутое обвалование или ограждающая стенка.
У некоторых отдельно стоящих больших резервуаров могут быть поддоны или подземные железобетонные резервуары.
Твердые АХОВ хранят в специальных помещениях или на открытых площадках под навесами.
На близкие расстояния АХОВ перевозят автотранспортом в баллонах, контейнерах (бочках) или автоцистернах.
Из широкого сортамента баллонов средней емкости для хранения и перевозки жидких АХОВ наиболее часто используются баллоны емкостью от 0,016 до 0,05 м 3 . Емкость контейнеров (бочек) варьирует в пределах от 0,1 до 0,8 м 3 . Автоцистерны используются в основном для перевозки аммиака, хлора, амила и гептила. Стандартный аммиаковоз имеет грузоподъемность 3,2; 10 и 16 т. Жидкий хлор транспортируют в автоцистернах вместимостью до 20 т, амил - до 40 т, гептил - до 30 т.
По железной дороге АХОВ перевозят в баллонах, контейнерах (бочках) и цистернах.
Основные характеристики цистерн приведены в табл.1.9.
Баллоны перевозятся, как правило, в крытых вагонах, а контейнеры (бочки) - на открытых платформах, в полувагонах и в универсальных контейнерах. В крытом вагоне баллоны размещены рядами в горизонтальном положении до 250 шт.
В открытом полувагоне контейнеры устанавливают в вертикальном положении рядами (до 3 рядов) по 13 контейнеров в каждом ряду. На открытой платформе контейнеры перевозят в горизонтальном положении (до15 шт).
Железнодорожные цистерны для перевозки АХОВ могут иметь объем котла от 10 до 140 м 3 грузоподъемностью от 5 до 120 т.
Таблица 1.9
Основные характеристики железнодорожных цистерн,
используемых для перевозки АХОВ
| Наименование АХОВ | Полезный объем котла цистерны, м 3 | Давление в цистерне, атм. | Грузоподъемность, т |
| Акрилонитрил | |||
| Аммиак сжиженный | |||
| Азотная кислота (конц.) | |||
| Азотная кислота (разб.) | |||
| Гидразин | |||
| Дихлорэтан | |||
| Окись этилена | |||
| Сернистый ангидрид | |||
| Сероуглерод | |||
| Фтористый водород | |||
| Хлор сжиженный | |||
| Цианистый водород |
Водным транспортом большинство АХОВ перевозится в баллонах и контейнерах (бочках), однако ряд судов оборудованы специальными резервуарами (танками) вместимостью до 10 000 тонн.
В ряде странсуществует такое понятие, как химически опасная административно-территориальная единица (АТЕ). Это - административно-территориальная единица, более 10 % населения которой могут оказаться в зоне возможного химического заражения при авариях на ХОО.
Зона химического заражения (ЗХЗ) - территория, в пределах которой распространены или куда привнесены ОХВ в концентрациях или количествах, создающих опасность для жизни и здоровья людей, сельскохозяйственных животных и растений в течение определенного времени.
Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - территория вокруг потенциально опасного объекта, устанавливаемая для предотвращения или уменьшения влияния вредных факторов его функционирования на людей, сельскохозяйственных животных и растения, а также на окружающую природную среду.
Классификация объектов экономики и АТЕ по химической опасности проводится на основании критериев приведенных в табл.1.10
Таблица 1.10
Критерии для классификации АТЕ и объектов экономики
по химической опасности
| Клас-сифи-цируе-мый объект | Определение классификации объектов | Критерий (показатель) для отнесения объекта и АТЕ к химически | Численное значение критерия степени химической опасности по категориям химической опасности |
|||
| Объект эконо-мики | Химически опасный объект экономики - это объект экономики, при разрушении (аварии) которого могут произойти массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений АХОВ | Количество населения, попадающего в зону возможного химического заражения АХОВ | Более 75 тыс. чел. | От 40 до 75 тыс. чел. | енее 40 тыс. чел. | Зона ВХЗ не выходит за пределы объекта и его СЗЗ |
| Химически опасная АТЕ- АТЕ, более 10 % населения которой могут оказаться в зоне ВХЗ при авариях на ХО объектах. | Количество населения (доля территорий) в зоне ВХЗ АХОВ | От 10 до 30% | ||||
| Примечания: I. Зона возможного химического заражения (ВХЗ) - это площадь круга с радиусом, равным глубине зоны с пороговой токсодозой. 2. Для городов и городских районов степень химической опасности оценивается по доле территории, попадающей в зону ВХЗ, допуская при этом что население распределено равномерно по площади. 3. Для определения глубины зоны с пороговой токсодозой задаются следующими метеоусловиями: инверсия, скорость ветра I м/с, температура воздуха 20 о С, направление ветра равновероятное от 0 до 360 о. |
||||||
Основными источниками опасности в случае аварий на ХОО являются:
залповые выбросы АХОВ в атмосферу с последующим заражением воздуха, местности и водоисточников;
сброс АХОВ в водоемы;
"химический" пожар с поступлением АХОВ и продуктов их горения в окружающую среду;
взрывы АХОВ, сырья для их получения или исходных продуктов;
образование зон задымления с последующим осаждением АХОВ, в виде "пятен" по следу распространения облака зараженного воздуха, возгонкой и миграцией.
Схематично основные источники опасности в случае аварии на ХОО показаны на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Схема формирования поражающих факторов при аварии на ХОО
1 – залповый выброс АХОВ в атмосферу; 2 – сброс АХОВ в водоемы;
3 – «химический» пожар; 4 – взрыв АХОВ;
5 – зоны задымления с осаждением АХОВ и возгонкой
Каждый из указанных выше источников опасности (поражения) по месту и времени может проявляться отдельно, последовательно или в сочетании с другими источниками, а также многократно повторен в различных комбинациях. Все зависит от физико-химических характеристик АХОВ, условий аварии, метеоусловий и топографии местности. При этом важно знать определение следующих понятий.
Химическая авария - это авария на химически опасном объекте, сопровождающимся проливом или выбросом ОХВ, способная привести к гибели или химическому заражению людей, сельскохозяйственных животных и растений, химическому заражению продовольствия, пищевого сырья, кормов, других материальных ценностей и местности в течение определенного времени.
Выброс ОХВ - выход при разгерметизации за короткий промежуток времени из технологических установок, емкостей для хранения или транспортирования ОХВ в количестве, способным вызвать химическую аварию.
Пролив ОХВ - вытекание при разгерметизации из технологических установок, емкостей для хранения или транспортировки ОХВ в количестве, способным вызвать химическую аварию.
Очаг поражения АХОВ - это территория, в пределах которой в результате аварии на химически опасном объекте с выбросом АХОВ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных, растений, разрушения и повреждения зданий, сооружений.
В случае возникновения аварий на ХОО с выбросом АХОВ очаг химического поражения будет иметь следующие особенности.
I. Образование облаков паров АХОВ и их распространение в окружающей среде являются сложными процессами, которые определяются диаграммами фазового состояния АХОВ, их основными физико-химическими характеристиками, условиями хранения, метеоусловиями, рельефом местности и т.д., поэтому прогнозирование масштабов химического заражения (загрязнения) весьма затруднено.
2. В разгар аварии на объекте действует как правило несколько поражающих факторов: химическое заражение местности, воздуха, водоемов; высокая или низкая температура; ударная волна, а вне объекта - химическое заражение окружающей среды.
3. Наиболее опасный поражающий фактор-воздействие паров АХОВ через органы дыхания. Он действует как на месте аварии, так и на больших расстояниях от источника выброса и распространяется со скоростью ветрового переноса АХОВ.
4. Опасные концентрации АХОВ в атмосфере могут существовать от нескольких часов до нескольких суток, а заражение местности и воды еще более длительное время.
5. Смерть зависит от свойств АХОВ, токсической дозы и может наступать как мгновенно, так и через некоторое время (несколько дней) после отравления.
1.4.2. Основные требования норм проектирования
к размещению и строительству химически опасных объектов
Основные общегосударственные инженерно-технические требования к размещению и строительству ХОО излагаются в государственных документах по ИТМ.
В соответствии с требованиями ИТМ территория, прилегающая к химически опасным объектам, в пределах которой при возможном разрушении емкостей с АХОВ вероятно распространение облаков зараженного воздуха с концентрациями вызывающими поражение незащищенных людей, составляет зону возможного опасного химического заражения.
Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения приведено в табл. 1.11.
Для определения удаления границ зон возможного опасного химического заражения при других количествах АХОВ в емкостях необходимо использовать поправочные коэффициенты, приведенные в табл.1.12.
Таблица 1.11
Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения
от 50-тонных емкостей с АХОВ
| обваловки поддона (стакана),м | Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения, км. |
||||||
| водород цианистый | сернистый ангидрид | Сероводо-род | метилизо-цианат |
||||
| Без обваловки | |||||||
Таблица 1.12
Коэффициенты для пересчета количества АХОВ
При проектировании новых аэропортов, приемных и передающих радиоцентров, вычислительных центров, а также животноводческих комплексов, крупных ферм и птицефабрик их размещение следует предусматривать на безопасном расстоянии от объектов с АХОВ.
Строительство базисных складов для хранения АХОВ следует предусматривать в загородной зоне.
При размещении в категорированных городах и на объектах особой важности баз и складов для хранения АХОВ величина запасов АХОВ устанавливается министерствами, ведомствами и предприятиями по согласованию с местными органами власти.
На предприятиях, производящих или потребляющих АХОВ, необходимо:
проектировать здания и сооружения преимущественно каркасного типа с легкими ограждающими конструкциями;
размещать пульты управления, как правило, в нижних этажах зданий, а также предусматривать дублирование их основных элементов на запасных пунктах управления объекта;
предусматривать, при необходимости, защиту емкостей и коммуникаций от разрушения ударной волной;
разрабатывать и проводить мероприятия, исключающие разлив опасных жидкостей, а также мероприятия по локализации аварий путем отключения наиболее уязвимых участков технологических схем с помощью установки обратных клапанов, ловушек и амбаров с направленными стоками.
В населенных пунктах, расположенных в зонах возможного опасного заражения АХОВ, для обеспечения населения питьевой водой необходимо создавать защищенные централизованные системы водоснабжения с преимущественным базированием на подземных водоисточниках.
Пропуск, обработка и отстой поездов с АХОВ должен осуществляться только по обходам. Площадки для перегрузки (перекачки) АХОВ, железнодорожные пути для накопления (отстоя) вагонов (цистерн) с АХОВ должны быть удалены на расстояние не менее 250 м от жилых домов, производственных и складских зданий, мест стоянки других поездов. Аналогичные требования предъявляются к причалам для погрузки (выгрузки) АХОВ, железнодорожным путям для накопления (отстоя) вагонов (цистерн), а также акваториям для судов с такими грузами.
Вновь строящиеся и реконструируемые бани, душевые предприятий, прачечные, фабрики химической чистки, посты мойки и уборки автотранспорта независимо от ведомственной принадлежности и формы собственности должны приспосабливаться соответственно для санитарной обработки людей, специальной обработки одежды и техники при производственных авариях с выбросом АХОВ.
На объектах с АХОВ необходимо создавать локальные системы оповещения, в случае возникновения аварий и химического заражения, рабочих этих объектов, а также населения, проживающего в зонах возможного опасного химического заражения.
Оповещение населения о возникновении химической опасности и возможности заражения атмосферы АХОВ должно осуществляться с использованием всех имеющихся средств связи (электросирены, радиотрансляционная сеть, внутренняя телефонная связь, телевидение, передвижные громкоговорящие установки, уличные динамики и т.д.).
На химически опасных объектах должны создаваться локальные системы выявления заражения АХОВ окружающей среды.
К убежищам, обеспечивающим защиту от АХОВ ИД, предъявляется ряд повышенных требований:
убежища должны содержаться в готовности к немедленному приему укрываемых;
в убежищах, расположенных в зонах возможного опасного химического заражения, следует предусматривать режим полной или частичной изоляции с регенерацией внутреннего воздуха.
Регенерация воздуха может осуществляться двумя путями. Первый - с помощью регенеративных установок РУ-150/6, второй - с помощью регенеративного патрона РП-100 и баллонов с сжатым воздухом.
Площадки для перегрузки (перекачки) АХОВ и железнодорожные пути для накопления (отстоя) вагонов (цистерн) с АХОВ оборудуются системами постановки водяных завес и заливки водой (дегазатором) на случай разлива АХОВ. Аналогичные системы создаются на причалах для погрузки (выгрузки) АХОВ.
С целью своевременного снижения запасов АХОВ до норм технологических потребностей предусматривается:
опорожнение в аварийных ситуациях особо опасных участков технологических схем в заглубленные емкости в соответствии с нормами, правилами и учетом конкретных характеристик продукции;
слив АХОВ в аварийные емкости, как правило, с помощью автоматического включения сливных систем при обязательном дублировании устройством для ручного включения опорожнения;
в планах на особый период химически опасных объектов мероприятия по максимально-возможному сокращению запасов и сроков хранения АХОВ и переход на безбуфферную схему производства.
Общегосударственные инженерно-технические мероприятия при строительстве и реконструкции ХОО дополняются требованиями министерств и ведомств, изложенными в соответствующих отраслевых нормативных документах и проектно-конструкторской документации.
В ремонтном производстве, а иногда и в быту механизаторам приходится соприкасаться со многими техническими жидкостями, которые в разной степени оказывают вредное действие на организм. Отравляющее действие ядовитых веществ зависит от многих факторов и, прежде всего, от характера ядовитого вещества, его концентрации, продолжительности воздействия, растворимости в жидких средах организма, а также внешних условий.
Ядовитые вещества в газо-, паро- и дымообразном состоянии попадают в организм через органы дыхания с воздухом, которым дышат рабочие, находясь в загрязненной атмосфере рабочей зоны. В этом случае ядовитые вещества действуют значительно быстрее и сильнее, чем такие же вещества, попавшие в организм другими путями. С повышением температуры воздуха опасность отравления увеличивается. Поэтому летом случаи отравления бывают чаще, чем зимой. Нередко на организм действует сразу несколько ядовитых веществ, например пары бензина и окись углерода из отработавших газов карбюраторного двигателя. Некоторые же вещества повышают действие других ядовитых веществ (так, алкоголь усиливает ядовитые свойства паров бензина и т.д.).
Среди механизаторов существует неправильное мнение, что к ядовитому веществу можно привыкнуть. Мнимое привыкание организма к тому или иному веществу приводит к запоздалому принятию мер по прекращению действия ядовитого вещества. Попав в организм человека, ядовитые вещества вызывают острые или хронические отравления. Острое отравление развивается при вдыхании большого количества ядовитых веществ высокой концентрации (например, при открытии люка емкости с бензином, ацетоном и подобными жидкостями). Хроническое отравление развивается при вдыхании малых концентраций ядовитых веществ в течение нескольких часов или суток.
Наибольшее количество случаев отравления парами и туманами технических жидкостей приходится на растворители, что объясняется их летучестью или испаряемостью. Летучесть растворителей оценивают условными величинами, указывающими скорость испарения растворителей по сравнению со скоростью испарения этилового эфира, условно принимаемой за единицу (табл. 1).
По летучести растворители делятся на три группы: к первой относятся растворители с числом летучести менее 7 (легколетучие); ко второй - растворители с числом летучести от 8 до 13 (среднелетучие) и к третьей - растворители с числом летучести более 15 (медленнолетучие).
Следовательно, чем быстрее испаряется тот или иной растворитель, тем выше вероятность образования вредной для здоровья концентрации паров растворителя в воздухе и опасность отравления. Большинство растворителей испаряются при любой температуре. Однако с повышением температуры скорость испарения их значительно увеличивается. Так, например, бензин-растворитель в помещении при температуре окружающей среды 18-20°С испаряется со скоростью 400 г/ч с 1 м2. Пары многих растворителей тяжелее воздуха, поэтому самый высокий процент их содержится в нижних слоях воздуха.
На распределение паров растворителей в воздухе влияют потоки воздуха и их циркуляция. В присутствий нагретых поверхностей под воздействием конвекционных токов потоки воздуха увеличиваются, вследствие чего возрастает скорость распространения паров растворителей. В закрытых помещениях воздух значительно быстрее насыщается парами растворителей, а следовательно, и вероятность отравления возрастает. Поэтому, если в закрытом или плохо вентилируемом помещении оставить открытой тару с летучим растворителем или переливать и разливать растворитель; то окружающий воздух быстро насыщается парами и в короткое время концентрация их в воздухе станет опасной для здоровья человека.
Воздух рабочей зоны считается безопасным в том случае, если количество вредных паров в нем не превышает предельно допустимой концентрации (рабочей зоной считаются места постоянного или периодического пребывания работающих для наблюдения и ведения производственных процессов). Предельно допустимые концентрации ядовитых паров, пыли и других аэрозолей в воздухе рабочей зоны производственных помещений не должны превышать величин, указанных в «Инструкции по санитарному содержанию помещений и оборудования производственных предприятий».
Большой опасности отравления подвергаются лица, очищающие и ремонтирующие цистерны, резервуары из под бензина и других растворителей, а также работающие в местах хранения и применения технических жидкостей. В этих случаях при нарушении норм и требований техники безопасности концентрации паров ядовитых веществ в воздухе будут превосходить предельно допустимые нормы.
Приведем несколько примеров:
1. В закрытом невентилируемом складском помещении кладовщик оставил на ночь ведро с бензином-растворителем. При площади испарения бензина 0,2 м2 и скорости его испарения 400 г/ч с 1 м2 за 10 ч в парообразное состояние перейдет около 800 г бензина. Если внутренний объем складского помещения равен 1000 м3, то к утру концентрация паров бензина-растворителя в воздухе составит: 800 000 мг: 1000 м3 = 800 мг/м3 воздуха, что почти в 2,7 раза выше предельно допустимой концентрации бензина-растворителя. Поэтому перед началом работы складское помещение следует проветрить и в течение дня двери и окна держать открытыми.
2. В цехе ремонта топливной аппаратуры плунжерные пары топливных насосов промывают в бензине Б-70, налитом в моечную ванну площадью 0,8 м2. Какова же будет концентрация паров бензина в воздухе рабочего помещения к концу смены, если не сделать местный отсос от моечной ванны и не оборудовать вентиляцию? Расчеты показывают, что за 8 ч работы в парообразное состояние перейдет около 2,56 кг бензина (2 560 000 мг). Разделив полученный вес паров бензина на внутренний объем помещения 2250 м3, получим концентрацию паров бензина в воздухе 1100 мг/м3, что в 3,5 раза выше предельно допустимой концентрации бензина Б-70. Значит, в конце рабочего дня у всех работающих в этом помещении будут головная боль или другие признаки отравления. Следовательно, детали и части машин нельзя мыть в бензине, а надо применять менее ядовитые растворители и моющие средства.
Ядовитые вещества в жидком состоянии попадают в организм человека через органы пищеварения с пищей и водой, а также через кожные покровы при соприкосновении с ними и пользовании спецодеждой, смоченной этими веществами. Признаки отравления жидкими ядовитыми веществами такие же, как и при отравлении парообразными.
Попадание жидких ядовитых веществ через органы пищеварения возможно при несоблюдении личной гигиены. Нередко водитель автомобиля, опустив в бензобак резиновую трубку, засасывает бензин ртом, чтобы создать сифон и перелить бензин из бака в другую емкость. Этот безобидный прием приводит к тяжелым последствиям - отравлению или воспалению легких. Ядовитые вещества, проникая через кожные покровы, попадают в большой круг кровообращения, минуя защитный барьер, и, накапливаясь в организме, приводят к отравлению.
При работе с ацетоном, этилацетатом, бензином и подобными растворителями можно заметить, что жидкости быстро испаряются с поверхности кожи и рука белеет, т.е. жидкости растворяют кожное сало, обезжиривают и сушат кожу. На сухой коже образуются трещины, а через них проникает инфекция. При частом контакте с растворителями развиваются экземы и другие кожные заболевания. Некоторые технические жидкости при попадании на незащищенную поверхность кожного покрова приводят к химическим ожогам вплоть до обугливания пораженных участков.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Муромский институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(МИ (филиал) ВлГУ)
Кафедра техносферной безопасности
Практическое занятие №3
Методические указания к выполнению практической работы по дисциплине «Токсикология»
для студентов направления 280700.62 «Техносферная безопасность»
Пути поступления токсических веществ в организм.
Согласно варианта задания:
1. Описать механизм резорбции химического вещества через кожные покровы организма (перкутанно).
2. Описать механизм резорбции химического вещества через слизистые оболочки организма (ингаляционно).
3. Описать механизм резорбции химического вещества через слизистые оболочки организма (перорально).
Таблица 1
|
№ варианта |
Порядковый номер вещества по ГН 2.2.5.1313-03 |
Примечание |
||
Для определения полных характеристик веществ использовать данные INTERNET а
Материалы, необходимые для выполнения практической работы.
1. Пути поступления токсических химических веществ в организм
Токсические химические вещества (токсиканты) могут поступать в организм через кожные покровы (перкутанно), дыхательные пути (ингаляционно), желудочно-кишечный тракт (перорально). Поступление токсиканта из окружающей среды в кровеносную и лимфатическую системы организма называется резорбцией, а действие токсиканта при этом – резорбтивным (системным) действием. Токсические вещества могут оказывать местное действие на кожу, слизистые оболочки и при этом не поступать в кровеносную или лимфатическую системы (резорбция отсутствует). Токсиканты обладают способностью к местному и резорбтивному действиям.
Путь поступления вещества в организм определяется его агрегатным состоянием, месторасположением в окружающей среде, площадью соприкосновения с организмом. Так, вещество в форме пара имеет очень высокую вероятность всасываться в дыхательных путях, но не может попасть в организм через желудочно-кишечный тракт и кожные покровы.
Скорость и характер резорбции веществ определяется рядом факторов: особенностями организма; количеством и свойствами вещества; параметрами окружающей среды. Поэтому качественные и количественные характеристики резорбции токсиканта могут изменяться в широких пределах.
Резорбция через кожные покровы. Поверхностный роговой слой эпидермиса препятствует резорбции токсикантов. Кожа представляет собой электрически заряженную мембрану, где и осуществляется метаболизм токсических химических веществ в количестве 2-6% относительно метаболической активности печени.
Поступление веществ через кожу осуществляется тремя путями: через эпидермис; через сальные и потовые железы; через волосяные фолликулы. Для хорошо проникающих через кожу низкомолекулярных и липофильных соединений основным является трансэпидермальный путь. Медленно всасывающиеся вещества поступают трансфолликулярным и трансгландулярным путями. Напр., хорошо растворяющиеся в жирах сернистый и азотистый иприты проникают через кожу трансэпидермально.
При трансэпидермальном проникновении веществ возможно прохождение их через клетки и через межклеточные пространства. Рассматривая прохождение веществ через кожу, следует различать собственно резорбцию (поступление в кровь) и местное действие
(депонирование веществ в коже). Проникновение ксенобиотиков через кожу представляет
собой процесс пассивной диффузии. На скорость резорбции влияют площадь и локализация резорбирующей поверхности, интенсивность кровоснабжения кожи, а также свойства токсиканта. Количество вещества, проникающего через кожу, пропорционально площади контакта вещества и кожи. С увеличением площади увеличивается и количество всасываемого вещества. При действии веществ в форме аэрозоля площадь воздействия с кожей увеличивается с одновременным уменьшением диаметра частиц.
Кровоснабжение кожи меньше, чем других тканей и органов, напр., мышц. При усилении кожного кровотока увеличивается возможность токсических веществ проникать через кожные покровы. Действие раздражающих веществ, ультрафиолетовое облучение, температурное воздействие, сопровождающееся расширением сосудов, открытием анастомозов, усиливает резорбцию токсикантов.
На резорбцию влияют физико-химические свойства токсикантов, прежде всего способность растворяться в липидах (липофильность). Существует отчетливая корреляция между величиной коэффициента распределения в системе масло/вода и скоростью резорбции.
Липофильные агенты (напр., ФОС, иприты, хлорированные углеводы) легко преодолевают кожный барьер. Гидрофильные агенты, особенно заряженные молекулы, практически не проникают через кожу. В этой связи проницаемость барьера для слабых кислот и оснований существенно зависит от степени их диссоциации. Так, салициловая кислота и нейтральные молекулы алкалоидов способны к резорбции, однако анионы кислоты и катионы алкалоидов таким путем в организм не проникают. Вместе с тем проникновение в организм липофильных веществ, вообще не растворяющихся в воде, также невозможно: они депонируются в жировой смазке и эпидермисе и не захватываются кровью. Поэтому масла не проникают через кожу. Кислород, азот, диоксид углерода, сероводород, аммиак, гелий, водород способны к кожной резорбции. Увеличение парциального давления газа в воздухе ускоряет его проникновение в организм, что может приводить к тяжелым интоксикациям.
Повреждение рогового слоя эпидермиса и жировой смазки кожи кератолитическими средствами и органическими растворителями усиливает резорбцию токсикантов. Механическое повреждение кожи с образованием дефектов, особенно обширных, лишает ее барьерных свойств. Через увлажненную кожу токсиканты всасываются лучше, чем через сухую. На скорость резорбции веществ, наносимых в виде эмульсий, растворов, мазей, оказывают влияние свойства носителя (растворителя, эмульгатора, мазевой основы).
Резорбция через слизистые оболочки. Слизистые оболочки не имеют рогового слоя и жировой пленки на поверхности. Они покрыты водной пленкой, через которую вещества легко проникают в ткани организма. Резорбция веществ через слизистые определяется главным образом следующими факторами:
а) агрегатным состоянием вещества (газ, аэрозоль, взвесь, раствор);
б) дозой и концентрацией токсиканта;
в) видом слизистой оболочки, ее толщиной;
г) продолжительностью контакта;
д) интенсивностью кровоснабжения анатомической структуры;
е) дополнительными факторами (параметры среды, степень наполнения желудка).
Большая площадь поверхности, малая толщина слизистых и хорошее кровоснабжение делают наиболее вероятным проникновение веществ через органы дыхания и стенку тонкой кишки.
Многие токсиканты достаточно быстро всасываются уже в ротовой полости . Эпителий полости рта не представляет собой значительной преграды на пути ксенобиотиков. В резорбции участвуют все отделы ротовой полости. Проникать через слизистые могут лишь вещества, находящиеся в полости рта в молекулярной форме. Поэтому растворы лучше резорбируются, чем взвеси. Раствор обволакивает всю поверхность слизистой ротовой полости, покрывая ее пленкой, которая содержит токсические вещества. Кровь, оттекающая от слизистой полости рта, поступает в верхнюю полую вену, и поэтому вещество попадает непосредственно в сердце, в малый круг кровообращения, а затем и в общий кровоток. В отличие от других способов проникновения через слизистые желудочно-кишечного тракта, при резорбции в ротовой полости всосавшиеся токсиканты распределяются в организме, минуя печень, что влияет на биологическую активность быстро разрушающихся соединений.
В основе резорбции веществ в желудке – механизмы простой диффузии. Фактор, определяющий особенности желудка, – кислотность желудочного содержимого. Скорость диффузии определяется коэффициентом распределения веществ в системе масло/вода. Жирорастворимые (или растворимые в неполярных органических растворителях) соединения достаточно легко проникают через слизистую желудка в кровь.
Особенностью резорбции в желудке является то, что она осуществляется из среды с низким значением рН. В этой связи эпителий слизистой формирует своего рода липидный барьер между водными фазами: кислой (кислотность желудочного сока примерно равна 1) и щелочной (рН крови равен 7,4). Этот барьер токсиканты могут преодолеть лишь в форме незаряженных молекул. Многие соединения не способны к диссоциации в водных растворах (неэлектролиты), их молекулы не несут заряда, и они легко проходят через слизистую желудка (дихлорэтан, четыреххлористый углерод). Сильные кислоты и щелочи (серная, соляная, азотная кислоты, NaOH, KOH) в любом растворе полностью диссоциированы и потому переходят в кровь лишь в случае разрушения слизистой оболочки (химический ожог).
Для слабых кислот кислая среда способствует превращению вещества в неионизированную форму, для слабых оснований низкие значения рН (высокие концентрации водородных ионов в среде) способствуют превращению веществ в ионизированную форму.
Неионизированные молекулы более липофильны, они легче проникают через биологический барьер. Поэтому в желудке лучше абсорбируются слабые кислоты.
Необходимое условие резорбции вещества в желудке – его растворимость в желудочном соке. Поэтому не растворимые в воде вещества в желудке не всасываются. Взвеси химических соединений перед всасыванием должны перейти в раствор. Поскольку время нахождения в желудке ограниченно, взвеси действуют слабее, чем растворы того же вещества.
Если токсикант поступает в желудок с пищей, возможно взаимодействие с ее компонентами: растворение в жирах и воде, абсорбция белками. Величина концентрации ксенобиотика при этом снижается, уменьшается и скорость диффузии в кровь. Из пустого желудка вещества всасываются лучше, чем из наполненного.
Резорбция в кишечнике. Кишечник – одно из основных мест всасывания химических веществ. Здесь действует механизм пассивной диффузии веществ через эпителий. Пассивная диффузия в кишечнике – это дозо-зависимый процесс. При увеличении содержания токсиканта в кишечнике увеличивается и скорость его всасывания. Через слизистые кишечника проникают ионы слабых кислот и оснований, что обусловлено диффузией их через поры биологических мембран.
Скорость диффузии веществ через слизистую оболочку тонкой кишки пропорциональна величине коэффициента распределения в системе масло/вода. Вещества, не растворимые в липидах, даже в форме незаряженных молекул не проникают через слизистую кишечника. Так, ксилоза – низкомолекулярное соединение, относящееся к группе неэлектролитов, но не растворимое в липидах, – практически не поступает во внутренние среды организма при приеме через рот. Токсические вещества, хорошо растворяющиеся в жирах, не всасываются в кишечнике из-за их низкой растворимости в воде. С увеличением молекулярной массы проникновение химических соединений через слизистую кишечника уменьшается. Трехвалентные ионы вообще не всасываются в кишечнике.
С наивысшей скоростью всасывание происходит в тонкой кишке. Холодные растворы быстрее покидают желудок. В этой связи холодные растворы токсикантов порой оказываются более токсичными, чем теплые. Резорбция в толстой кишке происходит сравнительно медленно. Этому способствует не только меньшая площадь поверхности слизистой этого отдела, но и более низкая концентрация токсикантов в просвете кишки.
Кишечник имеет разветвленную сеть кровеносных сосудов, поэтому вещества, проникающие через слизистую оболочку, быстро уносятся оттекающей кровью. Содержимое толстой кишки может выступать в качестве инертного наполнителя, в который включено вещество и из которого замедляется его резорбция; при этом количество всасывающегося вещества остается неизменным.
Желчные кислоты, обладая свойствами эмульгаторов, способствуют всасыванию жиров. Микрофлора кишечника может вызвать химическую модификацию молекул токсикантов, – напр., способствует восстановлению нитратов до нитритов у грудных детей. Ионы этих нитритов проникают в кровь и вызывают образование метгемоглобина. Кишечная палочка содержит ферменты, под влиянием которых в кишечнике расщепляются глюкурониды. Конъюгаты ксенобиотиков с глюкуроновой кислотой (конечные метаболиты веществ, выделяющиеся в кишечник с желчью) плохо растворимы в жирах и хорошо растворимы в воде соединения. После отщепления глюкуроновой кислоты липофильность отделившихся молекул существенно возрастает, и они приобретают способность к обратной резорбции в кровоток. Этот процесс – основа феномена печеночно-кишечной циркуляции токсиканта.
Резорбция в легких. Кислород и другие газообразные вещества при выдыхании проникают через легкие в кровоток через тонкий капиллярно-альвеолярный барьер. Благоприятное условие всасывания веществ – большая площадь поверхности легких, составляющая у человека в среднем 70 м2. Продвижение газов по дыхательным путям сопряжено с их частичной адсорбцией на поверхности трахеи и бронхов. Чем хуже растворяется вещество в воде, тем глубже оно проникает в легкие. Ингаляционно в организм могут поступать не только газы и пары, но и аэрозоли, которые также достаточно быстро всасываются в кровь.
Процесс проникновения и распределения газов в организме представлен в виде нескольких последовательных этапов:
ингалируемый газ поступает через носоглотку и трахеи в альвеолы легких;
путем диффузии попадает в кровь и растворяется в ней;
током крови разносится по организму;
путем диффузии проникает в межклеточную жидкость и клетки тканей.
Для резорбции вдыхаемый газ должен вступить в контакт с альвеолярной поверхностью легких. Альвеолы расположены глубоко в легочной ткани, поэтому путем простой диффузии газ не сможет быстро преодолеть расстояние от полости носа или ротового отверстия до их стенок. У человека и других позвоночных, дышащих легкими, есть механизм, с помощью которого осуществляется механическое перемешивание (конвекция) газов в дыхательных путях и легких и обеспечивается постоянный обмен газами между внешней средой и организмом. Этот механизм вентиляции легких – последовательно сменяющие друг друга акты вдоха и выдоха.
Вентиляция легких обеспечивает быструю доставку газа из окружающей среды к поверхности альвеолярных мембран. Одновременно с вентиляцией легких осуществляются растворение газа в стенке альвеолы, диффузия его в кровь, конвекция в кровяном русле, диффузия в ткани. При снижении парциального давления газа в альвеолярном воздухе относительно крови газ из организма устремляется в просвет альвеол и удаляется во внешнюю среду. С помощью форсированной вентиляции легких можно быстро снизить концентрацию газообразного вещества в крови и тканях. Эту возможность используют для помощи отравленным газообразными или летучими веществами, вводя им карбоген (воздух с повышенным содержанием углекислого газа), который стимулирует вентиляцию легких, воздействуя на дыхательный центр головного мозга.
Из альвеолы в кровоток газ переходит посредством диффузии. При этом молекула соединения перемещается из газообразной среды в жидкую фазу. Поступление вещества зависит от следующих факторов: растворимости газа в крови; градиента концентрации газа между альвеолярным воздухом и кровью; интенсивности кровотока и состояния легочной ткани.
Растворимость в крови отличается от растворимости в воде, что связано с наличием растворенных в плазме крови ее составных частей (соли, липиды, углеводы, белки) и форменных элементов (лейкоциты, эритроциты). Повышение температуры снижает растворимость газов в жидкостях. Количество газа, растворенного в жидкости, всегда пропорционально величине его парциального давления.
При резорбции газов в кровь большую роль играет интенсивность легочного кровотока. Она идентична минутному объему сердечного выброса. Чем выше минутный объем, тем больше крови в единицу времени попадает в альвеолярные капилляры, тем больше газа уносится оттекающей от легких кровью и переносится к тканям, тем быстрее устанавливается равновесие в системе распределения газа между средой и тканями. Стенка капилляра в норме не представляет собой существенного препятствия для диффундирующих газов. Проникновение газов в кровь затруднено только в патологически измененных легких (отек, клеточная инфильтрация альвеолярно-капиллярного барьера).
Кровь, насыщенная в легких газом, распространяется по организму. Вследствие более высокого содержания в крови молекулы газа диффундируют в ткани. Кровь, освободившаяся от газа, возвращается к легким. Этот процесс повторяется, пока парциальное давление газа в тканях не выравняется с давлением в крови, а давление в крови – с давлением в алвеолярном воздухе (состояние равновесия).
Диффузия газов в ткани определяется: растворимостью газов в тканях, разницей концентрации газа в крови и тканях и интенсивностью кровоснабжения тканей. Эпителий дыхательного тракта и стенки капиллярного русла обладают проницаемостью пористой мембраны. Поэтому жирорастворимые вещества резорбируются быстро, а растворимые в воде – в зависимости от размеров их молекул. Насыщение веществ, проникающих через альвеолярно-капиллярный барьер, не наступает. Через барьер проникают даже крупные белковые молекулы, – напр., инсулина, ботулотоксина.
Проникновение токсикантов через слизистую глаз определяется физико-химическими свойствами вещества (растворимостью в липидах и воде, зарядом и размерами молекулы).
Липидный барьер роговицы глаза представляет собой тонкую структуру многослойного плоского эпителия, покрытого снаружи роговым слоем. Через этот барьер легко проникают жирорастворимые вещества и даже растворимые в воде соединения. При попадании токсиканта на роговицу большая его часть смывается слезами и распространяется по поверхности склеры и конъюнктивы глаз. Около 50% нанесенного на роговицу вещества удаляется в течение 30 сек., и более 85% – в течение 3-6 мин.
Резорбция из тканей. При действии веществ на раневые поверхности или введении в ткань (напр., подкожно или внутримышечно) возможно их поступление либо непосредственно в кровь, либо сперва в ткани, а уже затем в кровь. При этом в ткань могут проникать высокомолекулярные (белковые), водорастворимые и даже ионизированные молекулы. Создающийся градиент концентрации токсиканта между местом аппликации, окружающей тканью и кровью – движущая сила резорбции вещества в кровь и внутренние среды организма. Скорость резорбции определяется свойствами тканей и токсических веществ.
Свойства тканей. Стенка капилляра представляет собой пористую мембрану. Ее толщина в различных тканях колеблется от 0,1 до 1 мкм. Для капилляров большинства тканей человека характерны поры диаметром около 2 нм. Поверхность, занятая порами, составляет около 0,1% площади капиллярного русла. Поры представляют собой промежутки между эндотелиальными клетками. Поры делают мембрану капилляра проницаемой для водорастворимых веществ (в ограниченном количестве встречаются поры и с большим диаметром – до 80 нм). Кроме того, возможен перенос веществ через стенку капилляра через механизм пиноцитоза (образование везикул на мембране рецептора).
Стенки капилляров мышц млекопитающих имеют поры диаметром 3-4 нм, поэтому они непроницаемы для гемоглобина (r = 3,2 нм) и сывороточных альбуминов (r = 3,5 нм), но проницаемы для таких веществ как инулин (r = 1,5 нм) и миоглобин (r = 2 нм). В этой связи проникновение очень многих ксенобиотиков в кровь возможно при их введении в мышцы.
Капиллярная и лимфатическая системы. Сеть капилляров и лимфатических сосудов хорошо развита в подкожной клетчатке и в межмышечной соединительной ткани. Площадь поверхности капиллярного русла в объеме тканей оценивается по-разному. Для мышц ее величина составляет 7000-80000 см2/100 г ткани. Степень развития капиллярной сети ограничивает скорость резорбции ксенобиотика в ткани.
Время пребывания крови в капиллярах в процессе кровообращения составляет примерно 25 сек., в то время как оборот объема циркулирующей крови реализуется за 1 мин. Это считают причиной того, что степень резорбции вещества из ткани в кровь пропорциональна степени вазкуляризации тканей. Резорбция веществ из подкожной клетчатки в основном осуществляется через капилляры и в значительно меньшей степени – через лимфатические сосуды.
Для кровоснабжения тканей имеют значение процент раскрытых, функционирующих капилляров, а также величина давления крови в тканях. Интенсивность кровотока зависит от сердечной деятельности, а в тканях она регулируется вазоактивными факторами. Эндогенные регуляторы – адреналин, норадреналин, ацетилхолин, серотонин, оксид азота, эндотелий – зависимые релаксирующие факторы, простогландины влияют на скорость кровотока в ткани и следовательно на резорбцию токсических веществ. Охлаждение конечности замедляют в ней кровоток, нагревание – ускоряет его.
