По агрегатному состоянию в воздушной среде вредные вещества могут быть классифицированы как газы, пары и аэрозоли (жидкие или твердые).
По химическому строению вредные химические вещества на органические, неорганические и элементоорганические.
По пути проникновения в организм выделяют вещества, проникающие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожу.
Промышленные вещества - наиболее разнообразная Среди выбросов в атмосферу, почву, воду имеется группа органических веществ, содержащих практически все элементы периодической системы, а также все классы органических соединений, начиная с простейших алифатических углеводородов и кончая синтетическими высокомолекулярными соединениями, а также веществами, сравнимыми по степени токсичности с боевыми отравляющими веществами.
Агрохимикаты (пестициды и химические средства зашиты растений), которые включают в себя гербициды, инсектицидов, фунгициды, репелленты, протравители семян. Без использования этих веществ сегодня представляется немыслимым получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
Лекарственные средства, имеющие свою фармакологическую классификацию.
Косметические средства, которые также включают некоторые биологически активные соединения, чужеродные для организма и способные в определенных концентрациях вызывать токсический эффект, например аллергические реакции.
Отравляющие вещества (ОБ), которые применяются в качестве токсического оружия для массового уничтожения людей.
По виду токсического действия химические вещества разделяют по характеру их токсического действия на организм (табл. 6.1).
Однако эта классификация имеет очень общий характер и обычно детализируется использованием дополнительной информации об "избирательной токсичности" веществ (табл. 6.2). Следует иметь в виду, что "избирательное" токсическое действие яда не исчерпывает всего многообразия проявления интоксикации, а лишь указывает на непосредственную опасность, которая грозит определенному органу или системе организма как основному месту токсического поражения.
По степени токсичности - гигиеническая классификация, в основу которой положена количественная оценка токсической опасности химических веществ, согласно экспериментальным данным по определению их ПДК, параметров токсикометрии (табл. 6.3).
По специфике биологического последствия отравления организма выделяют следующие группы веществ:
раздражающего действия, которые обладают указанным воздействием, попадая на покровы, слизистые оболочки и прежде всего на орган зрения, верхние дыхательные пути;
сенсибилизирующего (аллергического) действия, которые вызывают возникновение аллергических заболеваний - бронхиальной астмы, астматических бронхита, конъюнктивита, дерматита;
мутагенного действия, которые повреждают генетическую наследственную функцию организма;
тератогенного действия, которое приводит к отклонениям в развитии эмбриона, находящегося в чреве матери;
канцерогенного действия, которые приводят в конечном счете к возникновению раковых заболеваний;
репродуктивного действия, которые снижают детородную функцию у мужчин и женщин.
6.1.3 Пути поступления, распределения и проявления действия вредных химических веществ
Поступление ксенобиотиков в организм, распределение в органах и тканях, метаболизм и выведение их из организма в тельной степени определяются способностью проходить через логические мембраны, характером взаимодействия их с этими мембранами. Процессы поступления в организм, распределения и вращения, которым подвергается вредное вещество протекают во времени.
6.1.4 Факторы, влияющие на токсичность химических соединений
Токсичность химических соединений обусловлена взаимодействием организма, токсического вещества и окружающей среды. Токсичность вредных веществ зависит от таких факторов: дозы концентрации, физических и химических свойств, путей их проникновения в организм, возраста и пола, индивидуальной предрасположенности.
Согласно правилу, установленному Ричардсоном, сила наркотического действия углеводородов нарастает в гомологических рядах низших членов ряда к высшим. Однако указанная закономерность прослеживается лишь до определенного члена ряда, а в дальнейшем она ослабевает или исчезает вовсе. Это обусловлено опережающим снижением растворимости по сравнению с нарастанием токсичности углеводородов при увеличении числа СНгрупп в их молекулах. Правило Ричардсона справедливо для метанового, этиленового, диэтиленового, ацетиленового, циклопарафинового и других гомологических рядов, кроме углеводородов ароматического ряда. Ему не подчиняются первые члены гомологических рядов, обладающие не только несравненно большей токсичностью, чем высшие представители ряда, но и нередко оказывающие специфическое действие. Например, метиловый спирт поражает зрительный нерв, что обусловлено его биотрансформацией с образованием формальдегида и муравьиной кислоты.
При замыкании цепи углеродных атомов в кольцо токсичность углеводородов при ингаляционном воздействии возрастает (пары циклопропана, циклопентана, циклагексана оказывают более выраженное наркотическое действие, чем соответствующие алифатические аналоги- пропан, пентан, гексан). Сила наркотического действия увеличивается при переходе от полиметиленового к ароматическому кольцу, что подтверждается более высокой ингаляционной токсичностью бензола по сравнению с циклогексаном, толуола - с метилциклогексаном.
Наркотическое действие нарастает при введении в молекулу кратных (ненасыщенных) связей. Ацетилен (СН=СН) токсичнее этилена (С Н =СН ) и в большей степени - этана (СН3 -СН3).
С увеличением числа кратных связей в молекулах химических веществ наряду с наркотическим усиливается раздражающее действие.
Введение в молекулу гидроксильной группы приводит, как правило, к ослаблению токсичности химических веществ, что объясняется увеличением их растворимости в биологических средах. Спирты, например, менее токсичны, чем соответствующие углеводороды.
Введение же в молекулу органического соединения атома галогена почти всегда сопровождается усилением токсичности и появлением в токсическом действии новых особенностей поражения паренхиматозных органов, депрессивного влияния на работу сердца, раздражающих свойств. Активность атома зависит от его расположения в молекуле - концевой атом алифатической цепи гораздо активнее, чем присоединенный к роду, включенному в структуру циклического или ядра.
Сила токсического действия зависит от пространственного расположения замещающих радикалов в молекуле вещества (изомерия положения). Установлено, что сила токсического действия, как правило, ослабевает при переходе от параизомеров к мета- и ортаизомерам (изомеры нитробензола, нитроанилина, нитротолуола, нитрофенола, толуидина). Исключение составляют ортотрикрезилфосфат и орто-нитробензальдегид - вещества, более· токсические, чем их мета- и пара-изомеры.
Изменение химической структуры неэлектролитов может привести к изменению не только наркотического, но и раздражающего, гемолитического, бактерицидного и других видов биологического действия, подчиняющихся правилу Ричардсона. С увеличением молекулярной массы в некоторых гомологических рядах отмечается усиление запаха, нарастающее до определенного члена ряда, а затем убывающее.
Перечисленные закономерности широко используются для разработки ускоренных (в том числе математических) методов оценки токсичности и опасности новых химических веществ.
Физические и химические свойства токсических веществ. На токсичность химических соединений влияют их агрегатное состояние, растворимость в воде и жирах, диссоциация на ионы и т.д.
Газообразные вещества и пары летучих жидкостей, поступившие в организм через дыхательные пути, проявляют токсическое действие значительно быстрее, чем жидкие или твердые вещества, попавшие на кожу или поступившие в пищевой канал.
Токсичность твердых веществ зависит от размера их частиц. Тщательно размельченные твердые вещества являются более токсическими, чем те же вещества, имеющие более крупные частицы.
Это объясняется различной растворимостью мелких и крупных частиц вещества, а следовательно, инеодинаковой скоростью поступления их в кровь. Токсичность химических соединений зависит от растворимости их в жирах и воде. Жирорастворимые вещества легко проникают в организм через кожу и легко проникают из крови в клетки через мембраны. Токсичность водорастворимых веществ зависит от их диссоциации. Так, хлорид и нитрат бария хорошо диссоциируют в воде и обладают высокой токсичностью, а сульфат бария не растворяется в воде и не оказывает токсического действия на организм.
Аналогичные свойства характерны и для некоторых соединений мышьяка. Высокотоксическими являются хорошо диссоциируемые в воде арсениты и арсенаты.
Растворимые в воде соли тяжелых металлов также более токсичны, чем их оксиды. Нерастворимый в воде хлорид ртути(l) менее токсический, чем растворимый в воде хлорид ртути(П), а металлическая ртуть, поступившая в пищевой канал, вообще не оказывает токсического действия на организм. Однако под влиянием содержимого желудка определенная часть металлической ртути подвергается химическим превращениям и может растворяться, всасываться и проявлять токсические свойства.
Влияние пола. Такая направленность токсического действия может проявляться в отношении как специфических признаков поражения (влияние на гонады мужчин и женщин, на течение беременности, эмбриотропное действие), так и общего действ я. Отмечается большая чувствительность женского организма к действию токсических веществ. Это является причиной того, что в химической промышленности установлен перечень работ и профессий, к которым не допускаются беременные женщины. Например, производство и упаковка свинцовых красок, производство анилина, производство бензола и нитро- и аминасоединений бензола, производство солей ртути и др.
Влияние возраста. Организм подростков в 2-3 раза, а иногда и более чувствителен к воздействию вредных веществ, чем организм взрослых. Именно поэтому законодательство запрещает прием лиц моложе 18 лет в некоторые профессии химического производства.
Хотя надо отметить, что проявление токсического действия веществ неодинаково: одни вещества более токсичны для молодых, другие - для старых.
Индивидуальная чувствительность. В обезвреживании вредных веществ непосредственное участие принимает большая группа ферментов, так называемых ферментов детоксикации, влияющих на их превращение. Активность этих ферментных систем различна у разных лиц. Это зависит от индивидуальных особенностей течения биохимических процессов, функциональной активности различных физиологических систем отдельного человека.
Метеорологические условия среды. Метеорологические среды оказывают влияние на терморегуляцию организма, что свою очередь влечет за собой изменение восприимчивости к вредным веществам. Так, увеличение температуры воздуха ведет к усиленному потоотделению, ускорению многих химических процессов и изменению веществ. Усиление кровообращения ведут к увеличению поступления вредных веществ в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых оболочек повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Высокая температура увеличивает летучесть многих веществ и повышает их концентрации в воздухе.
Влажность воздуха также может увеличивать опасность отравления, в особенности раздражающими газами. Это объясняется усилением процессов гидролиза. Растворение газов и образование тумана кислот и щелочей ведет к усилению раздражающего действия на слизистую оболочку. Кроме того, эти вещества задерживаются в органах дыхания.
6.1.5 Кумуляция химических соединений и адаптация к их воздействию
При взаимодействии химических веществ с организмом проявляются две взаимно противоположные тенденции - повреждающее действие вещества и приспособительная реакция организма в ответ на непрерывно изменяющийся состав окружающей среды.
В зависимости от степени агрессивности вещества, его дозы и времени воздействия преобладает либо повреждающая, либо защитная тенденция.
Кумуляция - это суммирование действия повторных доз вредных веществ, когда последующая доза поступает в организм раньше, чем заканчивается действие предыдущей. При кумуляции поступление вещества в организм превышает выведение его из организма. Так происходит накопление радиоактивного стронция в костях, йода в щитовидной железе, тяжелых металлов в почках.
В зависимости от того, накапливается ли при этом в организме само вещество, различают три вида кумуляции: материальную (химическую), функциональную и смешанную.
Под материальной кумуляцией подразумевается, однако, не само по себе накопление вещества, а участие его в возрастающем количестве в развитии токсического процесса. Примерам материальной кумуляции может служить фиксация некоторых тяжелых металлов и мышьяка SН-группами белков, оксида углерода и цианидов металлом гемоглобина и некоторых ферментов (цианиды, кроме того, могут взаимодействовать с карбонильными группами ферментов и субстратов).
В случае функциональной кумуляции конечный токсический эффект зависит не от постепенного скопления небольших количеств вредных веществ, а от его повторного действия на определенные клетки организма. Действие небольших количеств вещества на клетки суммируется, что в результате приводит к токсическому эффекту. К веществам, обладающим свойством функциональной кумуляции, относятся прямые метгемоглобинобразователи (натрия нитрат) и химические мутагены. Последние, как правило, не включаются в состав нуклеиновых кислот, с которыми они взаимодействуют, а отщепляются немедленно или вскоре после реакции.